基于IPv6协议的FPGA远程抄表系统设计与实现

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随着网络广泛应用以及自动化水平不断提高,嵌入式设备在生活中的各个方面都得到了非常广泛的应用,而且其功能越来越强大。嵌入式设备有很多优点:体积小、灵活方便可靠性高、功能强大等。我国的小区居民的水、电表以及煤气表的计量和收费工作一般都是采用工作人员挨家挨户查看仪表的方式,这个过程每个月都耗费巨大的人力,而且居民也会感到麻烦。远程智能抄表系统可以为用户提供方便快捷的服务,比如提醒交水电费。还可以为抄表工作和收费工作带来很大的效率的提升,还可以实现远程切断用户电源的功能。   传统的远程抄表系统有的是是利用专用接口采集信号,例如CAN、RS-485、Lonworks。有的是电力载波自动抄表系统,电力载波信号非常容易收各种信号的干扰,造成数据传输的很大的误差,使得抄表系统可靠性非常差。   如果将嵌入式系统接入Internet,使其具有网络通信能力,那么基于嵌入式系统的远程抄表系统将会发挥更大的应用潜力。FPGA可以实现嵌入式系统的主要功能,并且FPGA芯片可重复编程,易于开发,使得开发周期周期缩短,并且保持着非常合理的成本。本文根据FPGA开发流程及软硬件设计流程,在深入理解网络通信协议的基础上,研究与设计了基于FPGA的远程抄表系统。   首先提出了基于IPv6协议的远程抄表系统的总体设计方案,设想了该系统的应用场景,并根据应用场景分析了系统的需求并设计了系统的总体框架。然后详细介绍了抄表系统的软件硬件设计。针对智能抄表,研究并设计电表的脉冲传感器采集的数据如何通过串口通信将数据传递给基于FPGA的硬件平台;在此FPGA硬件平台上搭建基于MicroBlaze处理器软核的SoC系统,并移植PetaLinux操作系统,用MicroBlaze处理器核并配合其他相关功能的IP核实现数据的监测功能和对特定仪表设备的控制操作。完成开发板网卡驱动的移植,通过基于IPv6协议的网络接口同远程PC端相连,并进行通信;最后完成抄表系统的用户端软件开发,实现的功能有存储和管理用户数据。   本系统的创新性是系统通过网络接受各种控制命令。采用数字化数据传输,而且移植了实时的嵌入式操作系统,本系统能够实时的处理多任务,提高了本系统的网络管理能力和数据处理能力。本系统有非常广泛的应用基础,只要有用水、用电、用气的地方就会用到本系统。而且本系统功能丰富,可靠性高,还有很方便的扩展。  
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