基于Android系統(tǒng)在智能電力負(fù)荷控制終端上的應(yīng)用開(kāi)發(fā)

王春剛

摘 要：Android系統(tǒng)是移動(dòng)智能化的代表，具有開(kāi)發(fā)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定、操作與升級(jí)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)?lái)也是必然趨勢(shì)，它給為工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)概念。對(duì)于在電力負(fù)荷控制終端上的應(yīng)用還利用其對(duì)無(wú)線業(yè)務(wù)兼容性好的特點(diǎn)，如使用其本身自帶的2G/3G/4G等無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和GPRS/SMS/RING等業(yè)務(wù)，使電力負(fù)荷控制終端向智能化和小型化又邁進(jìn)了一大步。

關(guān)鍵詞：Android；3G；4G；無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；電力負(fù)荷

Android是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦，由Google公司和開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開(kāi)發(fā)。2011年8月2日，Android手機(jī)已占據(jù)全球智能機(jī)市場(chǎng)48%的份額，Android系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)目已經(jīng)達(dá)到了48萬(wàn)。其通信功能、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字業(yè)務(wù)功能、多媒體及Display功能、支持Bluetooth/wiif功能、CAMERA功能、GPS、E_COMPASS、G_SENSOR功能等都引領(lǐng)著目前手機(jī)技術(shù)潮流。 Android平臺(tái)采用了整合的策略思想，包括底層Linux操作系統(tǒng)、中間層的中間件和上層的Java應(yīng)用程序，具有全開(kāi)放、開(kāi)發(fā)速度快，核心技術(shù)完整統(tǒng)一，輔助開(kāi)發(fā)工具多，支持多種硬件平臺(tái)等眾多特點(diǎn)。

下面以MT6582芯片為例介紹其在電力負(fù)荷控制終端上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。MTK6582芯片是MTK公司開(kāi)發(fā)的一款四核ARM處理器，其內(nèi)核為28nm Cortex-A7 1.3GHz CPU，L1：32KB/32KB，L2：512KB，memory支持LPDDR2 533MHZ。具有系統(tǒng)集成度高，耗電小，運(yùn)行速度快，價(jià)格相對(duì)其它產(chǎn)品比較低廉，上市以來(lái)反映比較穩(wěn)定，對(duì)于其用在電力負(fù)荷控制終端上比較合適，當(dāng)然也可以選擇其它Android確認(rèn)過(guò)的芯片。

1 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

終端系統(tǒng)的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示：

終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要有下面幾個(gè)部分組成：

⑴CPU采用MTK6582芯片，是MTK公司開(kāi)發(fā)的一款四核ARM處理器，其內(nèi)核為28nm Cortex-A7 1.3GHz CPU，L1：32KB/32KB，L2：512KB，memory支持LPDDR2 533MHZ。⑵MT6323是PMIC，它主要負(fù)責(zé)CPU的電源控制和大功率器件控制等。⑶MT6166或電臺(tái)。MT6166是RF芯片，它主要是無(wú)線通訊的收發(fā)控制；這里還有電臺(tái)也可以通過(guò)發(fā)報(bào)模擬電臺(tái)對(duì)外通訊，如上海、湖南大多采用這種方式通訊。⑷EMMC/LPDDR2部分。EMMC采用8GB容量，LPDDR2采用1GB Memory，它們現(xiàn)都是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，性價(jià)比好。EMMC的8GB容量其中4GB是CODE分區(qū)，其它4GB可以做為用戶數(shù)據(jù)分區(qū)，可以將重要的數(shù)據(jù)或參數(shù)存儲(chǔ)在這，終端掉電后數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。LPDDR2 1GB Memory用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換，可以提高單片機(jī)的運(yùn)行效率。⑸LCD顯示模塊可以最大支持720P分辨率，支持RGB32顯示，具有良好的人機(jī)界面。⑹Audio模塊可以實(shí)現(xiàn)聲音的播放，并且支持立體聲播放。⑺Camera模塊實(shí)現(xiàn)拍照和攝像功能，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄和監(jiān)視。⑻485/CAN接口采用光電隔離器件用于和外設(shè)電表進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)抄表和其它控制。一共有2個(gè)通道。⑼pulse采用光電隔離器件用于對(duì)脈沖表實(shí)時(shí)抄表，一共有4個(gè)通道。⑽Control是超負(fù)荷控制端口，一共有4個(gè)通道。⑾Key/Touch采用按鍵和Touch相結(jié)合的輸入界面。⑿SIM1插口現(xiàn)在支持移動(dòng)卡和聯(lián)通卡。⒀USB接口，支持主從模式，可以直接連接PC，也可以通過(guò)OTG線接U盤。⒁LED接口，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的控制LED燈，并可以通過(guò)PWM控制LED燈的電流強(qiáng)弱。

2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)使用Android系統(tǒng)，底層為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，上層為Java應(yīng)用程序。

⑴BSP部分：為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)加載方便，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，所以我們將經(jīng)常改動(dòng)的驅(qū)動(dòng)放在這一層，如485表驅(qū)動(dòng)、脈沖表驅(qū)動(dòng)、Control驅(qū)動(dòng)、電臺(tái)驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)、KEY/TOUCH驅(qū)動(dòng)、EMMC驅(qū)動(dòng)、Camera驅(qū)動(dòng)等，還有一些是Linux操作系統(tǒng)自身的驅(qū)動(dòng)，如USB驅(qū)動(dòng)、Charger驅(qū)動(dòng)、無(wú)線通訊驅(qū)動(dòng)、SIM卡驅(qū)動(dòng)、Audio驅(qū)動(dòng)、Sensor驅(qū)動(dòng)等等。

485表驅(qū)動(dòng)：對(duì)于不同的表添加不同的驅(qū)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)中增加各類屬性操作。如實(shí)時(shí)抄表、穿透抄表等各種復(fù)雜的抄表屬性。并把抄表數(shù)據(jù)返回給AP層。這里有2個(gè)485通道，最少可以同時(shí)抄8塊以上的表。也可以轉(zhuǎn)為CAN總線方式抄表。

脈沖表驅(qū)動(dòng)：同485抄表，但這類抄表實(shí)時(shí)更高。這里有4個(gè)通道，可以同時(shí)抄4塊脈沖表。

Control驅(qū)動(dòng)：在BSP驅(qū)動(dòng)層只是增加控制動(dòng)作，其它復(fù)雜控制邏輯由上層的負(fù)荷模塊負(fù)責(zé)。

電臺(tái)驅(qū)動(dòng)：這是對(duì)電臺(tái)收發(fā)控制的驅(qū)動(dòng)。這里我們使用了模擬電臺(tái)，在電臺(tái)上還要增加解碼和壓縮碼模塊。

LCD驅(qū)動(dòng)、KEY/Touch驅(qū)動(dòng)：為人機(jī)界面的驅(qū)動(dòng)，這里L(fēng)CD采用了大屏顯示，分辨率可達(dá)720P，讓人面界面更加友好。

EMMC驅(qū)動(dòng)：這是存儲(chǔ)空間的驅(qū)動(dòng)，我們?cè)O(shè)計(jì)有8GB的空間。其中不到4G為CODE占用，其它4G為用戶的存儲(chǔ)空間，同SD卡。在用戶空間我們可以存儲(chǔ)大量的抄表數(shù)據(jù)。用于實(shí)時(shí)查詢。

Camera驅(qū)動(dòng)：實(shí)現(xiàn)Camera的preview和capture的功能，用于實(shí)時(shí)保存和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)圖片等。

LED驅(qū)動(dòng)：實(shí)現(xiàn)燈的動(dòng)態(tài)閃動(dòng)。

其它驅(qū)動(dòng)：還有AUDIO/USB/SIM卡驅(qū)動(dòng)不少都是Android系統(tǒng)自帶的驅(qū)動(dòng)，在這里不做一一說(shuō)明。

⑵AP部分：為Java應(yīng)用程序，在此部分我們實(shí)現(xiàn)有無(wú)線收發(fā)模塊、負(fù)荷通信協(xié)議模塊、界面顯示模塊、無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)上報(bào)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、軟件升級(jí)模塊、抄表模塊、負(fù)荷Control模塊等。這也是系統(tǒng)控制邏輯上的核心部分。

無(wú)線收發(fā)模塊：用于選擇無(wú)線通道的收發(fā)，這里的通道有GPRS/SMS/3G/無(wú)線電臺(tái)等。

負(fù)荷通信協(xié)議模塊：用于將要發(fā)送的報(bào)文按負(fù)荷通信協(xié)議的方式打包，對(duì)于接收到的報(bào)文通過(guò)它來(lái)解釋，保存到接收隊(duì)列中。

無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)分析：將收發(fā)的報(bào)文進(jìn)行分析用于各種操作，如下面的抄表和控制等。

界面顯示模塊：顯示相關(guān)的界面用于查詢和實(shí)時(shí)顯示。

數(shù)據(jù)上報(bào)模塊：將要上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，放入上報(bào)隊(duì)列中，用于上報(bào)到服務(wù)器。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)抄表的數(shù)據(jù)及控制的相關(guān)數(shù)據(jù)，可供查詢。

抄表模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)抄表的動(dòng)作，并將抄表的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。

負(fù)荷Control模塊：對(duì)抄表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷Control控制與恢復(fù)。并實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音和光的控制。

軟件升級(jí)模塊：此模塊可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線升級(jí)，我們使用了Android系統(tǒng)自帶的OTA升級(jí)方式，更加安全可靠，也可以通過(guò)USB、232＼485通道升級(jí)。

其它模塊：如溫度控制模塊、充電控制模塊、文件管理模塊等等，都是Android系統(tǒng)自帶的模塊，在這里不做一一說(shuō)明。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

在此控制系統(tǒng)中我們使用了Android系統(tǒng)，它具有開(kāi)發(fā)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定、操作與升級(jí)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，是移動(dòng)智能化的代表，對(duì)于進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)?lái)也是必然趨勢(shì)，它給為工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)概念。在電力負(fù)荷控制終端上的應(yīng)用，我們可以使用Android系統(tǒng)自帶的大量成熟和優(yōu)秀程序，使開(kāi)發(fā)更加快捷和穩(wěn)定，并且顯示界面非常友好，符合大眾的使用習(xí)慣，操作方便。同時(shí)還利用其對(duì)無(wú)線業(yè)務(wù)兼容性好的特點(diǎn)，如使用其本身自帶的2G/3G/4G等無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和GPRS/SMS/RING等業(yè)務(wù)，使電力負(fù)荷控制終端向智能化和小型化又邁進(jìn)了一大步。