電能信息采集系統集中器硬件設計

張曉蘭 白楊 蔡徵薇

摘 要：在電力行業的發展過程中，便能信息采集對電力行業的發展非常重要的作用，要想讓電能信息采集的安全性得到更好的保障，我們就必須要不斷加大對電能信息集中器硬件的研究力度，只有這樣才能提高我國電力企業的發展速度。現在我國電力行業電能信息采集系統應用的集中器硬件一般都是32bit嵌入式系統芯片，這種嵌入式的系統芯片一般采用的系統級芯片應用的都是A RM9處理器技術，這種系統芯片現在已經成為電力行業電能信息采集系統主要應用的集中器硬件了。本文就電能信息采集系統集中器硬件設計進行分析，希望能夠更進一步的提高我國電力企業電腦信息采集系統的穩定性，讓我國電力企業在電力行業中的市場競爭力能夠得到提高。

關鍵詞：電能信息采集；集中器；載波通信；RS-485通信；短距離無線通信；級聯；看門狗

在我國電力企業的發展過程中，電能信息采集系統的發展歷史已經非常久遠了，現在我國的電能信息采集的方式已經由“一戶一表”開始向著智能電能信息采集的方式轉變了，我國的電能信息抄表設備研究取得的成果也變得越來越多了，這種發展趨勢不僅在一定程度上提高了我國電能信息采集的效率，同時也在一定程度上促進了我國電力市場的發展，讓我國人們生活以及生產的用電質量能夠得到更好的保障，在這個過程中，我們必須要不斷加強對電能信息采集系統集中器的硬件設計水平，只有這樣我國電力行業的競爭力才能得到提升。

本文詳細介紹了參照廣東省電網公司2007年9月頒布的集中抄表技術條件的要求設計的典型集中器硬件原理。

1 電能信息采集系統簡介

電力企業在進行電能信息采集的過程中應用到的設備是非常多的，電能信息采集系統需要采集的數據也是非常多的，其中主要需要采集的信息有變電站以及發電廠電能表數據采集，配電區內專變用戶電能信息、供電側電能信息的采集的供電側進場電能表相關電能數據的采集，并且還需要對有關我們設備和電能表的運行情況進行監督和相關數據采集，但是在進行電能信息數據采集的過程中，居民用戶的用電數據采集一直是電能信息采集的重點，其中集中器硬件在電能信息采集的過程中發揮著非常重要的作用，集中去硬件設計的水平，也在一定程度上決定了電能信息采集的性能，在電能信息采集系統中，采集器和集中器之間有RS-485有線通信、短距離無線通信、低壓電力載波通信這三種主要的通信技術。在32bit微控制器普遍應用的情況下，如果要滿足一個真實復雜的現場環境，就需要將集中器下行通信設計為三者同時使用。

2 硬件設計

集中器用了2片SDRAM作為程序運行空間，Flash存儲器存儲程序代碼、設備參數和數據。CPU采用AT91RM9200，其工作于180MHz時性能高達200MIPS（每秒百萬條指令）。外部總線接口豐富，支持SDRAM、靜態存儲器、BurstFlash、無縫連接的CompactFlash？、SmartMediaTM及NANDFlash等多種存儲器。

2.1 存儲系統

AT91RM9200存儲控制器（MC）管理ASB總線并最多達4個主機的訪問控制。它通過一個總線判決器和一個地址譯碼器將32bit地址總線可尋址的4GB空間分區來訪問內置的SRAM和ROM，內置外設及通過外部總線接口（EBI）的外部存儲器。對于AT91RM9200來說，0x00000000～0x0FFFFFFF的256MB用于內部存儲器空間，0x10000000～0x8FFFFFFF共8塊256MB的空間用于EBI外部總線接口擴展存儲空間，每256MB空間相應由芯片NCS0～NCS7片選控制線選擇。集中器存儲空間映射如圖1所示。

2.1.1 程序和數據存儲系統設計

電能信息采集系統中，電能表終端的數據存儲處于基準的核心地位，不容存儲有閃失，但作為集中器來說，數據刷新并不頻繁。結合NANDFlash存儲器和NORFlash存儲器擦寫壽命次數、訪問速度的特點以及集中器電能信息數據的大容量、平臺可擴性、安全性等要求，本設計采用了不同于電能表終端的數據存儲策略，將NORFlash芯片用于程序代碼、設備參數存儲，NANDFlash芯片用于電能量數據存儲。

2.1.2 內存系統設計

盡管程序可以在NORFlash存儲器內運行，但NORFlash擦寫次數有限，而且訪問速度也不是很理想。本設計中采用SDRAM存儲器作為程序運行空間。從理論上說，SDRAM與CPU頻率同步，共享一個時鐘周期，訪問速度更快，對于集中器應用來說，重要的是SDRAM存儲器無擦寫次數限制。

2.2 通信接口

在電能信息采集系統中，集中器與主站之間的遠距離通信方式有2種：集中器作為從終端利用配變終端的遠傳通道的級聯通信和集中器作為主終端通過通用分組無線電業務（GPRS）/公共交換電話網（PSTN）的遠距離通信。作為主終端時，集中器可能級聯其他從終端設備，換句話說，級聯通信口和GPRS/PSTN通信口可能同時使用，因此將串口1和串口2設計作為集中器數據遠程通信的2個獨立通道。

2.3 外部看門狗

電力企業電能信息采集系統的集中器硬件8bit單片機系統，主要應用的就是看門狗電路，但是在32bit嵌入式系統中，我們卻很少看見看門狗電路，出現這種現象的主要原因就是很多人由于缺乏經驗的原因，認為既然已經采用了Linux操作系統，那么就不需要采用外部看門狗電路了，但是這種觀點本身就存在著很大的問題，主要是因為電能信息采集系統集中去硬件的工作環境是非常復雜的，并且經常會發生變化、出現各種干擾因素，在這種情況下，如果不采用外部看門狗電路的話那么電能信息采集系統的安全性和穩定性就無法得到有效地保證，因為僅僅依靠操作系統本身是無法保證電能信息采集系統安全的，甚至嚴重的情況下，甚至會導致電腦信息采集系統出現崩潰的情況，如果在進行電能信息采集系統集中器硬件安裝的時候，如果軟件設計人員的技術水平不過關的話，沒有外部看門狗，根本無法保證集中器在無人值守的現場長期穩定可靠運行。因此，本設計在硬件上增加了外部硬件看門狗電路，選用常用的MAX813L芯片。在Linux操作系統下，如何讓看門狗功能真正發揮作用，保證無論是系統還是應用程序在失常的情況下設備都能夠恢復正常，需要慎重、全面地考慮。這部分軟件功能的設計可參看文獻。

3 結束語

綜上所述，電能信息采集集中去的硬件設計對我國電力行業的發展有著非常重要的作用，特別是近幾年來嵌入式技術應用范圍的不斷擴大，也在一定程度上推動了我國電力行業的發展，32bit嵌入式系統芯片在電力行業的發展過程中應用范圍是非常廣泛的，特別是他結合了ARM9處理器技術之后，不但能夠使人更加復雜的工作環境，同時這種系統級芯片本身的功能也存在著多樣性的特點，在實際的應用過程中32bit嵌入式系統芯片的外部增加了模擬量輸入的電路擴展模塊和開關量模塊單元，這種設計方式不僅提高了電力企業的電能信息的采集效率，同時也在一定程度上促進了我國電力行業的可持續發展。

參考文獻

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