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摘 要：在电力行业的发展过程中，便能信息采集对电力行业的发展非常重要的作用，要想让电能信息采集的安全性得到更好的保障，我们就必须要不断加大对电能信息集中器硬件的研究力度，只有这样才能提高我国电力企业的发展速度。现在我国电力行业电能信息采集系统应用的集中器硬件一般都是32bit嵌入式系统芯片，这种嵌入式的系统芯片一般采用的系统级芯片应用的都是A RM9处理器技术，这种系统芯片现在已经成为电力行业电能信息采集系统主要应用的集中器硬件了。本文就电能信息采集系统集中器硬件设计进行分析，希望能够更进一步的提高我国电力企业电脑信息采集系统的稳定性，让我国电力企业在电力行业中的市场竞争力能够得到提高。
关键词：电能信息采集；集中器；载波通信；RS-485通信；短距离无线通信；级联；看门狗
在我国电力企业的发展过程中，电能信息采集系统的发展历史已经非常久远了，现在我国的电能信息采集的方式已经由“一户一表”开始向着智能电能信息采集的方式转变了，我国的电能信息抄表设备研究取得的成果也变得越来越多了，这种发展趋势不仅在一定程度上提高了我国电能信息采集的效率，同时也在一定程度上促进了我国电力市场的发展，让我国人们生活以及生产的用电质量能够得到更好的保障，在这个过程中，我们必须要不断加强对电能信息采集系统集中器的硬件设计水平，只有这样我国电力行业的竞争力才能得到提升。
本文详细介绍了参照广东省电网公司2007年9月颁布的集中抄表技术条件的要求设计的典型集中器硬件原理。
1 电能信息采集系统简介
电力企业在进行电能信息采集的过程中应用到的设备是非常多的，电能信息采集系统需要采集的数据也是非常多的，其中主要需要采集的信息有变电站以及发电厂电能表数据采集，配电区内专变用户电能信息、供电侧电能信息的采集的供电侧进场电能表相关电能数据的采集，并且还需要对有关我们设备和电能表的运行情况进行监督和相关数据采集，但是在进行电能信息数据采集的过程中，居民用户的用电数据采集一直是电能信息采集的重点，其中集中器硬件在电能信息采集的过程中发挥着非常重要的作用，集中去硬件设计的水平，也在一定程度上决定了电能信息采集的性能，在电能信息采集系统中，采集器和集中器之间有RS-485有线通信、短距离无线通信、低压电力载波通信这三种主要的通信技术。在32bit微控制器普遍应用的情况下，如果要满足一个真实复杂的现场环境，就需要将集中器下行通信设计为三者同时使用。
2 硬件设计
集中器用了2片SDRAM作为程序运行空间，Flash存储器存储程序代码、设备参数和数据。CPU采用AT91RM9200，其工作于180MHz时性能高达200MIPS（每秒百万条指令）。外部总线接口丰富，支持SDRAM、静态存储器、BurstFlash、无缝连接的CompactFlash？、SmartMediaTM及NANDFlash等多种存储器。
2.1 存储系统
AT91RM9200存储控制器（MC）管理ASB总线并最多达4个主机的访问控制。它通过一个总线判决器和一个地址译码器将32bit地址总线可寻址的4GB空间分区来访问内置的SRAM和ROM，内置外设及通过外部总线接口（EBI）的外部存储器。对于AT91RM9200来说，0x00000000～0x0FFFFFFF的256MB用于内部存储器空间，0x10000000～0x8FFFFFFF共8块256MB的空间用于EBI外部总线接口扩展存储空间，每256MB空间相应由芯片NCS0～NCS7片选控制线选择。集中器存储空间映射如图1所示。
2.1.1 程序和数据存储系统设计
电能信息采集系统中，电能表终端的数据存储处于基准的核心地位，不容存储有闪失，但作为集中器来说，数据刷新并不频繁。结合NANDFlash存储器和NORFlash存储器擦写寿命次数、访问速度的特点以及集中器电能信息数据的大容量、平台可扩性、安全性等要求，本设计采用了不同于电能表终端的数据存储策略，将NORFlash芯片用于程序代码、设备参数存储，NANDFlash芯片用于电能量数据存储。
2.1.2 内存系统设计
尽管程序可以在NORFlash存储器内运行，但NORFlash擦写次数有限，而且访问速度也不是很理想。本设计中采用SDRAM存储器作为程序运行空间。从理论上说，SDRAM与CPU频率同步，共享一个时钟周期，访问速度更快，对于集中器应用来说，重要的是SDRAM存储器无擦写次数限制。
2.2 通信接口
在电能信息采集系统中，集中器与主站之间的远距离通信方式有2种：集中器作为从终端利用配变终端的远传通道的级联通信和集中器作为主终端通过通用分组无线电业务（GPRS）/公共交换电话网（PSTN）的远距离通信。作为主终端时，集中器可能级联其他从终端设备，换句话说，级联通信口和GPRS/PSTN通信口可能同时使用，因此將串口1和串口2设计作为集中器数据远程通信的2个独立通道。
2.3 外部看门狗
电力企业电能信息采集系统的集中器硬件8bit单片机系统，主要应用的就是看门狗电路，但是在32bit嵌入式系统中，我们却很少看见看门狗电路，出现这种现象的主要原因就是很多人由于缺乏经验的原因，认为既然已经采用了Linux操作系统，那么就不需要采用外部看门狗电路了，但是这种观点本身就存在着很大的问题，主要是因为电能信息采集系统集中去硬件的工作环境是非常复杂的，并且经常会发生变化、出现各种干扰因素，在这种情况下，如果不采用外部看门狗电路的话那么电能信息采集系统的安全性和稳定性就无法得到有效地保证，因为仅仅依靠操作系统本身是无法保证电能信息采集系统安全的，甚至严重的情况下，甚至会导致电脑信息采集系统出现崩溃的情况，如果在进行电能信息采集系统集中器硬件安装的时候，如果软件设计人员的技术水平不过关的话，没有外部看门狗，根本无法保证集中器在无人值守的现场长期稳定可靠运行。因此，本设计在硬件上增加了外部硬件看门狗电路，选用常用的MAX813L芯片。在Linux操作系统下，如何让看门狗功能真正发挥作用，保证无论是系统还是应用程序在失常的情况下设备都能够恢复正常，需要慎重、全面地考虑。这部分软件功能的设计可参看文献。
3 结束语
综上所述，电能信息采集集中去的硬件设计对我国电力行业的发展有着非常重要的作用，特别是近几年来嵌入式技术应用范围的不断扩大，也在一定程度上推动了我国电力行业的发展，32bit嵌入式系统芯片在电力行业的发展过程中应用范围是非常广泛的，特别是他结合了ARM9处理器技术之后，不但能够使人更加复杂的工作环境，同时这种系统级芯片本身的功能也存在着多样性的特点，在实际的应用过程中32bit嵌入式系统芯片的外部增加了模拟量输入的电路扩展模块和开关量模块单元，这种设计方式不仅提高了电力企业的电能信息的采集效率，同时也在一定程度上促进了我国电力行业的可持续发展。
参考文献
[1]王超，张华.电能信息采集系统集中器硬件设计的渗透[J].工程技术：全文版，2017（3）：00298-00298.
[2]任静.电能信息采集监控系统集中器硬件设计[J].工业c，2016（4）：00267-00267.
[3]靳为为.面向重要用户供用电安全监测的信息采集系统研究[D].南京邮电大学，2016.
[4]曾芮清，陈磊.电能信息采集系统研究[J].电气开关，2017，55（3）：13-15.
关键词：电能信息采集；集中器；载波通信；RS-485通信；短距离无线通信；级联；看门狗
在我国电力企业的发展过程中，电能信息采集系统的发展历史已经非常久远了，现在我国的电能信息采集的方式已经由“一户一表”开始向着智能电能信息采集的方式转变了，我国的电能信息抄表设备研究取得的成果也变得越来越多了，这种发展趋势不仅在一定程度上提高了我国电能信息采集的效率，同时也在一定程度上促进了我国电力市场的发展，让我国人们生活以及生产的用电质量能够得到更好的保障，在这个过程中，我们必须要不断加强对电能信息采集系统集中器的硬件设计水平，只有这样我国电力行业的竞争力才能得到提升。
本文详细介绍了参照广东省电网公司2007年9月颁布的集中抄表技术条件的要求设计的典型集中器硬件原理。
1 电能信息采集系统简介
电力企业在进行电能信息采集的过程中应用到的设备是非常多的，电能信息采集系统需要采集的数据也是非常多的，其中主要需要采集的信息有变电站以及发电厂电能表数据采集，配电区内专变用户电能信息、供电侧电能信息的采集的供电侧进场电能表相关电能数据的采集，并且还需要对有关我们设备和电能表的运行情况进行监督和相关数据采集，但是在进行电能信息数据采集的过程中，居民用户的用电数据采集一直是电能信息采集的重点，其中集中器硬件在电能信息采集的过程中发挥着非常重要的作用，集中去硬件设计的水平，也在一定程度上决定了电能信息采集的性能，在电能信息采集系统中，采集器和集中器之间有RS-485有线通信、短距离无线通信、低压电力载波通信这三种主要的通信技术。在32bit微控制器普遍应用的情况下，如果要满足一个真实复杂的现场环境，就需要将集中器下行通信设计为三者同时使用。
2 硬件设计
集中器用了2片SDRAM作为程序运行空间，Flash存储器存储程序代码、设备参数和数据。CPU采用AT91RM9200，其工作于180MHz时性能高达200MIPS（每秒百万条指令）。外部总线接口丰富，支持SDRAM、静态存储器、BurstFlash、无缝连接的CompactFlash？、SmartMediaTM及NANDFlash等多种存储器。
2.1 存储系统
AT91RM9200存储控制器（MC）管理ASB总线并最多达4个主机的访问控制。它通过一个总线判决器和一个地址译码器将32bit地址总线可寻址的4GB空间分区来访问内置的SRAM和ROM，内置外设及通过外部总线接口（EBI）的外部存储器。对于AT91RM9200来说，0x00000000～0x0FFFFFFF的256MB用于内部存储器空间，0x10000000～0x8FFFFFFF共8块256MB的空间用于EBI外部总线接口扩展存储空间，每256MB空间相应由芯片NCS0～NCS7片选控制线选择。集中器存储空间映射如图1所示。
2.1.1 程序和数据存储系统设计
电能信息采集系统中，电能表终端的数据存储处于基准的核心地位，不容存储有闪失，但作为集中器来说，数据刷新并不频繁。结合NANDFlash存储器和NORFlash存储器擦写寿命次数、访问速度的特点以及集中器电能信息数据的大容量、平台可扩性、安全性等要求，本设计采用了不同于电能表终端的数据存储策略，将NORFlash芯片用于程序代码、设备参数存储，NANDFlash芯片用于电能量数据存储。
2.1.2 内存系统设计
尽管程序可以在NORFlash存储器内运行，但NORFlash擦写次数有限，而且访问速度也不是很理想。本设计中采用SDRAM存储器作为程序运行空间。从理论上说，SDRAM与CPU频率同步，共享一个时钟周期，访问速度更快，对于集中器应用来说，重要的是SDRAM存储器无擦写次数限制。
2.2 通信接口
在电能信息采集系统中，集中器与主站之间的远距离通信方式有2种：集中器作为从终端利用配变终端的远传通道的级联通信和集中器作为主终端通过通用分组无线电业务（GPRS）/公共交换电话网（PSTN）的远距离通信。作为主终端时，集中器可能级联其他从终端设备，换句话说，级联通信口和GPRS/PSTN通信口可能同时使用，因此將串口1和串口2设计作为集中器数据远程通信的2个独立通道。
2.3 外部看门狗
电力企业电能信息采集系统的集中器硬件8bit单片机系统，主要应用的就是看门狗电路，但是在32bit嵌入式系统中，我们却很少看见看门狗电路，出现这种现象的主要原因就是很多人由于缺乏经验的原因，认为既然已经采用了Linux操作系统，那么就不需要采用外部看门狗电路了，但是这种观点本身就存在着很大的问题，主要是因为电能信息采集系统集中去硬件的工作环境是非常复杂的，并且经常会发生变化、出现各种干扰因素，在这种情况下，如果不采用外部看门狗电路的话那么电能信息采集系统的安全性和稳定性就无法得到有效地保证，因为仅仅依靠操作系统本身是无法保证电能信息采集系统安全的，甚至严重的情况下，甚至会导致电脑信息采集系统出现崩溃的情况，如果在进行电能信息采集系统集中器硬件安装的时候，如果软件设计人员的技术水平不过关的话，没有外部看门狗，根本无法保证集中器在无人值守的现场长期稳定可靠运行。因此，本设计在硬件上增加了外部硬件看门狗电路，选用常用的MAX813L芯片。在Linux操作系统下，如何让看门狗功能真正发挥作用，保证无论是系统还是应用程序在失常的情况下设备都能够恢复正常，需要慎重、全面地考虑。这部分软件功能的设计可参看文献。
3 结束语
综上所述，电能信息采集集中去的硬件设计对我国电力行业的发展有着非常重要的作用，特别是近几年来嵌入式技术应用范围的不断扩大，也在一定程度上推动了我国电力行业的发展，32bit嵌入式系统芯片在电力行业的发展过程中应用范围是非常广泛的，特别是他结合了ARM9处理器技术之后，不但能够使人更加复杂的工作环境，同时这种系统级芯片本身的功能也存在着多样性的特点，在实际的应用过程中32bit嵌入式系统芯片的外部增加了模拟量输入的电路扩展模块和开关量模块单元，这种设计方式不仅提高了电力企业的电能信息的采集效率，同时也在一定程度上促进了我国电力行业的可持续发展。
参考文献
[1]王超，张华.电能信息采集系统集中器硬件设计的渗透[J].工程技术：全文版，2017（3）：00298-00298.
[2]任静.电能信息采集监控系统集中器硬件设计[J].工业c，2016（4）：00267-00267.
[3]靳为为.面向重要用户供用电安全监测的信息采集系统研究[D].南京邮电大学，2016.
[4]曾芮清，陈磊.电能信息采集系统研究[J].电气开关，2017，55（3）：13-15.