嵌入式技术在电子通信节能中的应用

陈 旭

(中原工学院，河南 郑州 450006)

0 引言

嵌入式技术是将设备内的软件与硬件进行结合，并对其编程来组成一套系统的技术，其拥有着较高的性能、较低的功耗以及多功能的应用途径，当前已经被广泛使用于各个领域与各个行业中。相关人员应在电子通信设备中对其加以了解并掌握，能够降低功耗等各项消耗成本，达到节能与高效的目的，实现最优效果，为此应深入研究嵌入式技术的应用技巧以及设计原理，促进我国通信行业的发展。

1 嵌入式技术的概念

近年来，人工智能技术被广泛运用，越来越多的行业将目光投向了设备运用中的节能需求，在低功耗设备中不断投入研究，很多新技术不断诞生与发展，嵌入式技术应运而生，嵌入式技术是以IT网络技术为基础，在此基础上进行多项延伸，通过将系统设备内的CPU、传感器、执行系统、用户界面以及应用程序等进行结合，自行具有存储、诊断等功能，也算是计算机系统的另外一种表现形式，同时可以针对各种差异化用户的需求，灵活调整作用。因此，嵌入式技术所具有的多元化功能以及高性能等是其优势功能，还可以根据使用者的操作方式进行计算机的设置，从而最大化发挥功效[1]。

另外，嵌入式技术可以在满足不同群体用户的需求的同时，实现最大化的资源分配效果。在该项优势下，可对技术人员的配置进行优化，从而利用最小的成本发挥出最大化的效果，在节能的同时满足多种功能需求，并根据产品与需求目标对各项任务进行处理，实现产品功能多样性。在电子通信系统中，也可以良好地运用嵌入式技术，充分发挥设备便携性、移动性的功能，有效运用还可以降低设备功耗，进一步贴合人们对相关设备的使用需求。

2 嵌入式技术在电子通信节能中的系统设计

嵌入式技术作为一项计算机系统的表现形式，可以完全在受控设备元件的内部进行嵌入，经由设计后，还可以在多种场景中发挥作用，虽然不具备电脑的相关功能，但却具有体积小、灵活性强等特点，应用较为广泛。

首先，应选择合理的嵌入材料作为硬件设备，可选用优质的节能材料进行节能处理，发挥一些节能效果。由于电池会消耗很多能量，因此在生产与选择中，不仅要注重电池的寿命与续航，还要着重观察电池的耗能情况，并挑选低耗能电池作为嵌入材料，同时也应考量设备的待机时间、功耗情况以及设计工艺等。为了加强嵌入式系统的功能，也要不断创新技术工艺，例如研究嵌入式技术与主板或微处理器的结合，也可自行更换运行方式达到节能效果的嵌入式系统等。

其次，很多电子通信系统内大多含有文件系统、操作系统、用户接口等部分，而在进行节能设计时，也应对多个系统或功能的不同运行情况加以了解并分析，例如通过优化算法的方式省略某个功能内的流程，达到降低能耗的目标，或是通过直接关闭不必要的接口来达到节能的效果等。嵌入式技术在设计中普遍都需要运用计算机知识以及编程知识，因此在设计过程中也应注重相关人员的专业素质，还应注意在设计中不能出于节能的目的而大幅度降低设备的运行性能，或是出现为了维持节能效果而关闭重要端口等情况，相关人员应对其进行反复测试，验证其效能是否可以充分达到设备与使用者的使用需求[2]。

2.1 整体架构设计

相关人员若想让嵌入式技术在电子通信节能中发挥出最佳效果，应做好系统整体架构的设计，严谨设计系统中的各个部分，并对各项分子结构加以测算。在主体架构中，系统应包括传输终端口、控制端口、应用端口以及终端4部分。

芯片是系统的传输端口，系统可通过芯片对各个端口或网关服务器的传输协议进行数据整合以及传输，并向其他端口以及使用者提供信息。设备控制器是控制端口，可利用嵌入式的系统对电子通信系统进行控制，而在工作中则主要是通过控制端口进行整体设备的节能控制，网关服务器以及无线通信系统是系统的终端，可对整体的系统各项数据进行分析与存储，并进行整合，为各个端口提供指导。应用端口则是由包括处理器、环境、设备以及线路的监控进行整合，可以对系统设备内的运行状态以及工作状态等进行监控，时刻保证系统运行的稳定性与可行性，还可以在发生故障或隐患时加以报警诊断处理。

2.2 传输端与节能模块的设计

在通信设备系统的架构内，传输端口应发挥向各个模块进行数据传输与导向的作用，因此在设计过程中应被着重设计，传输端口内部的网关服务器的控制协议可通过总线与控制端进行连接，网管服务器可在其他部分的子系统端口的连接中发挥桥梁的作用，控制端应通过SN65LB芯片与含有传感器的其他嵌入式设备进行连接，并可以保持双向沟通。其中，可采用TCP协议接收数据，通过总线将各项数据发送到控制端口，同时通过具有较高性能的SN65LB芯片对数据采取整合与分析，提高节能的设计效果。节能功能应通过一定的电路设计加以保障，作为控制端口的核心装置，其应对通信设备的整体节能效率负责，可通过继电器、单片机与稳定继电器相连接，让继电器可以隔离稳定继电器，对单片机提供保护，还可以通过单项运行，设计出与稳定继电器相连接的显示屏，电路也可采用DC-AC线路，对稳定继电器进行电流控制，其额定功率与最大工作电流的设定也应依照实际情况与需求而定[3]。

2.3 通信模块与其他软件的设计

在设备内部系统的设计中，节能功能通过控制端口进行工作后，应保证其可以对整体通信系统产生作用，而此时就应着重对通信模块的设计。通信模块是该设备的基础功能，直接影响到整体设备的技能效果。在进行设计时，系统内嵌入式技术所用的电子通信控制系统中的全部节点，都需要通过通信模块进行连接，而其中的终端、路由器等则是通过编程加以实现。

通信功能模块包含在各项软件内，该设备系统内的所有软件设计都需要能够被节能控制器控制，并通过用户的操作来提供指令。设备内的各个软件需要完成用户登录、注册、退出等，在用户进行操作时，应给出详细的说明，方便用户可以无障碍操作。另外，在操作过程中，也应注意嵌入式设备的信息查询功能，方便用户进行各方面信息的查询。对于节能效果的控制等，应展示出系统内的所有控制方案，方便用户进行节能性能的挑选，可以直接了解到所选择节能控制方式的效果。

3 嵌入式技术在电子通信节能系统中的效果分析

3.1 节能效果分析

相关人员在进行系统设计后，应对系统的功能进行测试，验证嵌入式技术的节能效果。在测试中，应注重对系统内的节能控制、通信设备功耗等进行测试。为了保证准确性，应选用多台具有不同额定功率的设备进行测验，如选取3台电子通信设备作为参考标准，让这些设备正常工作36小时，记录功耗发现额定功率110 W实际耗能5.843 kW/h，额定功率1 kW实际耗能45.2 kW/h,额定功率20 kW实际耗能1 107.6 kW/h。

通过基础测试可知3台设备的实际功耗，测试后应在设备内部加入嵌入式元件，再将其放置在相同环境，运行相同时间后再进行第二次测试，分析统计其经过嵌入式技术的节能改造后额定功率110 kW实际耗能4.825 kW/h，额定功率1 kW实际耗能38.2 kW/h,额定功率20 kW实际耗能965.6 kW/h。从上述分析中可知，嵌入式技术节能处理后的电子通信设备在工作功耗上与未经处理的耗能相比，有大幅度地降低，因此在系统设备中进行嵌入式技术的处理，可大幅度降低设备功耗。

3.2 系统性能测试

通过节能测算后可知，经过节能处理的电子通信设备可以降低设备功耗，达到节能减排的目的，还应对其进行一系列性能测试，分析是否会由于嵌入式技术的加入而影响其原有性能。在电子通信系统中，应针对不同的复杂环境对输出电压进行判断，或通过将其中两个系统进行空载，判断输出电压。为了进一步保证实验的精确性，应进行一定的质量控制措施。在相关人员进行测算时，普遍会对电进行测试，因此，在测试前应做好测试规划，穿戴防辐射或防电击的防护服，从而保证生命安全。测试时也应时刻监视设备在不同供电与负载情况下的工作状态，避免由于设备产生故障等原因而出现电泄露的情况，影响安全性。另外，应做好对相关测试仪器的校准工作，将各项测试仪器保持在稳定状态，减少外界因素对测试结果所造成的误差。

经测算，在负载电流不断地加强下，系统的输出电压也一直维持在220 V，而传统的未经过节能处理的设备在进行输出电压判断时，呈现不稳定、无规律的跳动状态，因此可知，经过嵌入式技术节能改造的设备可以维持在稳定的工作状态，有着优异的性能。而在改变单独系统负载的测试中，经过测算得知，在输出电压均维持在220 V稳定电压时，未经节能改造的设备系统由227 V增加到了260 V，但经过嵌入式技术节能处理的设备则一直保持稳定。可以发现，进行节能处理后的设备在工作稳定度方面有着出色表现，不会因为被节能处理而影响性能[4]。

4 嵌入式技术在电子通信节能系统中的应用措施分析

4.1 优化软件电源

经过多次测试可以表明，嵌入式技术可以在电子通信节能系统中发挥出极大的作用，而嵌入式技术已经被广泛运用在各个行业与领域中。针对电子通信设备，相关人员在运用中也拥有多种运用渠道。电子通信设备传统中需要消耗很多能源，相关活动也会对系统的软件与硬件造成一定的消耗，因此在电子通信设备中为了降低对部件的消耗以及对节能性的控制，可通过嵌入式技术优化软件电源。依照指令调度算法，可将软件的性能与能耗分为方向性导向，并通过调度算法的各项实验加以证实。根据测试，可分析出设备在同一阶段内，利用嵌入式技术，可以在不消耗性能的情况下对能耗加以控制，并对软件的电源加以优化，根据设备的体积与功能性需求进行限制措施，减少指令数量的访问次数，降低系统能耗，从而实现节能的效果。

4.2 合理调度电源

在很多其他设备的节能方式中，均可以通过调度处理单元进行实现，而在嵌入式技术中，也可以通过电源的调度实现节能的目标。经过初步处理的嵌入式技术就可以实现对电源的调度，可自动关闭休眠或未处于工作状态的设备，而通过对电源的合理调度，可以大幅度提升电力能源的使用效率，或通过动态电源管理的方式，直接对未来工作的元件或设备加以关闭，达到节能的目的。这种方式经过测验，往往可以节约一半以上的能源。还可以通过集中分布式的电压处理系统进行调度，通过系统对用电功率进行限制，或通过不同的调度计划对设备内的电源方向进行优化，增加变电压的空余时间，进一步保障设备系统的防电功率稳定性，避免用电或性能的不规律情况，从而减少设备发生损坏的概率，但这项应用只能应用于处理器，局限性较大，暂时难以对各项多功能设备加以运用。

4.3 降低显示功耗

在用户使用电子通信设备时，大多数都会通过显示屏幕进行操作，显示屏幕也相当于用户进行系统操作的眼睛，可通过显示屏进行一系列操作，或直观地明确系统内节能控制的效果，但在传统显示器的使用中，通过测试发现，依然能够产生较大的能源消耗，因此，可通过嵌入式技术对显示器加以优化，降低显示器的功耗。

通过嵌入式技术可在显示器中交互嵌入低功耗的图形界面，或降低显示器的成像，并通过组合小型模块化补偿的方式，加强在降低成像时的使用体验，这种嵌入式应用方式可广泛使用在小型屏幕、iPad、智能手机或其他智能设备中，达到降低功耗、节约性能的目的，而用户也可以直观地进行选择，选择是否开启节能模式从而达到节能效果。LCD的液晶屏幕就是最为直观的嵌入式技术应用，嵌入式技术可在显示器内部进行缓冲处理、背光、逆变器等操作，并通过一定的编程进行调解，减少在节能效果中由于其他因素所导致的系统延迟，通过深度控制动态色彩以及对比度等，让系统可以针对不同成像自动调节功耗，实现节能的目的[5]。

4.4 降低通信功耗

在电子通信设备中，通信功能是最为消耗能源的一项功能，而通信功能又是该设备的基础功能，因此多数节能方面的设计都需要围绕通信进行设计。嵌入式技术运用于电子通信时，可通过总线编码技术提高设备数据吞吐量，实现对消耗地减缓控制，各项测试内均可体现通过嵌入式技术的优化，大幅度减少总线编码中位置指令的消耗时间。另外，为了减少多个总线连接时的耗能情况，还可以改变总线的活动位置，减少总线的交叉情况，从而将总线的能耗控制在原有能耗的70%。除通信总线外，还可以改变路由协议的路径，让其寻找更高的宽带，降低功耗，实现电子通信的总体节能。

5 结语

总而言之，嵌入式技术可广泛运用于电子通信节能中，发挥重要的节能作用，合理运用可优化软件电源、进行电源调度、降低显示与安全的功耗、降低通信功耗等，而为了加强应用效果，还应在设计过程中对系统不断完善，并反复验证其节能效果。经过测验也可以看出，嵌入式技术在为电子通信发挥节能作用的同时，还能在原有性能的基础上提供更高的稳定性，起到了多方面作用。