淺談嵌入式電力控制系統中監控子系統的設計與實現

梁琛

（國網冀北電力有限公司寬城縣供電分公司，河北 承德 067000）

在現代科技發展的支持下，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等眾多領域，在這種廣泛應用的發展模式下，相關領域對嵌入式系統的應用提出了更高要求。對此，從嵌入式電力控制系統中監控子系統的角度出發，致力于開發一種能夠適用于各種場合的監控程序，由此提升嵌入式系統的應用效果。

1 嵌入式電力控制系統中監控子系統框架結構

現代電力控制系統中監控子系統的有效設計，要求避免在監控數據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、管理、檢測等領域當中。監控子系統的設計，采用的是C/S模式，整體框架結構由監控服務器和監控客戶端組成，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通信協議，能夠有效完成監控數據與信息的傳輸。監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。

2 嵌入式電力控制系統中監控子系統的硬件設計

嵌入式電力監控系統中監控子系統的服務器，多為工控機或商用PC機，本文所選為PC機。為保證監控子系統能夠實現對大量現場數據的采集與傳輸，一般來說，系統設計對通信模塊的要求都較高。通信模塊的主要原理，就是利用系統中傳感器一端，將采集到的數據實時傳輸給嵌入式CPU模塊，經過處理器處理之后，監控數據將以統計報表等形式呈現在交互界面上；與此同時，CPU模塊還會根據所得的監控參數，發布相應的控制命令，以保證監控子系統的閉合運行。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中的監控子系統框架結構之后，需要根據各模塊的運行與功能實現需求，對相關硬件設計進行有效優化。上文中提到，本文在傳統嵌入式電力控制系統的設計基礎上，融合了電力線載波通信技術，因此，在嵌入式電力控制系統中監控子系統硬件設計中，由電力線載波通信模塊來負責對系統主控模塊的相關控制數據的接收。為保證系統硬件設計效果能夠達到理想水平，采用了INT6400電力線調制控制芯片、INT1400模擬前端來構建這一模塊，其中INT6400電力線調制控制芯片在設計過程中，集成了A/D和D/A轉換功能，采用的通信協議，能夠達到200Mbps的通信速率，為多路數據的同步傳輸效果實現，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中監控子系統，必然要考慮監控子系統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服務器的功能要求，即負責原始監控數據的采集、數據處理與數據傳輸。為保證各項功能的有效實現，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，能夠支持多種數據輸出格式。

3 嵌入式電力控制系統中監控子系統的軟件設計

嵌入式電力控制系統中的監控子系統，其軟件部分的設計效果，對系統監控功能的實現，能夠產生重要影響，具體的軟件設計如下。

3.1 數據字典的建立

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

總體來說，數據字典的建立相對較為簡單，先通過系統主窗口界面打開子實時數據字典界面，窗口會顯示RTDataView發送的消息；與此同時，啟動一個時鐘，并第一次發出實時數據請求。實時數據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，在了解需要的基礎上并返回數據；此后，時鐘將作為整個流程的重復觸發點，但不再需要反復定閱，可以直接從代理組件的緩存中獲得，并返回監控界面，由此完成系統運行過程中，對實時數據的刷新顯示和操作。

3.2 數據庫設計

數據庫的主要功能，就是存儲經過服務器處理的數據，存儲過程中，一般會按照一定的規則將其進行分類與排序，為后續數據讀取、維護等操作提供便利，提高數據庫響應速率。在嵌入式電力系統中監控子系統的設計過程中，應切實考慮數據庫為其監控與運行控制提供正確依據的核心作用，建議實時數據庫采用PI，歷史數據庫采用oracle，以實現對相關數據進行管理。采用此種數據庫，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中監控子系統的大規模數據存儲，提供可靠保障。根據相關設計經驗能夠了解到，MySQL、SQL Server等系列的數據庫相對較小，若系統的監控數據規模不大，也能夠適用。

本文所述嵌入式電力控制系統中監控子系統的數據庫設計，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，數據庫的過量存儲會導致加重系統的運行負載，降低數據庫響應速度，所以對歷史數據設置了刪除操作程序，當數據存儲到一定時間之后，系統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據的有效性。

3.3 監控數據采集

根據不同的使用需求，嵌入式電力控制系統中監控子系統會布置不同的傳感器類型，進而采集用戶所需監控信息。以視頻監控為例，監控系統需要采集原始視頻圖像數據。在本文所述系統構架當中，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中監控子系統的軟件設計，采用Linux嵌入式系統為操作系統，操作系統本身包含視頻驅動功能；可采用V4L2內核驅動，來為視頻圖像數據的采集提供有效的通用接口，由此通過通用結構操作函數，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中監控子系統測試

將本文的嵌入式電力控制系統中監控子系統的設計方案，作用于某嵌入式電力控制系統中的視頻監控子系統中，經驗證，視頻傳輸像素能夠達到320×240；系統當中的接收播放客戶端為PC端，播放幀率能夠達到30fps。本文在設計監控子系統的過程中，引入了電力線載波通信技術，可利用電力線網絡數據測試工具，對視頻監控子系統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，本文嵌入式電力監控系統中監控子系統的設計，能夠達到圖像清晰、數據傳輸延時小、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中監控子系統的設計與實現，對促進嵌入式電力控制系統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，才能保證系統的實現，能夠最大程度滿足用戶對嵌入式控制系統自動化應用水平的多樣化要求。