基于ARM的通信電源參數采集系統設計

孫 剛，蕭展輝

（南方電網數字電網研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

ARM處理器是面向大眾的微型處理器，價格優惠，功能完善。其內部是32位指令，比傳統的處理器16位指令要多出一倍，在保證同等級32位指令的優勢下，降低了價格，是現如今用途最廣泛的處理器。因此，本文將基于ARM設計通信電源參數采集系統[1]。相對比SD處理器，ARM處理器的成本更低，并可以滿足通信電源參數采集系統的各項要求，屬于低功耗、低成本、高效率以及高可靠性的采集設備。通過ARM技術采集通信電源參數，必能使參數采集效率提高，進而提高整個系統的運行水平。

1 硬件設計

1.1 無線通信傳感器

本文設計的無線通信傳感器是參數采集系統的重要設備之一，利用溫度測量計測量通信電源溫度信號，經過轉換器將所得的溫度信息進行處理、校準，并將最后所得數據送至無線傳感器中，再將信息數據通過無線通信的方式送回通信電源中，完成一次循環。其他信息參數也如上所述，最終通信電源終端會得到溫度、電壓、電流以及精度等多個參數信息。在外形上，本文設計了較為小巧的尺寸，大小為7.5 mm×5 mm×2.5 mm。

本文認為，無線通信傳感器濕度傳輸范圍應該在0～100%，分辨率為0.005% RH，采集精度為±0.3% RH，測量范圍越廣，參數采集越準確。溫度上傳感器可傳輸的范圍為-50～+136.7 ℃，并且分辨率為0.000 1 ℃，采集精度為±0.04 ℃[2]。此外，本文設計中的無線通信傳感器的采集核心在于采集精度，參數采集準確度越高，系統運行效果越好。

1.2 STMF控制芯片

在設計無線通信傳感器后，參數采集系統有了基本構架，因此進一步設計STMF控制芯片。本文STMF控制芯片設計中，以Control-M2內核電路為主體，此內核電路滿足高性能和低能耗的特點，在同類產品中極具競爭力。STMF控制芯片的設計將會增強系統的運行能力，能夠帶動多個通信電源設備的同時運行。當出現內核電路短路或斷路時，STMF控制芯片會對當前事件進行判斷，以最快速的方式處理電路[3]。此外，STMF控制芯片內部還設計了電壓和電流監測模塊，內嵌入振蕩器，可以支持睡眠、停機以及待機3種工作狀態[4]。外部設計了定時器、SDI、USA、ADC等多個接口，在參數采集過程中持續監測，最大程度地保證了系統的安全。

2 軟件設計

2.1 建立參數同步采集模塊

本文軟件設計上首先建立了參數同步采集模塊，通過硬件設計中的無線通信傳感器的輸出信號進行同步采集，同時讀取并行接口的采集參數，并通過ARM處理器處理參數。由于ARM處理器的工作速度更快，因此采集頻率不會受到限制，ARM處理器也不會出現讀取不到參數的失誤[5]。

本文中參數采集模塊思路比較簡單，在特定采集頻率信號下，同步采集多路傳感器的信號，達到采集參數的設定值時暫停采集。此外，參數采集后，通過控制芯片中的任意接口直接發送到無線通信傳感器，或者利用ARM處理器對參數進行處理和分析后發送到通信電源中，等通信電源接收參數信息后中斷采集，開始新一輪的參數采集。

2.2 制定參數采集流程

在實際參數采集中，采集點數往往設置成2的冪函數，采集點數通常設置為1024或2048。在本次采集模塊設計中，參數采集點數默認為2048，相應的采集頻率也會作出設置。具體來說，參數采集主程序需要初始化無線通信傳感器與控制芯片，設置參數采集范圍和中斷采集方式等[6]。利用ARM處理器，開始參數采集，當ARM自動處理參數時即為轉換完成，此時中斷采集，完成參數采集，進入參數處理模塊，判斷當前采集點數是否與設定值相同，若相同則采集完成，不相同則根據上述采集模式重新采集，直到采集計數達到采集設定值。

2.3 基于ARM設計通信電源參數存儲格式

通信電源參數采集系統的常規SD處理器較為煩瑣，且不容易操作，成本也較高，因此存儲內容也較少。ARM處理器摒棄以上缺點，融入到通信電源參數采集系統中后，設計了模擬電壓和電流的轉換，并通過ARM技術處理內部軟件，將參數集中采集處理后實現參數采集的強弱轉換。傳統的存儲格式采用模板的格式進行存儲，保密性幾乎等于零。一般意義上來講，越復雜的存儲格式保密性越強[7]。本文設計的存儲格式則相反，利用簡單無規則的存儲模式，設計的初衷就是利用簡單卻難編譯的代碼設置存儲格式。為了方便破譯采集參數，本文對存儲參數作出標記，并且針對每一輪參數采集過程都加入初始代碼，用于區分真實參數。

2.4 配置NFS網絡采集服務

在配置NFS網絡采集服務時，編輯參數文件，并添加參數共享目錄。在此目錄中會以網絡自動化的形式采集多通信電源參數，避免線下采集的冗雜性。隨后開啟NFS網絡采集服務，NFS中具有防火墻的防病毒軟件，在網絡采集服務中至關重要，采集參數之初就會打開防火墻，避免電腦病毒中斷采集流程[8-10]。當共享目錄設置好并成功啟動NFS后，共享目錄會自動成為ARM的參數采集系統，在后臺使用時，無論是睡眠、停機還是待機狀態都可以在后臺進行參數采集，并且本文還設計了超大的網絡采集空間，避免出現因為反復采集而燒毀程序的現象。最后，打開網絡采集軟件中的LOCKED命令和安全管家的設置界面，選擇DISABL，永久打開防火墻，使參數采集過程不會出現干擾。

3 系統測試

本次系統測試目的在于監測本文設計的參數采集系統采集信號范圍，并將在系統界面以采集信號的幅值、頻率以及時間等方面展現出來，驗證本系統的通用性。

3.1 測試準備

測試程序界面打開后，設置連接類型、地址以及端口，并以客戶端為目的IP，根據設置向系統發出連接請求，以十六進制的0×5566為起始命令，以0×5588為結束命令，完成數據命令發送后，啟動參數采集。具體參數采集結果如圖1所示。

圖1 參數采集結果

如圖1所示，通過查看參數采集文件，觀察到參數文件以0×1234開始，以0×2233為結尾的規律命令。從采集到的參數文件上看，系統通信正確，可以正常采集參數。

3.2 測試結果

以上硬件軟件運行正常后，開始測試本文設計的通信電源參數采集系統界面的幅值、時間以及采集頻率最大最小值等信息。在相同條件下，測試本文設計的系統與傳統系統采集信號幅值范圍，具體測試結果如圖2所示。

圖2 基于ARM的通信電源參數采集系統界面

如圖2所示，本文設計方法采集的參數信息也較為準確，符合本文設計的要求，極具推廣價值。

4 結 論

傳統SD參數采集系統的采集信號覆蓋范圍小，因此采集精度低，其中的軟硬件設備均不能達到通信電源的要求，因此亟待作出改革。隨著ARM的普及，通信電源參數采集系統有了新的研究方向，本文基于ARM的通信電源參數采集系統中，以無線通信傳感器與控制芯片為基礎，完成溫度和濕度等外部環境采集。測試結果表明，本文設計可以達成超大內存、采集信號覆蓋面廣以及采集精度高等功能，在通信電源的采集過程可以擁有更加精準的參數信息。