基于ARM的宿舍电能计量系统设计

1 引言

　　高校学生宿舍用电控制系统采用智能电能计量集采控制系统,一般学校 已统一规划购置到位。但在使用时发现学生只是被动地被管理, 学生并不能 直观了解相关用电数据，不方便查询和提醒剩余电量，宿舍经常在不知不觉 中突然停电，如果在傍晚或者周末,电工没有上班，停电后不能及时买电, 只能在黑暗中度过了,严重影响了学生的正常生活。考虑到学生上网方便， 如果学生能够随时通过网站查询到自己房间的剩余电量，及时买电就可避免 以上情况。本文设计了一个既能接入宿舍电量采集系统又能接入校内 Intranet 信息网络的嵌入式电能计量及查询系统，在电能数据采集终端 (ERTU)采用嵌入式ARM2410 芯片和嵌入式实时 *** 作系统Linux，在linux 的 基础上结合嵌入式Web 服务器技术，构成完整的嵌入式系统Web 服务器，将 其作为数据采集器嵌入到在现有的电能计量集采控制系统中，既可以与管理计算机之间传输数据，也可以供学生登陆实时查询用电信息。

　　2 电能计量系统设计

　　电能计量系统框图如图1 所示，在远程电能数据采集终端(ERTU)采用嵌 入式CPU 和嵌入式实时linux 构成完整的嵌入式系统,在linux 的基础上结 合嵌入式Web 服务器技术,可实现实时、动态的交互查询功能。ERTU 采用定 时或者实时启动抄表任务,通过RS-485 总线读取智能电能表内的电量信息和事件信息,支持标准的RS-485 串口数据输出。每一个ERTU 装置都可以接 多路RS-485 总线,这样就可以同时采集多路的电能表信息。利用现有的网络 硬件基础，方便地建立基于TCP/IP 网络协议的Internet/Intranet 网络系 统。Web 技术允许任意地点的用户通过浏览器接入网络，通过电能计量管理 工作站访问嵌入式Web 服务器，管理和维护电能数据采集终端的数据，包括 查询各宿舍的实时用电情况、根据输入金额确定宿舍使用电能量、启动电能 表给宿舍供电、根据需要远程断开相关宿舍的用电开关。学生通过计算机网 络访问电能数据采集终端及Web 服务器，查询自己宿舍的实时用电情况，以 便及时买电，避免出现意外断电情况。买电方式可以采用让管理人员从电能 计量管理工作站充值，也可以采用充值卡方式买电，只要在网上输入卡号和 密码就可以充值实现买电。

 

图1 嵌入式电能计量系统框图

 

　　3 电能数据采集终端及Web 服务器设计

　　3.1 硬件系统

　　电能数据采集终端及Web 服务器硬件系统框图如图2 所示，由于嵌入式微 处理器采用精简的实时多任务内核,负责各个功能任务的管理,以满足电能 表性能不断扩展所需要增加的功能。同时嵌入式微处理器具备网络通信功能, 可以方便地扩展为远程测控中使用的基于TCP/IP 的网络化智能仪器。在嵌 入式微处理器所拥有的硬件资源基础上建构嵌入式Web 平台,允许管理员在 任意地点通过Web 浏览器访问电能数据,实现跨平台的远程控制和管理。

 

图2 电能数据采集终端及Web服务器结构图

　　目前常用的SDRAM 为8 位/16 位的数据宽度，工作电压一般为3.3V。系 统中使用Winbond 公司的存储容量为64M 字节的存储芯片，工作电压为 3.3V ， 兼容LVTTL 接口， 支持自动刷新（ Auto-Refresh ） 和自刷新 （Self-Refresh），16 位数据宽度。

　　Flas 存储器采用INTEL 的存储容量为64M 字节的存储芯片，16 位数据 宽度。仅需单3.3V 电压即可完成在系统的编程与擦除 *** 作，通过对其内部 的命令寄存器写入标准的命令序列，可对Flash 进行编程（烧写）、整片擦 除、按扇区擦除以及其他 *** 作。

　　采用RTL8019AS 芯片作为以太网接口芯片，该芯片是NE2000 兼容的网 卡芯片，Linux 内核中的TCP/IP 协议支持NE2000 兼容的网卡芯片。通过以 太网接口与计算机网络连接,实现数据的远程传输。 现在的电能表，正在由传统的机械式电能表向全电子式电能表转换，电 能数据采集终端的设计要考虑接纳各种电能表，但高校学生宿舍电能计量系 统可以一次性地更新为电子式电能表，所以只设计嵌入式CPU 通过现场总线接口与现代电子式表计接口,读取多个电能表计量数据。