基于MQX操作系統(tǒng)的II型集中器設計

2015-04-29 00:00:00楊江

科技創(chuàng)新與應用 2015年7期

摘要：Ⅱ型集中器是國家電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中的主要設備之一，可以實現(xiàn)單相、三相電能表數(shù)據(jù)的采集、臺區(qū)供電電能質(zhì)量監(jiān)測分析和電能計量設備工況等功能，并對采集數(shù)據(jù)進行雙向傳輸和智能管理，主要應用于各類工商業(yè)、居民用電信息采集和用電狀況的分析。Ⅱ型集中器為用電信息采集系統(tǒng)提供了全新的自動化概念，將遠程抄表、遠程控制、電壓監(jiān)測、無線通信等功能綜合考慮，實現(xiàn)二層式居民集中抄表，相比傳統(tǒng)的載波集中器的三層集中抄表方案提高了通信可靠性，有效降低了通訊網(wǎng)絡復雜度和設備運行維護難度；并且在加強了設備安全監(jiān)視、預防事故發(fā)生，并為降低線損、線損管理、提高供電質(zhì)量和經(jīng)濟運行水平等提供強有力的科學依據(jù)。

關鍵詞：MQX；Ⅱ型集中器；TCP/IP協(xié)議棧；GPRS

引言

智能電網(wǎng)建設的重要環(huán)節(jié)是電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的建設，是國家電網(wǎng)公司推進營銷、計量、抄表、收費模式標準化建設、智能化建設和信息化建設的實際需要，是提升計量、計費水平和服務能力的重要手段。根據(jù)國家電網(wǎng)“電力用戶電能信息采集系統(tǒng)”建設的需要，要對電力用戶進行“全覆蓋、全采集”，II型集中器是電力用戶用電信息采集系統(tǒng)中關鍵設備。

1 硬件設計

Ⅱ型集中器主控CPU采用美國飛思卡爾（Freescale）MK60DN512芯片，它采用32位Cortex-M4內(nèi)核，含有高達512K字節(jié)的片內(nèi)Flash和128K字節(jié)的片內(nèi)SRAM存儲器，并通過外部存儲器接口連接超低功耗SRAM，通過SPI接口連接數(shù)據(jù)FALSH存儲器共同組成數(shù)據(jù)及參數(shù)存儲系統(tǒng)。電壓采樣電路中應用了專用電能計量芯片，通過高精度電阻和PT保證了電壓采樣的精度可達0.5級以上；無線通信模塊采用了工業(yè)級GPRS模塊，自帶TCP/IP協(xié)議，具備3C認證，可保證高低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定可靠。超級電容可為終端在外部電源失電情況下提供1分鐘以上的供電，以提供斷電后短時間內(nèi)的遠程通信能力。時鐘電池可以為超低功耗SRAM和實時時鐘芯片持久供電，以維持外部電源失電情況下的數(shù)據(jù)安全和時鐘正常運行。

整體硬件系統(tǒng)結構圖見圖1。

圖1 Ⅱ型集中器系統(tǒng)結構圖

主要硬件接口原理圖：

外擴內(nèi)存接口（如圖2）：

外擴內(nèi)存采用512K*16大小的內(nèi)存，因CPU采用了8位總線方式，所以由A0 地址將內(nèi)存分成高、低字節(jié)兩部分，這樣CPU訪問到所有RAM空間。

以太網(wǎng)部分（如圖3）：

圖3

以太網(wǎng)采用KSZ8041 芯片，用RMII接口方式，可以簡化與CPU之間的連線。

2 軟件設計

Ⅱ型集中器軟件采用了MQX操作系統(tǒng)，MQX是飛思卡爾提供的醫(yī)療級嵌入式實時操作系統(tǒng)，其RTOS的內(nèi)核能夠高效調(diào)度終端各項功能任務，提高了系統(tǒng)的實時性與可靠性。此外，基于其可靠的TCP/IP和UDP協(xié)議棧以及USB驅動支持，終端能夠很好的支持以太網(wǎng)應用及USB設備。并且通過其穩(wěn)定可靠的FLASH文件管理系統(tǒng)，可以對存儲的各類電能量及運行數(shù)據(jù)進行有效管理，確保了數(shù)據(jù)安全可靠。

2.1 軟件總體結構設計（如圖4）

2.2 MQX下創(chuàng)建各模塊任務

軟件分為10個獨立運行的任務任務模板如下：

const TASK_TEMPLATE_STRUCT MQX_template_list[]=

{

{ TASK_USB_PRIO， USB_task， TASK_USB_STK_SIZE， TASK_USB_PRIO， \"Task_USB\"， MQX_AUTO_START_TASK， 0， 0 }，

{ TASK_RTC_PRIO， Task_Rtc， TASK_RTC_STK_SIZE， TASK_RTC_PRIO， \"Task_Rtc\"， 0， 0， 0 }，

{ TASK_ETH_PRIO， Task_Eth， TASK_ETH_STK_SIZE， TAS

K_ETH_PRIO， \"Task_Eth\"，0， 0， 0 }，

{ TASK_GPRS_PRIO， Task_GPRS， TASK_GPRS_STK_SIZE， TASK_GPRS_PRIO， \"Task_Gprs\"， 0， 0， 0 }，

{ TASK_APPSENT_PRIO， Task_AppSent， TASK_APPSENT_STK

_SIZE，TASK_APPSENT_PRIO， \"Task_AppSent\"， 0， 0， 0 }，

{ TASK_APPPROCESS_PRIO， Task_AppProcess，TASK_APPPROCESS_STK_SIZE， TASK_APPPROCESS_PRIO， \"Task_AppProcess\"，0， 0， 0 }，

{ TASK_APPRECV_PRIO， Task_AppRecv， TASK_APPRECV_S

_SIZE， TASK_APPRECV_PRIO， \"Task_AppRecv\"， 0， 0， 0 }，

{ TASK_ALARM_PRIO， Task_Alarm， TASK_ALARM_STK_SIZ

E， TASK_ALARM_PRIO， \"Task_Alarm\"，0， 0， 0 }，

{ TASK_RS485_PRIO， Task_RS485， TASK_RS485_STK_SIZ

E， TASK_RS485_PRIO， \"Task_RS485\"， 0， 0， 0 }，

{ TASK_WDI_PRIO， Task_Wdi， TASK_WDI_STK_SIZE， TASK_WDI_PRIO， \"Task_Wdi\"， 0， 0， 0 }，

{ 0 }

}；

void CreatTask（void）

{

//創(chuàng)建系統(tǒng)時鐘任務

created_task = _task_create（0， TASK_RTC_PRIO， 0）；

if （created_task == MQX_NULL_TASK_ID） {