嵌入式技術在電子通信節能中的應用研究

陳德池

（江蘇省淮海技師學院，江蘇宿遷，223800）

0 引言

二十世紀七十年代，微處理器的出現使微型機可以嵌入到一個對象體系中，從而實現對對象體系的智能化控制，這種就是最初的嵌入式控制系統。嵌入式技術作為一種以應用為中心、以計算機為基礎的軟硬件結合起來的技術，在人們生活中有著廣泛的應用。尤其是伴隨著微電子的飛速發展，使得嵌入式技術的內涵和外延都發生了極大變化，以微處理器為核心的嵌入式系統被廣泛地應用于電子通信領域中，可以很好地解決人們對節能的要求。但在傳統的嵌入式電子通信控制系統中，主要存在系統維護成本高、系統傳輸端未利用芯片對數據進行監控與分析、節能效果并不顯著等諸多問題，因此，為進一步提高電子通信設備的節能效果，也為了能更好解決上述問題，文章提出了一種基于SN65LB芯片控制的嵌入式電子通信節能控制系統，對傳統嵌入式電子通信控制系統進行優化與改進。

1 嵌入式技術概述

以嵌入式計算機為核心的嵌入式系統，是繼IT網絡技術之后發展起來的一種新的技術。嵌入式系統主要由處理器內核、傳感器和執行結構、用戶界面、應用程序特定入口、軟件、存儲器、仿真和診斷等部分組成。它最大的優勢便在于其強大而靈活的可應用性、可拓展性、多功能性，且同時具有軟件和硬件可裁剪的特點，能夠更好地滿足消費群體的多樣化需求，并能以最低的成本獲取最大化的經濟利潤和效果。近年來在人工智能的加持下，使得低功耗電子通信設備受到人們的重視。基于嵌入式系統的低功耗設計依然是當前設計者廣泛關注的問題，究其原因是嵌入式系統在一些便攜式、移動式的產品中的運用，既能減少設備的功耗，也能滿足人們對電子通信設備多方面的功能需求。

2 基于嵌入式技術的電子通信節能控制系統設計

2.1 系統整體架構設計

圖1為本文設計的嵌入式電子通信節能控制系統整體架構圖，主要包括傳輸端、控制端、終端和應用端四個部分。其中，傳輸端的構成主體是芯片，是嵌入式電子通信節能控制系統的關鍵部分，其主要功能是負責對應用端數據和網關服務器根據傳輸控制協議接/發數據進行傳輸；控制端的構成主體是設備控制器，其功能是利用嵌入式系統實現對電子通信系統的節能控制；終端是由無線通信設備和網關服務器兩個部分構成，其功能是對系統數據進行通信與分析；應用端是由線路監控、設備監控、環境監控和處理器四個部分組成，其功能是對電子通信設備的運行狀態進行監控與分析。

圖1 嵌入式電子通信節能控制系統整體架構圖

2.2 系統傳輸端的設計

當應用端獲取電子通信設備的相關數據后，將利用處理器處理后的數據傳輸給終端，終端通過TCP/IP協議接收數據，然后通過與控制端相連的RS488總線串口傳輸到控制端，接著利用SN65LB芯片對控制端所接收的數據進行分析（如圖2）。

圖2 傳輸端芯片的RS488總線傳輸串口圖

在此過程中，由于SN65LB芯片能夠同時實現125個系統數據的并行傳輸，所以，具有較強的傳輸效率，能在一定程度上減少電子通信系統的能源消耗。

2.3 系統控制端的設計

節能控制系統是控制端的核心組成，該電路系統主要由單片機、繼電器和單相穩定繼電器等元器件構成，其中，繼電器能夠起到對單片機和單相穩定繼電器的保護作用，單相穩定繼電器能夠對整個電路的電壓和電流起到控制作用（如圖3）。

圖3 系統控制端的設計

2.4 系統通信模塊的設計

通信模塊電路是電子通信節能控制系統的關鍵構成，在本文的終端設計中，采用的是無線通信模塊，如圖4所示。在嵌入式電子通信節能控制系統中所有的節點通信都是利用該模塊來實現。而通信模塊中的終端、路由器和調節器的功能則是通過編寫軟件程序來實現。

圖4 無線通信模塊

2.5 系統軟件的設計

嵌入式電子通信節能控制系統利用軟件實現對節能控制器的控制，并通過網頁操作界面發出指令。該指令操作界面主要由四部分組成：

(1)用戶登錄、用戶注冊、系統退出。主要用于用戶的登錄和注冊等操作。

(2)房間、用戶信息、使用說明。主要用于用戶查詢通信設備所在的房間及相關的設備信息、操作說明。

(3)嵌入式設備、設備信息查詢。主要用于瀏覽所有嵌入式設備的相關信息。

(4)節能控制方案、節能控制結果。主要用于展示系統中的所有節能控制方案，便于用戶選擇，在執行方案后，通過操作節能控制結果按鈕，就能直觀、及時地了解方案執行的節能效果。

3 基于嵌入式技術的電子通信控制系統節能效果分析

3.1 系統節能效果分析

為了檢驗本文所提出的嵌入式電子通信控制系統的實際節能成效，筆者選取了三臺電子通信設備（一、二、三）作為實驗對象，然后分別將分布式管理節能控制系統、基于通信協議的節能控制系統的節能成效和本文所設計的嵌入式電子通信節能控制系統的成效進行對比分析，令三臺電子通信設備正常工作36小時，并記錄系統在改造前后的實際能耗情況。實驗結果如表1、表2所示。

表1 三臺電子通信設備在未改造前的能耗對比分析

表2 三臺電子通信設備節能改造后的能耗對比分析

通過表1和表2可以看出，經過基于SN65LB芯片的嵌入式電子通信控制系統控制后，三臺電子設備的能耗明顯有所下降，且節能效果比分布式管理節能控制系統和基于通信協議的節能控制效果要好。

3.2 系統性能測試分析

為了分析嵌入式電子通信控制節能控制系統的性能，將該系統與傳統組合式補償系統在不同負載電流情況下的輸出電壓進行對比分析，結果發現，當負載電流的從0A、1.3A、2A、3A、4A不斷增強時，該系統的輸出電壓始終保持在220V，而傳統組合式補償系統的電壓不斷在發生變化，且沒有規律，從220V、210V、215V、230V到223V，由此可見，本文設計的節能控制系統的輸出電壓比較穩定，而傳統組合式補償系統的輸出電壓不穩定。

當改變直流母線電壓時，本文設計的節能控制系統的交流輸出電壓始終保持220V不變，而傳統組合式補償系統的交流輸出電壓則從227V逐漸的增加到261V。結果表明，在直流電壓不穩定時，本文的系統能為實際應用提供安全保障，將其電壓始終控制在220V，而傳統組合式補償系統則存在一定的安全隱患。

4 結論

本文設計了一種基于SN65LB芯片的嵌入式電子通信節能控制系統，在該系統中的設備控制器能夠對電源溫度的實時數據進行獲取與分析，然后利用節能控制電路根據所獲取的電源溫度數據自動調控電源，從而達到節能的目的。系統性能測試結果表明，在節能控制前能耗為5.842/kW·h，在節能控制后的能耗為4.833/kW·h，兩者相比該系統能夠明顯降低電子通信設備的能耗，且性能較為穩定。