韓衛(wèi)東

(杭州東信電力科技有限公司，浙江 杭州 310011)

0 引言

隨著信息化技術的發(fā)展，以嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式技術是近年來一個新的技術發(fā)展方向，目前得到了廣泛的應用。在所有的32位嵌入式微處理器中，以ARM公司的32位IP核為基礎的ARM嵌入式微處理器，因其高性能、低成本、低功耗、小體積、以及完整的產(chǎn)業(yè)鏈支持，占據(jù)32位嵌入式微處理器絕大部分市場份額[1]。

嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件。SOC最大特點是成功實現(xiàn)了軟硬件的無縫結合，直接在處理器的片內嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內部運用VHDL等硬件描述語言，實現(xiàn)一個復雜的系統(tǒng)[2]。目前基于ARM9內核的SOC芯片分為通用和專用兩大類，通用 SOC芯片生產(chǎn)廠商眾多，有Samsung(S3C24系列)、Cirrus logic(EP93系列)等，其中AtmelSAM9260是美國愛特梅爾科技公司(ATMEL)生產(chǎn)的具備多種功能SOC芯片，是一款性價比極高的芯片。

1 行業(yè)背景技術

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設輸電環(huán)節(jié)的重要組成部分，是實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)運行檢修管理，提升生產(chǎn)運行管理精益化水平的重要技術手段[3]。

目前國內已有多家研究機構和公司研制開發(fā)出多種輸電線路本體、氣象及通道環(huán)境監(jiān)測裝置，包括導線溫度、導線微風振動、舞動、絕緣子串風偏、絕緣子泄漏電流、鹽密、桿塔傾斜、桿塔振動、微氣象、圖像、視頻、桿塔防盜等監(jiān)測裝置，這些裝置已在特高壓交流示范工程、30多個大跨越線路、跨區(qū)線路等重要線路投入使用。

目前相關廠家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)均自成體系，采用的通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)接口和實現(xiàn)的功能各不相同，造成信息分散、重復建設等局面，不能體現(xiàn)規(guī)模效益，已有的區(qū)域性集中監(jiān)測系統(tǒng)，存在系統(tǒng)互聯(lián)性不夠、信息整合程度不高等情況，難以滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的要求。

2 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測代理系統(tǒng)(CMA)硬件設計

2.1 系統(tǒng)硬件設計結構圖(見圖1)

圖1 CMA硬件結構圖

2.2 AT91SAM9260主要特性如下

主頻200 MHz，ARM926EJ－S處理器，16 KB指令 CACHE，16 KB數(shù)據(jù)CACHE，內嵌MMU，支持Linux、WindowsCE等操作系統(tǒng)，內嵌80 KB SRAM，具有DSP擴展指令，JAVA硬件加速，擁有220 MIPS的運算性能;擁有2D圖形協(xié)處理器，提升顯示性能[4]。

3 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測代理系統(tǒng)(CMA)軟件設計

3.1 狀態(tài)監(jiān)測代理裝置(CMA)應用系統(tǒng)體系架構(見圖2)

圖2 CMA應用系統(tǒng)體系架構圖

3.2 狀態(tài)監(jiān)測代理裝置(CMA)軟件總體方案

3.2.1 系統(tǒng)軟件部分

嵌入式操作系統(tǒng)選用 ARM-Linux－2.6.20，

內嵌如下網(wǎng)絡協(xié)議棧[1]:

TCP/IP Library.HTTP、HTML、ICMP、IGMP、TCP、UDP、ARP、SNMP、PPP、IP、FTP、DHCP、DNS、TELNET、NFS、

具備的網(wǎng)絡功能如下:

支持Internet互聯(lián)，并保持雙向數(shù)據(jù)傳輸，VPN隧道技術，路由與虛擬地址轉換服務(NAT)，支持SNMP網(wǎng)絡監(jiān)控，尋找方式:IP直接尋找和域名尋址。

3.2.2 應用軟件部分:

狀態(tài)監(jiān)測代理裝置與現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置通過TCP/IP形式進行數(shù)據(jù)通信，通信規(guī)約采用國家電網(wǎng)公司文件(1738號)制定的I1接口規(guī)約;同時狀態(tài)監(jiān)測代理裝置與后臺WebService服務器采用基于SOAP協(xié)議進行通信，通信規(guī)約采用國家電網(wǎng)公司文件(1738號)制定的I2接口規(guī)約。

圖3為應用軟件總體結構流程圖

圖3 應用軟件總體結構流程圖

4 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測代理系統(tǒng)(CMA)系統(tǒng)特色功能

(1)實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)報文全面解析和發(fā)送，包括如下監(jiān)測數(shù)據(jù)類型:微氣象數(shù)據(jù)、桿塔傾斜、微風振動特征量、導線弧垂、導線溫度、敷冰拉力、風偏、導線舞動、絕緣子污穢。

(2)實現(xiàn)工作狀態(tài)報文格式解析和發(fā)送，包括:心跳信息、裝置工作狀態(tài)信息、裝置故障狀態(tài)信息。

(3)實現(xiàn)遠程圖像報文格式解析和發(fā)送，并在WebService服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的解析和圖像合成功能。

(4)實現(xiàn)一臺狀態(tài)監(jiān)測裝置和多臺現(xiàn)場監(jiān)測裝置的通信。

(5)控制命令下發(fā)及讀寫現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置參數(shù)配置，包括:時間查詢和設置、監(jiān)測裝置遠程復位、網(wǎng)絡適配器參數(shù)查詢和設置、采樣參數(shù)查詢和設置、報警閾值查詢和設置、基本信息查詢和設置、設備號查詢和設置、裝置蘇醒時間設置。

(6)遠程圖像控制命令下發(fā)，包括:圖像采集參數(shù)設置、拍照時間表設置、手動請求拍照、攝像機遠程調節(jié)、啟動終止視頻傳輸。

(7)發(fā)布GSOAP服務端XML網(wǎng)頁功能。

(8)現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置歷史存儲數(shù)據(jù)查詢功能。

5 結束語

目前國內出現(xiàn)了基于ARM9和WindowsCE系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，但基于ARM9和嵌入式Linux系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測代理系統(tǒng)(CMA)產(chǎn)品目前還沒有出現(xiàn)。嵌入式Linux之所以能成為一種流行的嵌入式操作系統(tǒng)，除具有功能強大、高性能、穩(wěn)定性好以及源代碼開放、免費等優(yōu)勢外，其最大特點是用戶可根據(jù)特定需求對內核進行配置和裁剪，滿足嵌入式應用的差異性要求[1]125。

[1]李駒光，鄭耿，江澤明.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)詳解——基于EP93XX系列ARM[M].北京:清華大學出版社，2006.

[2]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)——基于ARM處理器與uC/OS－II實時操作系統(tǒng)[M].北京:清華大學出版社，2002.

[3]國家電網(wǎng)公司.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置通用技術規(guī)范(Q/GDW 242－2010)[S].北京:中國電力出版版，2010.

[4]AT91SAM9260.DataSheet[M/OL].San Jose:Atmel Corporation，2007.http://www.atmel.com/reviews/literature.