嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能中的應(yīng)用

陳 旭

(中原工學(xué)院，河南 鄭州 450006)

0 引言

嵌入式技術(shù)是將設(shè)備內(nèi)的軟件與硬件進(jìn)行結(jié)合，并對其編程來組成一套系統(tǒng)的技術(shù)，其擁有著較高的性能、較低的功耗以及多功能的應(yīng)用途徑，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域與各個(gè)行業(yè)中。相關(guān)人員應(yīng)在電子通信設(shè)備中對其加以了解并掌握，能夠降低功耗等各項(xiàng)消耗成本，達(dá)到節(jié)能與高效的目的，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果，為此應(yīng)深入研究嵌入式技術(shù)的應(yīng)用技巧以及設(shè)計(jì)原理，促進(jìn)我國通信行業(yè)的發(fā)展。

1 嵌入式技術(shù)的概念

近年來，人工智能技術(shù)被廣泛運(yùn)用，越來越多的行業(yè)將目光投向了設(shè)備運(yùn)用中的節(jié)能需求，在低功耗設(shè)備中不斷投入研究，很多新技術(shù)不斷誕生與發(fā)展，嵌入式技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，嵌入式技術(shù)是以IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多項(xiàng)延伸，通過將系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的CPU、傳感器、執(zhí)行系統(tǒng)、用戶界面以及應(yīng)用程序等進(jìn)行結(jié)合，自行具有存儲、診斷等功能，也算是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的另外一種表現(xiàn)形式，同時(shí)可以針對各種差異化用戶的需求，靈活調(diào)整作用。因此，嵌入式技術(shù)所具有的多元化功能以及高性能等是其優(yōu)勢功能，還可以根據(jù)使用者的操作方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)的設(shè)置，從而最大化發(fā)揮功效[1]。

另外，嵌入式技術(shù)可以在滿足不同群體用戶的需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大化的資源分配效果。在該項(xiàng)優(yōu)勢下，可對技術(shù)人員的配置進(jìn)行優(yōu)化，從而利用最小的成本發(fā)揮出最大化的效果，在節(jié)能的同時(shí)滿足多種功能需求，并根據(jù)產(chǎn)品與需求目標(biāo)對各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能多樣性。在電子通信系統(tǒng)中，也可以良好地運(yùn)用嵌入式技術(shù)，充分發(fā)揮設(shè)備便攜性、移動性的功能，有效運(yùn)用還可以降低設(shè)備功耗，進(jìn)一步貼合人們對相關(guān)設(shè)備的使用需求。

2 嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式技術(shù)作為一項(xiàng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，可以完全在受控設(shè)備元件的內(nèi)部進(jìn)行嵌入，經(jīng)由設(shè)計(jì)后，還可以在多種場景中發(fā)揮作用，雖然不具備電腦的相關(guān)功能，但卻具有體積小、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。

首先，應(yīng)選擇合理的嵌入材料作為硬件設(shè)備，可選用優(yōu)質(zhì)的節(jié)能材料進(jìn)行節(jié)能處理，發(fā)揮一些節(jié)能效果。由于電池會消耗很多能量，因此在生產(chǎn)與選擇中，不僅要注重電池的壽命與續(xù)航，還要著重觀察電池的耗能情況，并挑選低耗能電池作為嵌入材料，同時(shí)也應(yīng)考量設(shè)備的待機(jī)時(shí)間、功耗情況以及設(shè)計(jì)工藝等。為了加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的功能，也要不斷創(chuàng)新技術(shù)工藝，例如研究嵌入式技術(shù)與主板或微處理器的結(jié)合，也可自行更換運(yùn)行方式達(dá)到節(jié)能效果的嵌入式系統(tǒng)等。

其次，很多電子通信系統(tǒng)內(nèi)大多含有文件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、用戶接口等部分，而在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)對多個(gè)系統(tǒng)或功能的不同運(yùn)行情況加以了解并分析，例如通過優(yōu)化算法的方式省略某個(gè)功能內(nèi)的流程，達(dá)到降低能耗的目標(biāo)，或是通過直接關(guān)閉不必要的接口來達(dá)到節(jié)能的效果等。嵌入式技術(shù)在設(shè)計(jì)中普遍都需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識以及編程知識，因此在設(shè)計(jì)過程中也應(yīng)注重相關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)，還應(yīng)注意在設(shè)計(jì)中不能出于節(jié)能的目的而大幅度降低設(shè)備的運(yùn)行性能，或是出現(xiàn)為了維持節(jié)能效果而關(guān)閉重要端口等情況，相關(guān)人員應(yīng)對其進(jìn)行反復(fù)測試，驗(yàn)證其效能是否可以充分達(dá)到設(shè)備與使用者的使用需求[2]。

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

相關(guān)人員若想讓嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能中發(fā)揮出最佳效果，應(yīng)做好系統(tǒng)整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的各個(gè)部分，并對各項(xiàng)分子結(jié)構(gòu)加以測算。在主體架構(gòu)中，系統(tǒng)應(yīng)包括傳輸終端口、控制端口、應(yīng)用端口以及終端4部分。

芯片是系統(tǒng)的傳輸端口，系統(tǒng)可通過芯片對各個(gè)端口或網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)整合以及傳輸，并向其他端口以及使用者提供信息。設(shè)備控制器是控制端口，可利用嵌入式的系統(tǒng)對電子通信系統(tǒng)進(jìn)行控制，而在工作中則主要是通過控制端口進(jìn)行整體設(shè)備的節(jié)能控制，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器以及無線通信系統(tǒng)是系統(tǒng)的終端，可對整體的系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與存儲，并進(jìn)行整合，為各個(gè)端口提供指導(dǎo)。應(yīng)用端口則是由包括處理器、環(huán)境、設(shè)備以及線路的監(jiān)控進(jìn)行整合，可以對系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)以及工作狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，時(shí)刻保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可行性，還可以在發(fā)生故障或隱患時(shí)加以報(bào)警診斷處理。

2.2 傳輸端與節(jié)能模塊的設(shè)計(jì)

在通信設(shè)備系統(tǒng)的架構(gòu)內(nèi)，傳輸端口應(yīng)發(fā)揮向各個(gè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與導(dǎo)向的作用，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)被著重設(shè)計(jì)，傳輸端口內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的控制協(xié)議可通過總線與控制端進(jìn)行連接，網(wǎng)管服務(wù)器可在其他部分的子系統(tǒng)端口的連接中發(fā)揮橋梁的作用，控制端應(yīng)通過SN65LB芯片與含有傳感器的其他嵌入式設(shè)備進(jìn)行連接，并可以保持雙向溝通。其中，可采用TCP協(xié)議接收數(shù)據(jù)，通過總線將各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)送到控制端口，同時(shí)通過具有較高性能的SN65LB芯片對數(shù)據(jù)采取整合與分析，提高節(jié)能的設(shè)計(jì)效果。節(jié)能功能應(yīng)通過一定的電路設(shè)計(jì)加以保障，作為控制端口的核心裝置，其應(yīng)對通信設(shè)備的整體節(jié)能效率負(fù)責(zé)，可通過繼電器、單片機(jī)與穩(wěn)定繼電器相連接，讓繼電器可以隔離穩(wěn)定繼電器，對單片機(jī)提供保護(hù)，還可以通過單項(xiàng)運(yùn)行，設(shè)計(jì)出與穩(wěn)定繼電器相連接的顯示屏，電路也可采用DC-AC線路，對穩(wěn)定繼電器進(jìn)行電流控制，其額定功率與最大工作電流的設(shè)定也應(yīng)依照實(shí)際情況與需求而定[3]。

2.3 通信模塊與其他軟件的設(shè)計(jì)

在設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，節(jié)能功能通過控制端口進(jìn)行工作后，應(yīng)保證其可以對整體通信系統(tǒng)產(chǎn)生作用，而此時(shí)就應(yīng)著重對通信模塊的設(shè)計(jì)。通信模塊是該設(shè)備的基礎(chǔ)功能，直接影響到整體設(shè)備的技能效果。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)嵌入式技術(shù)所用的電子通信控制系統(tǒng)中的全部節(jié)點(diǎn)，都需要通過通信模塊進(jìn)行連接，而其中的終端、路由器等則是通過編程加以實(shí)現(xiàn)。

通信功能模塊包含在各項(xiàng)軟件內(nèi)，該設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)的所有軟件設(shè)計(jì)都需要能夠被節(jié)能控制器控制，并通過用戶的操作來提供指令。設(shè)備內(nèi)的各個(gè)軟件需要完成用戶登錄、注冊、退出等，在用戶進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)給出詳細(xì)的說明，方便用戶可以無障礙操作。另外，在操作過程中，也應(yīng)注意嵌入式設(shè)備的信息查詢功能，方便用戶進(jìn)行各方面信息的查詢。對于節(jié)能效果的控制等，應(yīng)展示出系統(tǒng)內(nèi)的所有控制方案，方便用戶進(jìn)行節(jié)能性能的挑選，可以直接了解到所選擇節(jié)能控制方式的效果。

3 嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能系統(tǒng)中的效果分析

3.1 節(jié)能效果分析

相關(guān)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，應(yīng)對系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試，驗(yàn)證嵌入式技術(shù)的節(jié)能效果。在測試中，應(yīng)注重對系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)能控制、通信設(shè)備功耗等進(jìn)行測試。為了保證準(zhǔn)確性，應(yīng)選用多臺具有不同額定功率的設(shè)備進(jìn)行測驗(yàn)，如選取3臺電子通信設(shè)備作為參考標(biāo)準(zhǔn)，讓這些設(shè)備正常工作36小時(shí)，記錄功耗發(fā)現(xiàn)額定功率110 W實(shí)際耗能5.843 kW/h，額定功率1 kW實(shí)際耗能45.2 kW/h,額定功率20 kW實(shí)際耗能1 107.6 kW/h。

通過基礎(chǔ)測試可知3臺設(shè)備的實(shí)際功耗，測試后應(yīng)在設(shè)備內(nèi)部加入嵌入式元件，再將其放置在相同環(huán)境，運(yùn)行相同時(shí)間后再進(jìn)行第二次測試，分析統(tǒng)計(jì)其經(jīng)過嵌入式技術(shù)的節(jié)能改造后額定功率110 kW實(shí)際耗能4.825 kW/h，額定功率1 kW實(shí)際耗能38.2 kW/h,額定功率20 kW實(shí)際耗能965.6 kW/h。從上述分析中可知，嵌入式技術(shù)節(jié)能處理后的電子通信設(shè)備在工作功耗上與未經(jīng)處理的耗能相比，有大幅度地降低，因此在系統(tǒng)設(shè)備中進(jìn)行嵌入式技術(shù)的處理，可大幅度降低設(shè)備功耗。

3.2 系統(tǒng)性能測試

通過節(jié)能測算后可知，經(jīng)過節(jié)能處理的電子通信設(shè)備可以降低設(shè)備功耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的，還應(yīng)對其進(jìn)行一系列性能測試，分析是否會由于嵌入式技術(shù)的加入而影響其原有性能。在電子通信系統(tǒng)中，應(yīng)針對不同的復(fù)雜環(huán)境對輸出電壓進(jìn)行判斷，或通過將其中兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行空載，判斷輸出電壓。為了進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)的精確性，應(yīng)進(jìn)行一定的質(zhì)量控制措施。在相關(guān)人員進(jìn)行測算時(shí)，普遍會對電進(jìn)行測試，因此，在測試前應(yīng)做好測試規(guī)劃，穿戴防輻射或防電擊的防護(hù)服，從而保證生命安全。測試時(shí)也應(yīng)時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備在不同供電與負(fù)載情況下的工作狀態(tài)，避免由于設(shè)備產(chǎn)生故障等原因而出現(xiàn)電泄露的情況，影響安全性。另外，應(yīng)做好對相關(guān)測試儀器的校準(zhǔn)工作，將各項(xiàng)測試儀器保持在穩(wěn)定狀態(tài)，減少外界因素對測試結(jié)果所造成的誤差。

經(jīng)測算，在負(fù)載電流不斷地加強(qiáng)下，系統(tǒng)的輸出電壓也一直維持在220 V，而傳統(tǒng)的未經(jīng)過節(jié)能處理的設(shè)備在進(jìn)行輸出電壓判斷時(shí)，呈現(xiàn)不穩(wěn)定、無規(guī)律的跳動狀態(tài)，因此可知，經(jīng)過嵌入式技術(shù)節(jié)能改造的設(shè)備可以維持在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，有著優(yōu)異的性能。而在改變單獨(dú)系統(tǒng)負(fù)載的測試中，經(jīng)過測算得知，在輸出電壓均維持在220 V穩(wěn)定電壓時(shí)，未經(jīng)節(jié)能改造的設(shè)備系統(tǒng)由227 V增加到了260 V，但經(jīng)過嵌入式技術(shù)節(jié)能處理的設(shè)備則一直保持穩(wěn)定。可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行節(jié)能處理后的設(shè)備在工作穩(wěn)定度方面有著出色表現(xiàn)，不會因?yàn)楸还?jié)能處理而影響性能[4]。

4 嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用措施分析

4.1 優(yōu)化軟件電源

經(jīng)過多次測試可以表明，嵌入式技術(shù)可以在電子通信節(jié)能系統(tǒng)中發(fā)揮出極大的作用，而嵌入式技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域中。針對電子通信設(shè)備，相關(guān)人員在運(yùn)用中也擁有多種運(yùn)用渠道。電子通信設(shè)備傳統(tǒng)中需要消耗很多能源，相關(guān)活動也會對系統(tǒng)的軟件與硬件造成一定的消耗，因此在電子通信設(shè)備中為了降低對部件的消耗以及對節(jié)能性的控制，可通過嵌入式技術(shù)優(yōu)化軟件電源。依照指令調(diào)度算法，可將軟件的性能與能耗分為方向性導(dǎo)向，并通過調(diào)度算法的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)。根據(jù)測試，可分析出設(shè)備在同一階段內(nèi)，利用嵌入式技術(shù)，可以在不消耗性能的情況下對能耗加以控制，并對軟件的電源加以優(yōu)化，根據(jù)設(shè)備的體積與功能性需求進(jìn)行限制措施，減少指令數(shù)量的訪問次數(shù)，降低系統(tǒng)能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

4.2 合理調(diào)度電源

在很多其他設(shè)備的節(jié)能方式中，均可以通過調(diào)度處理單元進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而在嵌入式技術(shù)中，也可以通過電源的調(diào)度實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。經(jīng)過初步處理的嵌入式技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對電源的調(diào)度，可自動關(guān)閉休眠或未處于工作狀態(tài)的設(shè)備，而通過對電源的合理調(diào)度，可以大幅度提升電力能源的使用效率，或通過動態(tài)電源管理的方式，直接對未來工作的元件或設(shè)備加以關(guān)閉，達(dá)到節(jié)能的目的。這種方式經(jīng)過測驗(yàn)，往往可以節(jié)約一半以上的能源。還可以通過集中分布式的電壓處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，通過系統(tǒng)對用電功率進(jìn)行限制，或通過不同的調(diào)度計(jì)劃對設(shè)備內(nèi)的電源方向進(jìn)行優(yōu)化，增加變電壓的空余時(shí)間，進(jìn)一步保障設(shè)備系統(tǒng)的防電功率穩(wěn)定性，避免用電或性能的不規(guī)律情況，從而減少設(shè)備發(fā)生損壞的概率，但這項(xiàng)應(yīng)用只能應(yīng)用于處理器，局限性較大，暫時(shí)難以對各項(xiàng)多功能設(shè)備加以運(yùn)用。

4.3 降低顯示功耗

在用戶使用電子通信設(shè)備時(shí)，大多數(shù)都會通過顯示屏幕進(jìn)行操作，顯示屏幕也相當(dāng)于用戶進(jìn)行系統(tǒng)操作的眼睛，可通過顯示屏進(jìn)行一系列操作，或直觀地明確系統(tǒng)內(nèi)節(jié)能控制的效果，但在傳統(tǒng)顯示器的使用中，通過測試發(fā)現(xiàn)，依然能夠產(chǎn)生較大的能源消耗，因此，可通過嵌入式技術(shù)對顯示器加以優(yōu)化，降低顯示器的功耗。

通過嵌入式技術(shù)可在顯示器中交互嵌入低功耗的圖形界面，或降低顯示器的成像，并通過組合小型模塊化補(bǔ)償?shù)姆绞剑訌?qiáng)在降低成像時(shí)的使用體驗(yàn)，這種嵌入式應(yīng)用方式可廣泛使用在小型屏幕、iPad、智能手機(jī)或其他智能設(shè)備中，達(dá)到降低功耗、節(jié)約性能的目的，而用戶也可以直觀地進(jìn)行選擇，選擇是否開啟節(jié)能模式從而達(dá)到節(jié)能效果。LCD的液晶屏幕就是最為直觀的嵌入式技術(shù)應(yīng)用，嵌入式技術(shù)可在顯示器內(nèi)部進(jìn)行緩沖處理、背光、逆變器等操作，并通過一定的編程進(jìn)行調(diào)解，減少在節(jié)能效果中由于其他因素所導(dǎo)致的系統(tǒng)延遲，通過深度控制動態(tài)色彩以及對比度等，讓系統(tǒng)可以針對不同成像自動調(diào)節(jié)功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[5]。

4.4 降低通信功耗

在電子通信設(shè)備中，通信功能是最為消耗能源的一項(xiàng)功能，而通信功能又是該設(shè)備的基礎(chǔ)功能，因此多數(shù)節(jié)能方面的設(shè)計(jì)都需要圍繞通信進(jìn)行設(shè)計(jì)。嵌入式技術(shù)運(yùn)用于電子通信時(shí)，可通過總線編碼技術(shù)提高設(shè)備數(shù)據(jù)吞吐量，實(shí)現(xiàn)對消耗地減緩控制，各項(xiàng)測試內(nèi)均可體現(xiàn)通過嵌入式技術(shù)的優(yōu)化，大幅度減少總線編碼中位置指令的消耗時(shí)間。另外，為了減少多個(gè)總線連接時(shí)的耗能情況，還可以改變總線的活動位置，減少總線的交叉情況，從而將總線的能耗控制在原有能耗的70%。除通信總線外，還可以改變路由協(xié)議的路徑，讓其尋找更高的寬帶，降低功耗，實(shí)現(xiàn)電子通信的總體節(jié)能。

5 結(jié)語

總而言之，嵌入式技術(shù)可廣泛運(yùn)用于電子通信節(jié)能中，發(fā)揮重要的節(jié)能作用，合理運(yùn)用可優(yōu)化軟件電源、進(jìn)行電源調(diào)度、降低顯示與安全的功耗、降低通信功耗等，而為了加強(qiáng)應(yīng)用效果，還應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中對系統(tǒng)不斷完善，并反復(fù)驗(yàn)證其節(jié)能效果。經(jīng)過測驗(yàn)也可以看出，嵌入式技術(shù)在為電子通信發(fā)揮節(jié)能作用的同時(shí)，還能在原有性能的基礎(chǔ)上提供更高的穩(wěn)定性，起到了多方面作用。