【摘 要】：本文設(shè)計(jì)了一種用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的高性能集中器，對集中器的圖形界面、數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程通訊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該集中器采用基于S3C2410的硬件平臺，實(shí)現(xiàn)了液晶屏、以太網(wǎng)等接口；軟件移植并使用嵌入式GUI、嵌入式數(shù)據(jù)庫、嵌入式web服務(wù)器，在滿足新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時，大幅度提高了系統(tǒng)的整體性能。
關(guān)鍵詞：集中器S3C2410 嵌入式GUI 嵌入式數(shù)據(jù)庫 嵌入式web服務(wù)器
隨著一些新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出臺，以及新的需求的出現(xiàn)，國內(nèi)自動化抄表系統(tǒng)以往的技術(shù)所基于的軟硬件平臺已經(jīng)無法滿足們性能要求如集中器要求多大容量數(shù)據(jù)存儲、大屏幕液晶顯示、web服務(wù)等本文在介紹遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)總體框架之后，著重討論了高性能集中器的軟、硬件實(shí)現(xiàn)集中器硬件采用三星公司S3C2410處理器，簡化了圖形接口、移動存儲、網(wǎng)絡(luò)接口等硬件沒汁；軟件采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，引入嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite、嵌入式圖形界面miniGUI和嵌入式web服務(wù)器GoAhead，分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、人機(jī)接口和web服務(wù)。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3層：采集終端負(fù)責(zé)采集單個用戶電能表電能量信息，并將其處理后通過信道將數(shù)據(jù)傳送到上一級設(shè)備集中器。集中器收集各采集終端數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處事儲存，同時和監(jiān)控站或手持單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換監(jiān)控站通過信道采集集中器中的信息，并進(jìn)行處理和管理
本系統(tǒng)中，監(jiān)控站和集中器之間采用以太網(wǎng)或GPRS通訊、集中器和采集終端之間采用4線485總線通訊采集終端和用戶電表之間通訊方式視電表而定，如果是脈沖電表，直接連接；如果是485電表，則通過485總線連接。

2 硬件結(jié)構(gòu)
（1）需具有遠(yuǎn)程通訊功能，可將所采集的數(shù)據(jù)信息通過通訊網(wǎng)（寬帶網(wǎng)絡(luò)、GPRS、CDMA）送回監(jiān)控站。

 
（2）采用電子硬盤保存資料，即電源長時間斷電資料也能長時間保存而不丟失。資料保存的時間為：3200只電能表60min l點(diǎn)的資料不少于90天。
（3）具有大屏幕液晶顯示和按鍵，可方便地查看裝置及電表的設(shè)置參數(shù)、實(shí)時隨機(jī)抄讀計(jì)示值、電表分時電量、費(fèi)率、峰谷平電量。
集中器新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)反映了技術(shù)發(fā)展的趨勢以及新的需求方向。針對這些需求，本系統(tǒng)中器采用ARM9微處理器平臺，滿足系統(tǒng)要求的前提下，減少了外圍電路的擴(kuò)展，提高系統(tǒng)整體效能。

 
人機(jī)接口采用240x320液晶屏和觸摸屏接口。為兼顧用戶習(xí)慣，留用了4個操作按鍵。
與遠(yuǎn)程監(jiān)控站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。對于沒有以太網(wǎng)的小區(qū)，可以選用GPRS或者CDMA模塊進(jìn)行通訊。
串口的擴(kuò)展采用MAX3232。485通訊采用芯片MAXl482。以太網(wǎng)芯片采用比較常用的10M／l00M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口芯片DM9000。
由于對電能數(shù)據(jù)存儲點(diǎn)數(shù)要求較大，本系統(tǒng)采用了128M的SD卡進(jìn)行存儲。
可以估算集中器對數(shù)據(jù)存儲容量的要求。標(biāo)準(zhǔn)要求采集存儲3200只電表60min 1點(diǎn)的資料不少于90天。每點(diǎn)資料至少要保存用戶編號、用戶電能值、抄表時間等信息。如果每信息以16字節(jié)計(jì)，那么需要存儲容量為3200× 24×90×16=111M。
處理器采用三星公司S3C2410微處理器，其內(nèi)部集成了SD卡電路、LCD和觸摸屏電路、USB主從接口，所以外擴(kuò)芯片少，簡化了電路設(shè)計(jì)，增加了系統(tǒng)的可靠性。
3 軟件結(jié)構(gòu)
嵌入式Linux操作系統(tǒng)源代碼開放、可以定制、內(nèi)核小、軟件和多數(shù)Unix系統(tǒng)兼容、良好的可移植性等眾多優(yōu)點(diǎn)。本集中器采用了比較成熟的Linux2．4內(nèi)核，所有的功能模塊構(gòu)建于嵌入式Linux之上。
為實(shí)現(xiàn)集中器功能，將軟件劃分為3個模塊，分別負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)控站通訊、與采集終端通訊、處理人機(jī)交互。

 
其中與監(jiān)控站通訊需要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層協(xié)議。與采集器之間通訊需要實(shí)現(xiàn)485通訊協(xié)議層。人機(jī)接口模塊引入嵌入式圖形接口miniGUI。需要對miniGUI進(jìn)行移植，包括驅(qū)動程序編寫，和miniGUI輸入接口層移植，以及用戶界面和界面功能的實(shí)現(xiàn)。
另外，與監(jiān)控站通訊模塊和與采集終端通訊模塊實(shí)現(xiàn)通訊的同時，還要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲等工作。人機(jī)接口模塊需要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的檢索等工作。模塊用線程實(shí)現(xiàn)，一個模塊對應(yīng)一個線程。線程之間通過互斥鎖和全局變量來共享數(shù)據(jù)，對于用戶電能數(shù)據(jù)則通過文件
進(jìn)行共享。
數(shù)據(jù)庫文件存放在SD卡里面，其他文件存放在JFFS2格式的flash中，而用戶程序存放在Ramdisk格式的flash里面。
4 功能模塊
4.1 監(jiān)控站通信模塊
傳統(tǒng)的C/S模式下，與監(jiān)控站通訊模塊需自定義應(yīng)用層協(xié)議。協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需考慮移植、傳輸效率，以及是否方便傳輸不同類型數(shù)據(jù)等因素。
為了方便管理員查詢電量信息，系統(tǒng)同時提供基于瀏覽器B/S模式的瀏覽方式。此種方式下，一般有兩種做法：其一，直接在集中器上移植嵌入式web服務(wù)器，管理員訪問集中器上的數(shù)據(jù)庫；其二，將數(shù)據(jù)保存到監(jiān)控站，在監(jiān)控站上建立web服務(wù)器，用戶通過瀏覽器訪問監(jiān)控站上的數(shù)據(jù)庫。如果是對于普通居民用戶需要通過瀏覽器訪問電量信息，計(jì)費(fèi)信息時，宜采用第二種方法。而對于管理員，作為傳統(tǒng)C/S模式的一個替換，利用因特網(wǎng)便捷查詢數(shù)據(jù)，則需采用*種方式。
本系統(tǒng)移植了嵌入式web服務(wù)器GoAhead作為工作在集中器上的web服務(wù)器。這樣管理員即便不在監(jiān)控中心，也可以通過瀏覽器方便地瀏覽電能信息了。GoAhead被稱為針尖上的web服務(wù)器，功能強(qiáng)大，支持ASP，．JSP，CGI。筆者移植的GoAhead大小僅128k。
4.2 數(shù)據(jù)存儲管理
用戶電能在用戶比較多的情況下，數(shù)據(jù)量很大。如果通過文件來管理這些存儲的電量信息，有一定難度。如需要分成多文件存儲，而且查詢不便，需要編寫掉電保護(hù)機(jī)制等。本集中器采用了嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite。
嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）如事務(wù)操作是原子、一致、孤立，并且持久的（ACcID），即使在系統(tǒng)崩潰和電源故障之后。
（2）實(shí)現(xiàn)了絕大多數(shù)SQIL92標(biāo)準(zhǔn)。
（3）整個數(shù)據(jù)庫存儲在一個單一的文件中。數(shù)據(jù)庫文件可以在不同字節(jié)序的機(jī)器之間自由地共享。支持zui大可達(dá)2T的數(shù)據(jù)庫。
（4）小的代碼：完整配置的少于250kB，忽略一些可選特性的少于150kB。在大多數(shù)常見操作上比流行的客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫引擎更快。
（5）而且源代碼位于公共域?？捎糜谌魏斡猛尽?BR>筆者移植的sqlite庫文件的大小為413k，工作性能穩(wěn)定。
集中器數(shù)據(jù)處理主要是操作用戶信息和電能信息，實(shí)現(xiàn)如下函數(shù)作為數(shù)據(jù)庫的操作接口。
（）penDataBase（const char*filename，Bqlite3**ppDb）打開數(shù)據(jù)庫；
CloseDataBase（sqlite3*db）關(guān)閉數(shù)據(jù)庫；
ExeSql（sqlite3*db，char*sqlMsg）執(zhí)行sql語句；
RubbishDataBase（const char*filename）清除歷史數(shù)據(jù)。zui多存儲90天的數(shù)據(jù)。每過90天，刪除前45天的數(shù)據(jù)。
InsertSyslog（const char*msg）插入系統(tǒng)日志信息。此函數(shù)內(nèi)部通過調(diào)用ExeSql來實(shí)現(xiàn)。
其他一些數(shù)據(jù)庫相關(guān)操作都可以有兩種實(shí)現(xiàn)選擇：調(diào)用ExeSql函數(shù)；將調(diào)用ExeSql函數(shù)前后一些工作一
起封裝成一個新的接口函數(shù)。
4.3 人機(jī)接口模塊
人機(jī)接口采用了嵌入式圖形接口miniGUI，與其它針對嵌入式產(chǎn)品的圖形系統(tǒng)相比，MiniGUI具有如下技術(shù)優(yōu)勢：輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、可配置、可伸縮性強(qiáng)。MiniGUI是一個非常適合于嵌入式產(chǎn)品的、可靠、可定制、小巧靈活的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。
人機(jī)接口開發(fā)的難點(diǎn)在于ICD、觸摸屏驅(qū)動開發(fā)和miniGUI輸入接口層的移植。可以參考一些成熟范例，然后根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行改寫。
用戶窗口主要工作分為界面初始化和消息響應(yīng)。每個窗口都有自己的消息處理循環(huán)。
4.4 與采集終端通信模塊
在與采集終端485通信中，采用了4線制485。485通訊需要實(shí)現(xiàn)地址設(shè)置，抄表和較時等功能。
電表地址設(shè)置通常有以下幾種方式。
（1）直接使用便攜機(jī)到現(xiàn)場給集中器和采集終端輸入設(shè)置地址。
（2）通過監(jiān)控站傳輸?shù)刂放渲眯畔⒔o集中器，然后集中器再轉(zhuǎn)發(fā)給采集終端。
（3）安裝時用便攜機(jī)輸入地址信息，運(yùn)行中通過命令使能或更改電表地址。本集中器采用第3種方案。
電能數(shù)據(jù)存儲必需有對應(yīng)的正確時間值，這就需要監(jiān)控站對集中器進(jìn)行較時和集中器對采集終端進(jìn)行較時。本系統(tǒng)采用廣播方式，每天在固定時間發(fā)送廣播命令，確保時間誤差不超過5s。
集中器每隔一個小時需進(jìn)行一次抄表。發(fā)出抄表命令后，等待回應(yīng)，如果超時沒有得到回應(yīng)，集中器將重復(fù)發(fā)送抄表命令。如果超過zui大發(fā)送次數(shù)，系統(tǒng)返回錯誤，認(rèn)為信道出現(xiàn)故障。
5 結(jié)束語
本文給出了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)總體構(gòu)架。采用S3C4lOARM9硬件平臺在顯著提高系統(tǒng)性能的同時使系統(tǒng)小型化，基于485總線的通訊提高了通訊的速率和可靠性。在嵌入式Linux上移植和使用嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite和嵌入式web服務(wù)器，簡化了軟件設(shè)計(jì)并提高了系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)接口、電能數(shù)據(jù)處理以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等功能，為新一代低壓遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)集中器提供了一種高性能的解決方案。