梁琛

（國網(wǎng)冀北電力有限公司寬城縣供電分公司，河北 承德 067000）

在現(xiàn)代科技發(fā)展的支持下，嵌入式技術被廣泛應用在科學研究、工程設計、軍事技術甚至文藝商業(yè)等眾多領域，在這種廣泛應用的發(fā)展模式下，相關領域?qū)η度胧较到y(tǒng)的應用提出了更高要求。對此，從嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的角度出發(fā)，致力于開發(fā)一種能夠適用于各種場合的監(jiān)控程序，由此提升嵌入式系統(tǒng)的應用效果。

1 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)框架結構

現(xiàn)代電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的有效設計，要求避免在監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸與線路架設等方面，耗費大量的人力與物力，對此提出了一種電力線載波通信與嵌入式相結合的全新技術，并被廣泛應用在生產(chǎn)、管理、檢測等領域當中。監(jiān)控子系統(tǒng)的設計，采用的是C/S模式，整體框架結構由監(jiān)控服務器和監(jiān)控客戶端組成，其中，服務器部分設置固定的IP地址；服務器端與客戶端之間的連接，采用的是UDP通信協(xié)議，能夠有效完成監(jiān)控數(shù)據(jù)與信息的傳輸。監(jiān)控服務器端主要由三個模塊構成，分別是傳感器模塊、嵌入式處理器（CPU）模塊、電力線載波通信模塊；而客戶端的相關功能，通過PC機實現(xiàn)。

2 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的硬件設計

嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的服務器，多為工控機或商用PC機，本文所選為PC機。為保證監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，一般來說，系統(tǒng)設計對通信模塊的要求都較高。通信模塊的主要原理，就是利用系統(tǒng)中傳感器一端，將采集到的數(shù)據(jù)實時傳輸給嵌入式CPU模塊，經(jīng)過處理器處理之后，監(jiān)控數(shù)據(jù)將以統(tǒng)計報表等形式呈現(xiàn)在交互界面上；與此同時，CPU模塊還會根據(jù)所得的監(jiān)控參數(shù)，發(fā)布相應的控制命令，以保證監(jiān)控子系統(tǒng)的閉合運行。具體的硬件設計如下。

2.1 電力線載波通信模塊的硬件設計

明確嵌入式電力控制系統(tǒng)中的監(jiān)控子系統(tǒng)框架結構之后，需要根據(jù)各模塊的運行與功能實現(xiàn)需求，對相關硬件設計進行有效優(yōu)化。上文中提到，本文在傳統(tǒng)嵌入式電力控制系統(tǒng)的設計基礎上，融合了電力線載波通信技術，因此，在嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)硬件設計中，由電力線載波通信模塊來負責對系統(tǒng)主控模塊的相關控制數(shù)據(jù)的接收。為保證系統(tǒng)硬件設計效果能夠達到理想水平，采用了INT6400電力線調(diào)制控制芯片、INT1400模擬前端來構建這一模塊，其中INT6400電力線調(diào)制控制芯片在設計過程中，集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，采用的通信協(xié)議，能夠達到200Mbps的通信速率，為多路數(shù)據(jù)的同步傳輸效果實現(xiàn)，提供了有力支持。

2.2 嵌入式CPU模塊的硬件設計

設計嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)，必然要考慮監(jiān)控子系統(tǒng)本身的嵌入式處理器的設計效果，在實際設計過程中，應切實考慮整個系統(tǒng)服務器的功能要求，即負責原始監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸。為保證各項功能的有效實現(xiàn)，建議采用S5PV210嵌入式ARM Cortex TM-A8處理器，最高可達1GHz的處理器主頻，能夠支持多種數(shù)據(jù)輸出格式。

3 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件設計

嵌入式電力控制系統(tǒng)中的監(jiān)控子系統(tǒng)，其軟件部分的設計效果，對系統(tǒng)監(jiān)控功能的實現(xiàn)，能夠產(chǎn)生重要影響，具體的軟件設計如下。

3.1 數(shù)據(jù)字典的建立

在設計嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的過程中，數(shù)據(jù)字典的設計能夠為數(shù)據(jù)庫的構建與使用，提供必要的結構，為讀取數(shù)據(jù)庫中的信息，提供有效途徑。一般來說，數(shù)據(jù)字典組件都是通過表格的形式，來對子站的實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行相關操作，包括讀取實時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫、顯示實時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫中的信息、完成對實時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫的查詢。

總體來說，數(shù)據(jù)字典的建立相對較為簡單，先通過系統(tǒng)主窗口界面打開子實時數(shù)據(jù)字典界面，窗口會顯示RTDataView發(fā)送的消息；與此同時，啟動一個時鐘，并第一次發(fā)出實時數(shù)據(jù)請求。實時數(shù)據(jù)請求的接收端為服務代理組件，該組件會以變量在緩存中的實際情況為依據(jù)，在了解需要的基礎上并返回數(shù)據(jù)；此后，時鐘將作為整個流程的重復觸發(fā)點，但不再需要反復定閱，可以直接從代理組件的緩存中獲得，并返回監(jiān)控界面，由此完成系統(tǒng)運行過程中，對實時數(shù)據(jù)的刷新顯示和操作。

3.2 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫的主要功能，就是存儲經(jīng)過服務器處理的數(shù)據(jù)，存儲過程中，一般會按照一定的規(guī)則將其進行分類與排序，為后續(xù)數(shù)據(jù)讀取、維護等操作提供便利，提高數(shù)據(jù)庫響應速率。在嵌入式電力系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設計過程中，應切實考慮數(shù)據(jù)庫為其監(jiān)控與運行控制提供正確依據(jù)的核心作用，建議實時數(shù)據(jù)庫采用PI，歷史數(shù)據(jù)庫采用oracle，以實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)進行管理。采用此種數(shù)據(jù)庫，具有功能強大、靈活多變、應用編程接口豐富等特點，能夠為嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲，提供可靠保障。根據(jù)相關設計經(jīng)驗能夠了解到，MySQL、SQL Server等系列的數(shù)據(jù)庫相對較小，若系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)規(guī)模不大，也能夠適用。

本文所述嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計，主要考慮的是對輸入模擬量、輸出模擬量、輸入開關量、輸出開關量、控制信息等的存儲與處理。在設計過程中，為避免在實際使用過程中，數(shù)據(jù)庫的過量存儲會導致加重系統(tǒng)的運行負載，降低數(shù)據(jù)庫響應速度，所以對歷史數(shù)據(jù)設置了刪除操作程序，當數(shù)據(jù)存儲到一定時間之后，系統(tǒng)會自動對其進行刪除。由此，在不需要人工干預的前提下，能夠有效保證磁盤空間的充足性以及歷史數(shù)據(jù)的有效性。

3.3 監(jiān)控數(shù)據(jù)采集

根據(jù)不同的使用需求，嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)會布置不同的傳感器類型，進而采集用戶所需監(jiān)控信息。以視頻監(jiān)控為例，監(jiān)控系統(tǒng)需要采集原始視頻圖像數(shù)據(jù)。在本文所述系統(tǒng)構架當中，相關功能可通過嵌入式ARM處理模塊與USB接口，來對視頻傳感器的圖像信息進行有效讀取。本文的嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件設計，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)本身包含視頻驅(qū)動功能；可采用V4L2內(nèi)核驅(qū)動，來為視頻圖像數(shù)據(jù)的采集提供有效的通用接口，由此通過通用結構操作函數(shù)，就能完善對視頻傳感器中原始圖像信息的全面采集。

4 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)測試

將本文的嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設計方案，作用于某嵌入式電力控制系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中，經(jīng)驗證，視頻傳輸像素能夠達到320×240；系統(tǒng)當中的接收播放客戶端為PC端，播放幀率能夠達到30fps。本文在設計監(jiān)控子系統(tǒng)的過程中，引入了電力線載波通信技術，可利用電力線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)測試工具，對視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的視頻通信速率進行檢測，設置測試距離分別為5、10、20、30、40 m，所得通信速率逐漸降低，其中最大值為175 Mbps、最小值為85 Mbps。由此可見，本文嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設計，能夠達到圖像清晰、數(shù)據(jù)傳輸延時小、通信速率高的設計要求，對于多路視頻同時傳輸效果的提升，能夠提供可靠的技術支持。

5 結語

綜上所述，探究嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，對促進嵌入式電力控制系統(tǒng)整體應用價值的提升，具有重要意義。通過相關分析，從軟硬件設計的角度分別著手，切合系統(tǒng)的實際應用需求，對設計方案進行不斷地改進與完善，才能保證系統(tǒng)的實現(xiàn)，能夠最大程度滿足用戶對嵌入式控制系統(tǒng)自動化應用水平的多樣化要求。