电力线通信数据集中器设计方案
电力线通信Power Line Communication技术是指在1.6M到30M频带范围内将电力线作为通信媒介传输数据语音视频信号的一种通信方式在发送时利用 GMSK或OFDM调制技术先将数据调制成载波信号或扩频信号通过耦合器耦合到220V或其他交/直流电力线上然后在电力线上进行传输在接收端先经过滤波器将调制信号滤出再经过解调就可以得到原信号电力线通信技术不需要重新布线直接使用现有的电力网实现对数据语音视频等信息的传递具有易维护易推广易使用低成本等优点显示出了良好的前景和巨大的市场潜力
针对电力线通信的特点提出一种数据集中器的设计方案 阐述以SH7145开发板为核心的硬件设计方案分析在T-Kernel嵌入式实时操作系统下的软件实现过程通过确定任务优先级合理实现任务调度使其能够实现读取电力自动抄表系统中各个节点数据的功能
1 系统原理及结构
在远程电力自动抄表系统中PLC技术根据命令或设置自动读出电表数据并自动上传提高抄表速率通常速率在2400bps电力自动抄表系统一般由主站集中器采集器或模块等构件组成可以对用户终端的用电状态进行采集控制采集器或模块实现用户终端电表的脉冲计数集中器则根据主站发出的指令如抄收窃电检测等循环查询采集器或模块的计数值或状态主站由PC机构成负责供电所所属用户终端用电的管理和监控集中器是整个系统的通信桥梁它接收主站命令并按指令要求将用户端的用电状态如用电量用电异常等送到上位机或对用户终端执行控制如切断用户供电等
在同一电力传输线路中数字电表和集中器通过R422/488接口与PLC接入控制器相连接这样就可以将整个电网变为一个数据传输网络集中器就可以收集各个节点的数据
由于采用电力线作通信信道不必另外架设通信电缆节省了投资为实现用户电能表网络化管理以及一户一表抄表到户制度提供了高效科学的手段数据集中器按照设定的抄表时间每天自动采集各用户电能表的累计电量并根据设定的抄表日自动生成各用户电能表的累计电量系统软硬件采用模块化多冗余设计这样既保证了设备工作的可靠性又使系统易于扩充和软件升级
2 数据集中器的硬件设计
数据集中器是以嵌入式微控制器SH7145为核心的软硬件系统SH7145是日本瑞萨科技生产的SH系列开发板中一款SH7145板无MMI无DSP核使用实时地址属于低端产品适用于初学者SH7145板上有蜂鸣器LCD键盘A/D转换2个马达BIP开关SH7145芯片串口插槽E10A仿真器插口等
3 系统软件设计
3.1 引入T-Kernel嵌入式实时操作系统 随着应用的复杂化采用传统前后台设计方法会显得过于复杂实时性得不到保证而且容易发生死锁解决这些问题的最好方法就是采用实时操作系统
T-Kernel是T-Engine的实时核心它充分利用了在嵌入式设备领域中拥有众多业绩的ITRON成果并引入子系统等功能是一种实现从小型嵌入式设备到大型高级系统开发的大规模化OS它包含了时间管理任务间通信同步信号量邮箱事件标志扩展同步通信和内存池管理等功能;采用T- Kernel实时操作系统可以有效地对任务进行调度;对各任务赋予不同的优先级可以保证任务及时响应而且采用实时操作系统降低了程序的复杂度方便程序的开发
3.2 任务的划分及调度 要完成实时多任务的各种功能必须对任务进行划分本程序根据各个任务的重要性和实时性把程序分成六个具有不同优先级的任务包括管理各个任务的启动休眠;接收串口中断唤醒UPDATE_TASK任务;用系统时钟模拟RTC;读取各个电表的数据自;动加入新节点;接收SHELL指令并执行
通常多任务操作系统的任务不同于一般的函数它是一个无限循环而且没有返回值如果没有更高优先级的任务进入就绪态当前任务是不会放弃对CPU的使用权为了实现操作系统的正常运行和有关事件的同步必须正确处理任务间的通信和事件标志的设置
4 结语
T-Kernel实时操作系统在嵌入式硬件平台的基础上用T-Kernel实时操作系统开发应用程序有其独到之处用户可以直接利用系统的接口函数编写自己的应用程序不需另行开发大大方便了用户编程缩短了软件的开发周期提高了开发效率
