基于嵌入式LINUX的电能量数据采集终端的开发研究

3.1数据采集单元的硬件结构

系统的硬件核心用标准PC104“夹层总线”方式和嵌入式操作系统提供应用程序的运行平台，提高软硬件设计的标准化程度和系统的复用性，微处理器采用了Intel486处理器平台，其速度为100MHz，且可用程序改变；它包含一个以太网接口，支持TCP/IP协议，存储器分为两部分：512kB的FLASH EPROM（用于运行程序及各个中间变量的存放）；一块64MB的Disk On Chip的电子盘（用于存放抄收的电能量数据,最多可扩展到1G）。带有PC104接口的4通道多串口卡，用多串口扩展出8个串口用以连接本地电能表，系统还采用了以下用户接口设备：一块兼容标准液晶显示接口的单色液晶显示屏，显示分辨率320×240；用PC-AT键盘接口连接的输入键盘，用作用户输入设备。

由上可见，主要PC外围设备都被集中到了一块体积比较小的主板上，这其中包括：CPU、内存、总线控制器、标准串行通信口、标准并行通信口、标准IDE磁盘驱动器接口、标准VGA驱动芯片、液晶显示接口、鼠标/键盘接口、Watchdog监控芯片。用一块主板加上电源、显示和存储设备，组成了一套功能强大，结构紧凑的工业级的PC。

3.2系统校时模块

数据采集单元的时间是通过GPS标准模块输出的同步时间信号校定，GPS模块通过RS-232接口与数据采集单元通信，从电能表采集到的电能数据加上时间信息，存储到电子盘中，然后上传给主站带时标的电能数据。

3.3系统GPRS模块

GPRS是一种移动数据通信业务，在用户和数据网络之间提供一种连接，给用户提供端到端的、广域的无线IP连接。电能量采集系统采集完的数据通过GPRS网络上传给主站计算机，主站端的GPRS的Modem接收发送过来的数据。

如图2所示电能量数据采集部分的硬件结构图。

3.4数据采集单元的软件设计

嵌入式Linux系统是以核心为基础的、完全内存保护、支持多任务多进程，支持广泛硬件，包括X86、ARM、NEC、MOTOROLA等现有大部分芯片，且价格低廉，开发资料丰富，可定制内核。Linux程序源码全部公开，包括系统内核，任何人可以修改并在(GNU General Public License)下发行，这样开发人员可以对操作系统进行定制和修改。

根据开发的嵌入式电能数据采集系统所完成的功能，软件设计分为5个模块：上行通信、下行通信、核心处理、用户接口、系统服务。电能量采集系统的设备驱动以模块化方式被动态的扩展到Linux内核中，驱动模块包括对时钟芯片、串口控制器、液晶显示器以及外围设备的驱动，同时还包括对PC104自带的标准网络口、标准RS-232串行口及标准104键盘接口等的驱动,Linux系统在安装时就自动完成了对PC104标准设备的驱动，采集终端所需要的扩展串口板等外围设备的驱动纳入到Linux内核中。

系统软件总体结构如图3所示。

5结论

针对计算机技术和数据采集技术发展现状，研究并开发出一个新型的基于嵌入式网络技术的电能量采集系统，该系统以高速发展的嵌入式网络技术为核心进行设计，把无线互连技术和嵌入式Linux结合起来，可以真正为用户提供一个无线互连平台，使得采集完的电能数据通过无线网络准确无误的上传给主站系统，利用采集系统中GPS模块的授时可保证采集电能数据时间的确定性。

现开发出这一基于嵌入式Linux操作系统的新型电能量采集系统具有很好的实时性、可靠性和可扩展性，性能价格比高，能够满足电力市场对电能采集和传输可靠性高、速度快、维护方便、稳定性及扩展性的需求。