基于ARM的通信电源参数采集系统设计

孙 刚，萧展辉

（南方电网数字电网研究院有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

ARM处理器是面向大众的微型处理器，价格优惠，功能完善。其内部是32位指令，比传统的处理器16位指令要多出一倍，在保证同等级32位指令的优势下，降低了价格，是现如今用途最广泛的处理器。因此，本文将基于ARM设计通信电源参数采集系统[1]。相对比SD处理器，ARM处理器的成本更低，并可以满足通信电源参数采集系统的各项要求，属于低功耗、低成本、高效率以及高可靠性的采集设备。通过ARM技术采集通信电源参数，必能使参数采集效率提高，进而提高整个系统的运行水平。

1 硬件设计

1.1 无线通信传感器

本文设计的无线通信传感器是参数采集系统的重要设备之一，利用温度测量计测量通信电源温度信号，经过转换器将所得的温度信息进行处理、校准，并将最后所得数据送至无线传感器中，再将信息数据通过无线通信的方式送回通信电源中，完成一次循环。其他信息参数也如上所述，最终通信电源终端会得到温度、电压、电流以及精度等多个参数信息。在外形上，本文设计了较为小巧的尺寸，大小为7.5 mm×5 mm×2.5 mm。

本文认为，无线通信传感器湿度传输范围应该在0～100%，分辨率为0.005% RH，采集精度为±0.3% RH，测量范围越广，参数采集越准确。温度上传感器可传输的范围为-50～+136.7 ℃，并且分辨率为0.000 1 ℃，采集精度为±0.04 ℃[2]。此外，本文设计中的无线通信传感器的采集核心在于采集精度，参数采集准确度越高，系统运行效果越好。

1.2 STMF控制芯片

在设计无线通信传感器后，参数采集系统有了基本构架，因此进一步设计STMF控制芯片。本文STMF控制芯片设计中，以Control-M2内核电路为主体，此内核电路满足高性能和低能耗的特点，在同类产品中极具竞争力。STMF控制芯片的设计将会增强系统的运行能力，能够带动多个通信电源设备的同时运行。当出现内核电路短路或断路时，STMF控制芯片会对当前事件进行判断，以最快速的方式处理电路[3]。此外，STMF控制芯片内部还设计了电压和电流监测模块，内嵌入振荡器，可以支持睡眠、停机以及待机3种工作状态[4]。外部设计了定时器、SDI、USA、ADC等多个接口，在参数采集过程中持续监测，最大程度地保证了系统的安全。

2 软件设计

2.1 建立参数同步采集模块

本文软件设计上首先建立了参数同步采集模块，通过硬件设计中的无线通信传感器的输出信号进行同步采集，同时读取并行接口的采集参数，并通过ARM处理器处理参数。由于ARM处理器的工作速度更快，因此采集频率不会受到限制，ARM处理器也不会出现读取不到参数的失误[5]。

本文中参数采集模块思路比较简单，在特定采集频率信号下，同步采集多路传感器的信号，达到采集参数的设定值时暂停采集。此外，参数采集后，通过控制芯片中的任意接口直接发送到无线通信传感器，或者利用ARM处理器对参数进行处理和分析后发送到通信电源中，等通信电源接收参数信息后中断采集，开始新一轮的参数采集。

2.2 制定参数采集流程

在实际参数采集中，采集点数往往设置成2的幂函数，采集点数通常设置为1024或2048。在本次采集模块设计中，参数采集点数默认为2048，相应的采集频率也会作出设置。具体来说，参数采集主程序需要初始化无线通信传感器与控制芯片，设置参数采集范围和中断采集方式等[6]。利用ARM处理器，开始参数采集，当ARM自动处理参数时即为转换完成，此时中断采集，完成参数采集，进入参数处理模块，判断当前采集点数是否与设定值相同，若相同则采集完成，不相同则根据上述采集模式重新采集，直到采集计数达到采集设定值。

2.3 基于ARM设计通信电源参数存储格式

通信电源参数采集系统的常规SD处理器较为烦琐，且不容易操作，成本也较高，因此存储内容也较少。ARM处理器摒弃以上缺点，融入到通信电源参数采集系统中后，设计了模拟电压和电流的转换，并通过ARM技术处理内部软件，将参数集中采集处理后实现参数采集的强弱转换。传统的存储格式采用模板的格式进行存储，保密性几乎等于零。一般意义上来讲，越复杂的存储格式保密性越强[7]。本文设计的存储格式则相反，利用简单无规则的存储模式，设计的初衷就是利用简单却难编译的代码设置存储格式。为了方便破译采集参数，本文对存储参数作出标记，并且针对每一轮参数采集过程都加入初始代码，用于区分真实参数。

2.4 配置NFS网络采集服务

在配置NFS网络采集服务时，编辑参数文件，并添加参数共享目录。在此目录中会以网络自动化的形式采集多通信电源参数，避免线下采集的冗杂性。随后开启NFS网络采集服务，NFS中具有防火墙的防病毒软件，在网络采集服务中至关重要，采集参数之初就会打开防火墙，避免电脑病毒中断采集流程[8-10]。当共享目录设置好并成功启动NFS后，共享目录会自动成为ARM的参数采集系统，在后台使用时，无论是睡眠、停机还是待机状态都可以在后台进行参数采集，并且本文还设计了超大的网络采集空间，避免出现因为反复采集而烧毁程序的现象。最后，打开网络采集软件中的LOCKED命令和安全管家的设置界面，选择DISABL，永久打开防火墙，使参数采集过程不会出现干扰。

3 系统测试

本次系统测试目的在于监测本文设计的参数采集系统采集信号范围，并将在系统界面以采集信号的幅值、频率以及时间等方面展现出来，验证本系统的通用性。

3.1 测试准备

测试程序界面打开后，设置连接类型、地址以及端口，并以客户端为目的IP，根据设置向系统发出连接请求，以十六进制的0×5566为起始命令，以0×5588为结束命令，完成数据命令发送后，启动参数采集。具体参数采集结果如图1所示。

图1 参数采集结果

如图1所示，通过查看参数采集文件，观察到参数文件以0×1234开始，以0×2233为结尾的规律命令。从采集到的参数文件上看，系统通信正确，可以正常采集参数。

3.2 测试结果

以上硬件软件运行正常后，开始测试本文设计的通信电源参数采集系统界面的幅值、时间以及采集频率最大最小值等信息。在相同条件下，测试本文设计的系统与传统系统采集信号幅值范围，具体测试结果如图2所示。

图2 基于ARM的通信电源参数采集系统界面

如图2所示，本文设计方法采集的参数信息也较为准确，符合本文设计的要求，极具推广价值。

4 结 论

传统SD参数采集系统的采集信号覆盖范围小，因此采集精度低，其中的软硬件设备均不能达到通信电源的要求，因此亟待作出改革。随着ARM的普及，通信电源参数采集系统有了新的研究方向，本文基于ARM的通信电源参数采集系统中，以无线通信传感器与控制芯片为基础，完成温度和湿度等外部环境采集。测试结果表明，本文设计可以达成超大内存、采集信号覆盖面广以及采集精度高等功能，在通信电源的采集过程可以拥有更加精准的参数信息。