【正文】 try and the life of people. With the fast developing of economic of our country the best request of development of electric industry are the improvement of the power supply quality and the power supply reliability, and the implementation of highly effective accurate electric instrument acquisition systems. With the improvement of people39。 關(guān)鍵詞 ： GSM/GPRS。計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使抄表自動(dòng)化己經(jīng)成為可能，各種各樣的自動(dòng)抄表系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，它們不僅替代了煩瑣的手工勞動(dòng)，而且為提供更多優(yōu)質(zhì)服務(wù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 ―√‖） 學(xué) 生 簽名： 日期： 2020 年 6 月 1 日 指導(dǎo)教 師簽名： 日期： 2020 年 6 月 1 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁(yè) 基于嵌入式 Linux 電表采集終端抄表模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 電能是使用最為廣泛的一種能源，涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)所有領(lǐng)域和人民生活的方方面面。 學(xué)生 簽名： 陳政璋 日期： 2020 年 6 月 1 日 畢業(yè) 論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本 畢業(yè) 論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)（論文）題目 ： 基于嵌入式 Linux 電表采集 終端 抄表模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓 名 ： 學(xué)生學(xué) 號(hào) ： 專業(yè)班 級(jí) ： 指導(dǎo)老 師 ： 系主任（院 長(zhǎng) ）： 年 5 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁(yè) 畢業(yè)論文 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在 老師 的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 不保密 √。同時(shí)，這些儀表的抄錄工作也變得越來(lái)越煩瑣，工作量變得很大，傳統(tǒng)的抄錄模式已很難滿足社會(huì)發(fā)展的要求。 如果 采集 到了 異常 信息 ，則 以GSM 短信方式發(fā)送到定制手機(jī)上面 ， 實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警 。S3C2410EP 實(shí)驗(yàn)板 。DLT/645 Protocol。但作為用電管理最重要也是最基 礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)仍采用原始落后的人工抄收的方法，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且還會(huì)存在抄表不到位、估抄、漏抄、錯(cuò)抄、錯(cuò)算及抄表周期長(zhǎng)等問(wèn)題。隨著形勢(shì)的發(fā)展，居民在銀行開(kāi)設(shè)個(gè)人賬戶，營(yíng)業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)與銀行聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收、處理、銀行轉(zhuǎn)賬 交費(fèi)等全套操作，真正實(shí)現(xiàn)用電管理的自動(dòng)化。為提高管理水平，發(fā)展自動(dòng)抄表勢(shì)在必行。到目前為止，自動(dòng)抄表在應(yīng)用場(chǎng)合和技術(shù)實(shí)現(xiàn)上呈現(xiàn)出一定的特點(diǎn)。這幾種通訊 方式中，電力載波由于載波介質(zhì)的惡劣環(huán)境，可靠性差是其致命弱點(diǎn)。因此電話抄表適用于抄表不很頻繁，數(shù)據(jù)量不大的情況。目前遠(yuǎn)距離的無(wú)線射頻抄表實(shí)現(xiàn)比較少，因?yàn)樾枰暾?qǐng)專用的頻段，并用電臺(tái)發(fā)射信號(hào)成本比較局。 總之，抄表系統(tǒng)常常作為工業(yè)和家居信息化、智能化的一個(gè)重要的子系統(tǒng)，己經(jīng)有了一定的技術(shù)積累，市場(chǎng)前景廣闊 [11]。其強(qiáng)大的監(jiān)控管理能力，和便于操作的人性化設(shè)計(jì)越 來(lái)越得到供電企業(yè)的青睞，用自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)代替手工操作已經(jīng)成為供電企業(yè)的一種改革趨勢(shì) 。 第三部分介紹開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)所涉及到的基本理論知識(shí)以及選用方法的依據(jù)。它一般是通過(guò)數(shù)據(jù)采集器對(duì)智能儀表內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后通過(guò)傳輸控制器將信號(hào)傳至計(jì)算機(jī)中心，由計(jì) 算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印，必要時(shí)還可以接入 ERP，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和營(yíng)業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)抄表收費(fèi)一體化 。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的 計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，因此，采用嵌入式系統(tǒng)能夠較好地解決功耗問(wèn)題，具有極高的性價(jià)比，適應(yīng)市場(chǎng)的不同要求。 ARM公司專注于 CPU內(nèi)核設(shè)計(jì)，其內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)，特有的 16/32位雙指令集 [15]。 2)超低功耗，符合綠色電子發(fā)展的趨勢(shì) 。為了使系統(tǒng)盡量多地滿足不同應(yīng)用的需要，盡可能的降低成本，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化的思想，即把接口留出來(lái)， 根據(jù)不同的場(chǎng)合接入不同的模塊。具體工作流程如下 :抄表管理中心上位機(jī)通過(guò)上層三種通訊方式中的一種或多種，向底層的采集 /傳輸控制器發(fā)送控制命令信號(hào)、儀表狀態(tài)和數(shù)據(jù)。 下面就本系統(tǒng)所采用的 ARM芯片 (S3C2410)，對(duì)抄表控制器的硬件設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。但有些控制總線不同，如 SST39VF160沒(méi)有寫(xiě)保護(hù)。 ARM公司是專門從事基于 RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，木身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的 ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。 ，指令執(zhí)行速度更快 。 ARM微處理器除了具有 RISC體系結(jié)構(gòu)的典型特征，還具有以下特點(diǎn) : 數(shù)據(jù)處理指令都控制算術(shù)邏輯單元 (ALU)和移位器，以使 ALU和移位器獲得最大的利用率 。 。其功能包括以下內(nèi)容 : ， ， 1/0,微處理器和 16KB ICache /16KB DCache/MMU。 UART (, 16Byte Tx FIFO ,and 16 Byte Rx FIFO) /2通道同步串口 SPI。 RISC架構(gòu)的 ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn) : 。 。只有具有 MMu的 ARM處理器才能支持 Linux和WINCE等操作系統(tǒng)。與之相比，S3C2410的優(yōu)勢(shì)在于擁有較高的主頻 (高達(dá) ZO3MHz)，而 A朋 7內(nèi)核的一般不超過(guò) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 10MHz。 :對(duì)指令進(jìn)行譯碼。 : 將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫(xiě)到寄存器堆，包括任何從存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)據(jù)。 抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 抄表系統(tǒng)集硬件、軟件為一體，本章對(duì)自動(dòng)抄表的模式、總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。 (3)數(shù)字式電表。抗干擾能力弱，易產(chǎn)生用電糾紛 。普通機(jī)械電表，是將電能轉(zhuǎn)化為表盤的動(dòng)能，再由表盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)數(shù)字碼盤進(jìn)行計(jì)數(shù)， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 從而顯示電表讀數(shù)。否則抄表系統(tǒng)難以得到廣泛的推廣和應(yīng)用 [5]。電表數(shù)據(jù)在抄表前端進(jìn)行了可靠存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)只要獲取這些數(shù)據(jù)，就實(shí)現(xiàn)了電表數(shù)據(jù)的抄錄工作 [13]。一個(gè)月、一個(gè)季度抄錄一次或者針對(duì)網(wǎng)上用電情況對(duì)波峰和波谷分開(kāi)抄錄，無(wú)論哪種情況，何時(shí)進(jìn)行抄表工作都由計(jì)算機(jī)集中進(jìn)行控制 。實(shí)現(xiàn)軟件的功能。從軟件的角度，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 。 。數(shù)據(jù)終端設(shè)備經(jīng)數(shù)據(jù)信道（如無(wú)線電臺(tái)、市話網(wǎng)絡(luò)等）與遠(yuǎn)方主站的數(shù)據(jù)通信協(xié)議不屬于 DL/T645－ 1997 的范疇 [8]。 接口介紹 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。它是在 1970 年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。即：邏 輯 ―1‖， 5— 15V；邏輯 ―0‖ +5— +15V 。所以采用 DB9 的 9 芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 GPRS特別使用于簡(jiǎn)短的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。 GSM 的短消息業(yè)務(wù) SMS(Short Message Service)與話音傳輸及傳真一樣同為 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù)，它通過(guò)無(wú)線控制信道進(jìn)行傳輸，是 GSM 通信網(wǎng)所特有的，經(jīng)短消息業(yè)務(wù)中心完成存儲(chǔ)和前轉(zhuǎn)功能，它不用撥號(hào)建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)送給最終的信宿。因此短消息業(yè)務(wù)作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種主要的電信業(yè)務(wù)，它的傳遞是可靠的。本系統(tǒng)的GSM/MODEM 采用法國(guó) WAVECOM 公司的 GSM/MODEM 模塊 [9]。由于多個(gè)進(jìn)程共享同一塊內(nèi)存區(qū)域，必然需要某種同步機(jī)制，互斥鎖和信號(hào)量都可以 [6]。而是保持共享區(qū)域，直到通信完畢為止，這樣，數(shù)據(jù)內(nèi)容一直保存在共享內(nèi)存中，并沒(méi)有寫(xiě)回文件。 消息隊(duì)列 將報(bào)文按隊(duì)列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織就叫消息隊(duì)列。消息隊(duì)列可進(jìn)行 ―發(fā)送 ‖和 ―接收 ‖操作 [7]。其中 SAX 是基于事件的，其基本工作流程是分析 XML 文檔，當(dāng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的元素時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)事件，并調(diào)用相應(yīng)的用戶處理函數(shù)。 TinyXml 不支持驗(yàn)證，但是體積很小，用在解析格式較為簡(jiǎn)單的 XML 文件，比如配置文件時(shí)，特 TinyXml 最大的特點(diǎn)就是它很小，可以很方便的靜態(tài)連接到程序里。 多進(jìn)程程序有以下一些突出的特點(diǎn) :.并行化、簡(jiǎn)單有序、互不干擾、事務(wù)化。 交叉編譯環(huán)境 交叉編譯是指在主機(jī)平臺(tái)上生成目標(biāo)機(jī)平臺(tái)上可執(zhí)行的代碼 .由于目標(biāo)機(jī)上的硬件資源的限制 ,不可能在目標(biāo)機(jī)上編譯大型程序 ,所以必須在主 機(jī)平臺(tái)上構(gòu)造一個(gè)交叉編譯器來(lái)編譯 Linux 內(nèi)核 [6]。 開(kāi)發(fā)平臺(tái)： vi編輯器， Gcc編譯器， Gdb調(diào)試器 。主站與前置機(jī)建立通信連接之后，向給前置機(jī)下發(fā)采集命令。 對(duì)系統(tǒng)操作流程如下圖 41所示。只有與請(qǐng)求幀中邏輯地址對(duì)應(yīng)的電表才會(huì) 對(duì)該請(qǐng)求 做出 響應(yīng)，并發(fā)送包含 請(qǐng)求 數(shù)據(jù) 的響應(yīng)幀至數(shù)據(jù)采集終端。合法的話，根據(jù)該幀的控制碼判斷幀的數(shù)據(jù)類型 (正常應(yīng)答、異常應(yīng)答、有后續(xù)等 )，然后根據(jù)類型對(duì)幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換處理。 6．定時(shí)器模塊：為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)各開(kāi)一個(gè)定時(shí)器 ，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端的全自動(dòng)化，每間隔一個(gè)固定時(shí)間，終端就會(huì)自動(dòng)進(jìn) 行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)工作。另外一個(gè)進(jìn)程則負(fù)責(zé)定時(shí)地將共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至 xml 文檔中備份。 地址域 A0～ A5：地址域由 6 個(gè)字節(jié)構(gòu)成，可以為表號(hào) 、資產(chǎn)號(hào)、用戶號(hào)、設(shè)備號(hào)等。當(dāng)?shù)刂窞?999999999999H 時(shí)，為廣播地址。 數(shù)據(jù)域 DATA：數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。 核心實(shí)現(xiàn)代碼 以下是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的核心代碼，其中： int CMeterProtocolGB645::FormReadDataFrame(int amp。valueLen)函數(shù)用于根據(jù)幀的控制碼判斷該幀類型，并按照該類型的處理方式對(duì)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。 buff[1] = 0x68。 buff[5] = AddressTable[meterno].address[3]。//起始碼 buff[9] = 0x01。//2 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)項(xiàng) buff[12] = ( (item 8) amp。//結(jié)束碼 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) buff[15] = 0。 while( i = frmlen) { if( buff[i] == 0x68 amp。 } if(i frmlen)//在有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度內(nèi)沒(méi)有找到同步字 { return 1。//沒(méi)有結(jié)束標(biāo)志 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè) } if( (unsigned char)GetCheckSum( amp。valueLen) { int j。 j ++) { buff[12 + j] = 0x33。 break。 break。 return buff[ 10 ]。//無(wú)效的控制字符 } return 0。這是目前大多數(shù)抄表系統(tǒng) 8位、 16位單片機(jī)所不能比的。 S3C2410的數(shù)據(jù)處理能力及豐富的外圍接口，可以很容易的使用 LCD顯示屏替代傳統(tǒng)的數(shù)碼管。 結(jié)果分析 開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及相關(guān)策略 1．開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具方面 進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)關(guān)鍵在操作系統(tǒng)，如果沒(méi)有掌握操作系統(tǒng)，就很難把握一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。因?yàn)橹笇?dǎo)書(shū)上講的與實(shí)際的開(kāi)發(fā)環(huán) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) 境有些地方不一致，所以給配置工作帶來(lái)了很大的麻煩。 創(chuàng)新思想 1．共享內(nèi)存的使用 數(shù)據(jù)采集終端首先將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至共享內(nèi)存，以供顯示模塊顯示， 因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫(xiě)內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝，只需要一次存儲(chǔ)工作，就可以在各進(jìn)程中共享數(shù)據(jù)，因此可以很好的提高效率。 其中 一個(gè)進(jìn)程 基于 DLT/645 規(guī)約，定時(shí)地 以 輪詢的方式采集各個(gè)電表相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入共享內(nèi)存中，供顯示模