隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，大規(guī)模工業(yè)用電和商業(yè)用電需求快速增長。我國城鄉(xiāng)普遍使用的國家電壓標(biāo)準(zhǔn)10 kV及以上的高壓供電系統(tǒng)，出于對供電可靠性及變損的考慮，10KV及以上的工業(yè)供電多數(shù)采用高壓供電高壓計量（簡稱高供高計）的計量方式。但是對現(xiàn)有的計量裝置核查時，為了保障現(xiàn)場操作人員的安全，需要斷電后才能對高供高計進(jìn)行檢查和數(shù)據(jù)讀取，這給用戶的正常用電造成了很大不便。由于受高供高計設(shè)備帶高壓電的特殊性和困難性的影響，目前國內(nèi)對高供高計設(shè)備的檢測設(shè)備還很少，但市場很需要。

電能計量帶電核查儀系統(tǒng)主要用于對10 kV及10 kV以上帶電設(shè)備的核查、探傷和數(shù)據(jù)采集。具有采集高供高計電力設(shè)備的各方位外觀圖像信息，可以很方便在計算機(jī)或筆記本電腦上觀測高壓設(shè)備的具體情況，為設(shè)備探傷和識別提供依據(jù);具有電力設(shè)備信息條碼的掃描閱讀功能，能在任意方向讀取高供高計設(shè)備的條碼信息，為設(shè)備識別驗證提供依據(jù);具有紅外通信模塊，可快捷、可靠的采集高供高計電能表的數(shù)據(jù)信息電能，完成電能計量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等工作。

1、 系統(tǒng)總體設(shè)計

電能計量帶電核查儀系統(tǒng)是根據(jù)對高供高計設(shè)備現(xiàn)場檢測的需求設(shè)計的，主要由電能計量帶電核查儀和電腦后臺支持軟件構(gòu)成。其中電能計量帶電核查儀具有圖像視頻采集壓縮、條碼信息采集、電表紅外通訊數(shù)據(jù)采集和無線傳輸?shù)墓δ堋ｋ娔X后臺支持軟件經(jīng)無線傳輸接收模塊接收數(shù)據(jù)完成視頻解壓與呈現(xiàn)、條碼身份的判別、電表數(shù)據(jù)的紀(jì)錄和分析等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2、 電能計量帶電核查儀硬件實現(xiàn)

由于電能計量帶電核查儀在功能上要集成圖像的采集、條碼掃描、遠(yuǎn)紅外通訊和無線的傳輸功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要求各部件按功能要求安裝合理、結(jié)構(gòu)緊湊，還要充分考慮在外殼的絕緣性和密封性的基礎(chǔ)上減小設(shè)備的整體體積和重量等因素，特別是在圖像的采集和壓縮上的處理，圖像無線傳輸處理要占用大量的時間。這些因素要求電能計量帶電核查儀處理器的速度和無線傳輸速度要快，硬件架構(gòu)相對簡單，軟件的實時性能好。因此，電能計量帶電核查儀在設(shè)計時選用以S3C2440處理器為核心的硬件系統(tǒng)、以Windows CE嵌入式系統(tǒng)下的軟件系統(tǒng)和采用Wi—Fi無線通訊方式。

電能計量帶電核查儀的總體設(shè)計如圖2所示。S3C2440ARM處理器、時鐘電路、電源管理電路和MCP電路構(gòu)成最小系統(tǒng)，使Windows CE嵌入式系統(tǒng)能夠正常啟動、運行，自動裝載運行本系統(tǒng)應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序運行后初始化攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊，并通過Wi—Fi通訊模塊與電腦后臺支持軟件建立連接。在收到執(zhí)行命令后與各功能模塊通訊，使各功能模塊實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，最后將采集的數(shù)據(jù)傳送到后臺支持軟件中，供后臺支持軟件對數(shù)據(jù)分析和處理。

2.1 嵌入式處理器

S3C2440處理器芯片是Samsung公司開發(fā)的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、接口豐富的特點能滿足嵌入式系統(tǒng)的要求。

其主頻400 MHz，處理器核心實現(xiàn)了MMU、AMBA、BUS、Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，具有獨立的16 lB的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。集成SDR AM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART接口、I2C總線接口、I2S總線接口、SD和MMC接口、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器、2端口USB主機(jī)/1端口USB設(shè)備、4通道PWM定時器、1通道內(nèi)部定時器/看門口定時器、最大支持4096x4096像素的像機(jī)接口、130個通用的I/O口、24通道的外部中斷等功能，非常適合系統(tǒng)開發(fā)和手持設(shè)備的應(yīng)用。

2.2 MCP存儲模塊

MCP（Multi-Chip-Package即多制層封裝芯片）模塊采用Hynix公司的H8ACOEHOBCR芯片，內(nèi)部集成128MBNandFlash存儲和64MB SDRAM存儲，協(xié)助處理器加快運行速度，更高效地完成多任務(wù)。Flash模塊用來存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)程序、本系統(tǒng)應(yīng)用程序和其它在系統(tǒng)掉電后需要存儲的用戶數(shù)據(jù)和軟件參數(shù)設(shè)置。SDRAM存儲模塊是系統(tǒng)的內(nèi)存，用來存放系統(tǒng)及系統(tǒng)平臺上運行軟件執(zhí)行的代碼和變量，是系統(tǒng)啟動后進(jìn)行存取操作的存儲器，具有讀取和寫入速度快的特點。

2.3 電源管理模塊

電源管理模塊將由USB口來的5 V電源（或鋰電池提供的3.7電源）降壓至3.3 V（系統(tǒng)供電）、2.8 V（攝像頭模塊供電）、1.8 V（基準(zhǔn)電源供電）、1.3V（ARM處理器核心工作頻率400 MHz供電）、1.2 V（ARM處理器核心工作頻率300 MHz供電），監(jiān)控鋰電池的電量，管理鋰電池充電。為了延長待機(jī)時間，智能管理對攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊的供電。

2.4 紅外通訊電路模塊

紅外通訊模塊功能實現(xiàn)與數(shù)字式電能表的通訊，采集電能表電能信息，通過串口通訊方式與處理器連接。按照DL/T645-1997DL/T645-1997多功能電能表通信規(guī)約，處理器將通訊的命令發(fā)送到紅外通訊模塊，由紅外通訊模塊進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射，傳遞給電能表，電能表將數(shù)據(jù)以紅外的方式傳遞給紅外通訊模塊，再經(jīng)紅外通訊模塊解調(diào)，將數(shù)據(jù)送到處理器進(jìn)行處理。

2.5 條碼掃描模塊

條碼掃描模塊實現(xiàn)對高供高計設(shè)備自身條碼信息的采集，為管理者進(jìn)行高供高計設(shè)備辨別唯一性提供依據(jù)。采用霍尼韋爾公司的58XX系列條碼掃描模塊，支持5 V或3.3 V電源供電，有待機(jī)模式，可識別標(biāo)準(zhǔn)的一維和二維的條碼，能快速捕捉數(shù)字影像、360度全向的讀取條碼，體積小巧，適合工業(yè)應(yīng)用，通過串口通訊方式與處理器連接。處理器對條碼掃描模塊發(fā)出條碼掃描的觸發(fā)指令，條碼掃描模塊開始條碼掃描處理，當(dāng)識別成功后將條碼信息經(jīng)串口發(fā)送給處理器處理，并進(jìn)入等待命令狀態(tài)，處理器可啟用待機(jī)模式實現(xiàn)延長電池的工作時間。

2.6 攝像頭模塊

攝像頭模塊實現(xiàn)對高供高計設(shè)備及其他設(shè)備的外觀圖像、視頻信息的采集。采用SIV100B攝像頭模組，它是一款1/7英寸，最大640 x 480分辨率的CMOS攝像頭，具有高質(zhì)量的視頻采集和低噪聲的特性，通過內(nèi)部集成的一個10位ADC轉(zhuǎn)換電路，將圖像信息傳輸?shù)絻?nèi)嵌的圖像處理器。實現(xiàn)圖像自動曝光、白平衡補(bǔ)償、黑電平補(bǔ)償、5*5矩陣的插補(bǔ)、假彩色的矯正等等處理。支持多樣的尺寸輸出格式如VGA和CIF，數(shù)據(jù)輸出格式如RGB和YCbCr。嵌入式處理器可通過8位并口讀取SIV100B攝像頭模組圖像信息，通過I2C接口可設(shè)置模組中彩色效果X、Y軸圖像轉(zhuǎn)動。

2.7 Wi—Fi通訊模塊

Wi—Fi（Wireless Fidelity）是IEEE所定義的無線通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11。在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點（AP）、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實現(xiàn)。無線接入和高速傳輸是Wi—Fi的主要技術(shù)優(yōu)點。其中IEEE 802.11b最高速度為11 Mb/s，IEEE 802.11 n/g最高速度為54 Mb/s。

本系統(tǒng)中Wi—Fi通訊模塊實現(xiàn)與電腦后臺支持軟件的通訊，將后臺軟件發(fā)送的查詢、設(shè)置等命令下發(fā)到本系統(tǒng)，或?qū)⒈鞠到y(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)（如圖像視頻信息、條碼信息、電能表數(shù)據(jù)信息等）上傳到后臺中，供后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、對比和分析。采用環(huán)隆電氣公司的MR09 Wi—Fi通訊模塊支持IEEE 802.11n/g/b協(xié)議，3.3 V供電，SDIO/SPI接口通訊，最大傳輸速度300 Mb/s工作在2.4 GHz頻段，覆蓋范圍最遠(yuǎn)100 m（由環(huán)境決定）。

3、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

電能計量帶電核查儀系統(tǒng)軟件分為電能計量帶電核查儀軟件和后臺應(yīng)用軟件兩部分。

3.1 電能計量帶電核查儀軟件設(shè)計

電能計量帶電核查儀軟件設(shè)計包括嵌入式操作系統(tǒng)的移植和應(yīng)用軟件的設(shè)計。

3.1.1 嵌入式操作系統(tǒng)的介紹

本系統(tǒng)采用的是Windows CE的操作系統(tǒng)，它是Microsoft公司針對嵌入式產(chǎn)品領(lǐng)域開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，是一種緊湊、高效、可伸縮的32位操作系統(tǒng)。其具有精簡的模塊化操作系統(tǒng)、多硬件平臺支持、支持有線和無線的網(wǎng)絡(luò)連接、穩(wěn)健的實時性支持、豐富的多媒體和多語言支持、提供了強(qiáng)大的開發(fā)工具等特點，非常適合消費類電子、手持類電子設(shè)備、專用工業(yè)控制設(shè)備和嵌入式通信設(shè)備的開發(fā)。

3.1. 2 嵌入式操作系統(tǒng)的移植

Platform Builder是一個定制Windows CE操作系統(tǒng)的嵌入式平臺集成開發(fā)環(huán)境，在Platform Builder軟件中可對系統(tǒng)部分硬件驅(qū)動進(jìn)行更改（如Wi—Fi、攝像頭等），最后經(jīng)Platform Builder編譯生成Windows CE的操作系統(tǒng)及Bootloader的鏡像文件，將鏡像文件下載到MCP的Flash存儲器中，并配置操作系統(tǒng)啟動文件boot.ini。

3.1.3 應(yīng)用軟件的設(shè)計

電能計量帶電核查儀應(yīng)用軟件是本系統(tǒng)的核心，在Visual C++2005開發(fā)環(huán)境下完成設(shè)計。本應(yīng)用軟件在Windows CE操作系統(tǒng)啟動后，自動裝載并運行。主要包括讀電表單元、條碼掃描單元、圖像采集單元和Wi—Fi通訊單元等。

電能計量帶電核查儀應(yīng)用軟件工作流程如圖3所示。應(yīng)用軟件啟動后，先對各模塊單元進(jìn)行初始化，然后開始啟動Wi—Fi通訊單元模塊，并與后臺Wi—Fi通訊單元建立點對點的設(shè)備連接。通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過判斷網(wǎng)絡(luò)通訊狀況保持與后臺的實時連接。當(dāng)有TCP /IP時間發(fā)生后，根據(jù)接收到的命令進(jìn)行程序執(zhí)行，如執(zhí)行讀電表命令，將啟動紅外通訊模塊，發(fā)送讀電表數(shù)據(jù)命令，接收電表根據(jù)電表數(shù)命令返回的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回到后臺;如執(zhí)行讀設(shè)備條碼信息，將啟動和觸發(fā)條碼掃描模塊，等待接收條碼模塊返回所讀到的條碼信息，并將數(shù)據(jù)返回到后臺;如執(zhí)行圖像采集命令，將啟動攝像機(jī)進(jìn)行連續(xù)的圖像采集，并將圖像信息壓縮返回到后臺。

3.2 后臺應(yīng)用軟件設(shè)計

后臺應(yīng)用軟件設(shè)計包括接口程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和控制程序設(shè)計3部分。

接口程序完成通過Wi—Fi無線通訊的方式與電能計量帶電核查儀建立點對點的連接，并將由控制程序下發(fā)命令傳送到電能計量帶電核查儀，將從電能計量帶電核查儀獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行緩沖預(yù)處理，翻譯成后臺處理系統(tǒng)可識別數(shù)據(jù)，然后傳送到控制程序。

控制程序完成客戶信息的錄入（客戶名稱、地址、電表信息、高供高計裝置數(shù)量、位置和自身條碼信息等等，并將信息存入到數(shù)據(jù)庫中）根據(jù)操作員的需要下發(fā)命令（如讀電表、條碼掃描和圖像采集等），控制電能計量帶電核查儀的個模塊工作、將由電能計量帶電核查儀讀回來的電表數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫存儲、將電能計量帶電核查儀傳回來的高供高計裝置條碼信息與數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的條碼信息對比，做出身份判斷等等。

數(shù)據(jù)庫程序主要完成將客戶固定信息按數(shù)據(jù)類型進(jìn)行存儲，將客戶使用的電量信息按照時間索引的進(jìn)行存儲。

4 、結(jié)論

文中設(shè)計了一種便攜式的電能計量帶電核查儀設(shè)備，詳細(xì)介紹了由S3C2440處理器為核心的系統(tǒng)硬件構(gòu)成和在Windows CE的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上應(yīng)用軟件工作流程實現(xiàn)。它在電力核查部門的使用將會減少電力員工使用工具數(shù)量，提高了勞動效率，保證工作質(zhì)量，減少人身傷害的事故率率，促進(jìn)電力核查工具的自動化水平。

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