嵌入式电力监控与数据采集系统的设计与实现

时数据库。 ４ ３ 数据发布 ．
子类继承即可 。
一
数据发布模块是Ｐ Ｃ机（ 上位机） 用户与系统交互的通道， 实现Ｐ Ｃ机与系统之间的数据通信。 针对现场采集的数据进行 监控并将指令发送到现场设备。
一
信息保存在工程信息模块中供其它模块初始化时使用。终端 显示模块是系统与用户交互的主要界面， 由于硬件上不支持 图形界面， 所以该模块主要负责将数据以英文文本的形式显 示在屏幕上。此外， 用户还可以在Ｐ Ｃ机上通过数据发布模块 查看数据信息， 对下位机的变量进行读写控制操作。 故障报警 模块的故障、 报警条件从工程信息模块获取．系统运行后， 程 序通过Ｃ ００ ２０ 类的对象不断检查各个故障和报警条件判断是 否有故障或者报普， 如果有的话一方面通过事件记录对象写 人故障报警事件记录， 另一方面经控制管理模块在终端显示 模块弹出故障报誓提示框并有蜂鸣报警提示。
ＦａｈＬ Ｍ ｉ ｉ Ｃｙｔ Ｄｓｌ ） １ ，Ｃ （ ｑ ｄ ｓ ｌ ｐ ｙ 显示屏和五个功能键， ｓ Ｌｕ ｒ ａ ｉ ａ ８
图３ 系统类图
个Ｒ －２２４２４５ Ｓ ３／２／８ 串口以及两个１八ＯＭｂｓ ０ Ｏ ｐ 以太网口。 软 件支持Ｌｎｘ 。或更高版本 ｉ ７ ｕ Ｕ －７２ ｉ 提供了５ －Ｌｎｘ Ｃ １０ ｕ 个可编程的功能键来实现人 机交互， 通过指定的功能键来触发另外一个程序． 功能键都预 先安装了处理驱动， 在应用程序中通过该驱动定义按键． 当有 按键按下时， 该驱动就通过软中断来提醒应用程序， 此时应用 程序就会根据我们的设计逻辑进行相应的操作。由于Ｕ － Ｃ ７２－Ｌｎｘ １０ ｉ 不支持图形界面， ｕ 收到的数据和系统菜单等界
能模块的分析 ， 阐述 系统的设计思路 。
关健词： 嵌入式系统； 数据发布， 数据采集； 通信 中圈法分类号：Ｐ １ Ｔ ３１ 文献标识码： Ａ
１ 引言
随着电力系统自动化的发展， 嵌人式技术在电力系统中 被广泛地用于数随着电力系统 自动化的发展， 嵌人式技术在 电力系统中被广泛地用于数据采集、 自动装置、 仪表检测、 集 散控制（ Ｃ ） Ｄ Ｓ 等各个领域， 其中较为典型的是数据采集与监
块与相关模块的交互图。实时数据模块从工程信息模块读取
一
桥接模式．所谓桥接模式［主要是将抽象部分与它的实现部 ４ １
分分离， 使它们可以独立地变化， 抽象类中定义的接口通过具 体的子类以不同方式加以实现。 通信模块的设计见图４我们将通信类型的具体实现部分 ，
需要的数据进行初始化； 数据发布模块和Ｃ ００ ２０ 从实时数据 库模块中获取部分变量值； 同时通信模块调用实时数据库模 块来上报采样数据。
口或子站有特殊的操作时， 通信模块还负责组织优先级更高 的报文， 使控制管理模块可以对各端口和子站进行操作。 通信采用串口和以太网两种通信方式， 对于不同的通信 类型， 其数据报文发送和接收的具体实现是不同的， 但总归要
０ ０
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（ 修改密码、 修改系统时间等） 。端口事件是指何时， 某端口或 该端口某下子站已登录或被卸载的时间； 系统配置用来设置 ＭＯ Ｂ Ｓ的停止与启动读写属性、 ＤＵ 更改网卡的Ｉ Ｐ以及用户 口令， 设置系统的时间。 ２３ 开发平台 ． 嵌人式电力监控与数据采集系统属于工业控制范畴， 所
以选择ＭＯ Ａ公司专为嵌人式应用而设计的嵌入式工业计 Ｘ 算机一一Ｕ － ０ ｉ ｘ Ｃ ７２－Ｌｎ 进行开发。 １ ｕ 该产品的硬件环境： Ｉｔ Ｘ ｃｌ Ｉ Ｐ ２ ２６ ： ｎｅ ｓ ｅ －４２ ＭＨ 处理器，２ＭＢ内存， ２ ｌ ａ Ｘ ６ １８ ３ＭＢ 一
Ｍｉ ｏｏ ｕｅ Ａ ｐｉ ｔ ｎ Ｖ ｌ２ ， ｏ ２ ２ ０ ｃ ｃｍｐ ｔｒ ｌａｉ ｓ ． Ｎ ． ０ ８ ｒ ｐ ｃ ｏ ｏ ４ ，
开发应用
橄 型 电胎 应 用
２０ 年第 ２ 卷第 ２ ０８ ４ 期
嵌入式电力监控与数据采集系统的设计与实现
邢 琳， 吴 健
摘 要： 嵌入式电力监控与数据采集系统（ Ｓ Ａ Ａ 针对现场的电力设备进行监视控制以及数据采集， （ ＣＤ ） ｅ ｍ 对现场设备进行数 据查看／ 数据访问和数据交互是其本质 目的． 文中通过介绍嵌入式电力监控与数据采集系统的体系结构、 处理流程以及对主要功
Ｏ 自
４ 关键模块
４ １ 通信 ．
通信模块是ｅ Ｓ Ａ Ａ的主要数据来源， ｍＣ Ｄ 实现与下位机
的通信以及采集数据， 将数据存人实时数据库等工作． 它从工 程信息模块获取所有子站和端口信息以及变量和报文信息进 行初始化， 之后向下位机发送命令以及从下位机采集数据， 通 过通讯线程循环检查队列中的报文采集数据， 并将得到的报 文进行解析， 为实时数据库提供数据。 当控制管理模块对某端
２ 系统简介
２１ 系统拓扑 ．
控系统［， Ｃ Ｄ （ｕｅ ｉ ｒ ｎｒｌ Ｄｔ Ａ ｑｉ－ ， 即Ｓ Ａ Ａ ｐｒｓｙ Ｃ ｔ Ａ ｄ ａ ｕ ｉ 〕 Ｓ ｖｏ ｏ ｏ ｎ ａ ｃ ｓ ｔｎ系统。Ｃ Ｄ Ｉ是以 ｉ） ｏ Ｓ Ａ Ａ＇ 计算机为基础的生产过程控制与调 Ｉ
度 自动化系统。 它可以对现场的运行设备进行监视和控制， 以
实现数据采集、 设备控制、 测量、 参数调节以及各类信号报苦 等各项功能．在电力系统中，Ｃ Ｄ Ｓ Ａ Ａ能够提高电网运行的可 靠性、 安全性与经济效益， 减轻调度员的负担， 实现电力调度 自动化与现代化， 提高调度的效率和水平。 而嵌人式电力监控 与数据采集（ Ｓ Ａ Ａ 系统的设计主要针对设备进行现场 （ ＣＤ ） ｅ ｍ 监控和采集数据， 系统向下将通信模块采集到的下位机数据 存人实时数据库， 向上通过数据发布模块响应上位机即Ｐ Ｃ的 请求， 返回上位机所需要的信息。
面文字只能以英文文本的形式显示在Ｌ Ｍ 上， Ｃ 所以在系统设 计中没有包含图形界面的部分。
控制管理模块提供系统管理、 信息显示的功能， 从工程信
息模块读取端口 信息列表和子站信息列表用来创建终端显示 模块与用户交互的菜单选项； 控制管理模块的一个主要功能 就是向其他模块发送终端显示模块的请求或者命令， 把从其 他模块获取到的数据组织成一定的格式交给终端显示模块显 示．终端显示模块继承控制管理模块， 获取用户的键盘指令， 通过控制管理模块可以对端口、 子站进行登陆、 卸载操作、 可
－ Ｙ Ｔ Ｍ Ｉ Ｏ －Ｓ Ｓ Ｅ ＮＦ ＣＯ ＭＭＵＮＩ Ｔ Ｅ Ｓ ＡＴ ＤＡＴ Ｗ ＡＴ Ｈ Ａ Ｃ Ｅ ＮＴ ＲＥＯ 爪 Ｄ ＶＥ Ｃ
ＳＹＳＴＥＭ ＣＯＮＦＩ Ｇ
图２ 主功能界面
系统信息查看可以选择查看主站或者端口的信息， 例如
开发应用
一
徽型电抬应月
２０ 年第 ２ ０８ ４卷第２ 期
子站， 更新子站和通讯接口 信息表中通讯状态信息， 以设置子 站通信状态标志位。 当子站通信状态变化时， 刷新并添加到事
件记录中。进人数据监视界面则用来查看申口或者以太网口
的数据， 即端口或端口 下子站与下位机交换数据的信息或者 与Ｐ Ｃ数据交换信息（ ｄ ｕ Ｓｒｅ）设备子站每隔一定时 Ｍｏｂ ｓ ｖｒ ， ｅ 间自动向ｅ Ｓ Ａ Ａ发送变量的数据信息， ｍＣ Ｄ 这些数据按照规 定好的格式放在内存中， 数据以报文的形式显示且每一页只 显示一条报文， 每一条报文的格式为十六进制格式， 实时刷 新。事件记录分为故障信息、 报警信息、 主站事件以及端口事 件。 故障报警信息包括： 子站名字， 报警或故障类型， 报警和故 障描述， 报警和故障发生的时间， 报警和故障恢复时间， 报警 和故障状态。 而主站信息包括开机时间、 用户登录和系统设置
万方数据
Ｍｉ ｏｏ ｕｅ Ａ ｐｉ ｔ ｎ Ｖ ｌ２ ， ｏ ２ ２ ０ ｃ ｃｍｐ ｔｒ ｌ ａｉ ｓ ． Ｎ ． ０８ ｒ ｐ ｃ ｏ ｏ ４ ，
开发应用
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徽 型电脸应月
２０ 年第 ２ ０８ ４卷第２ 期
实现与下位机的通信， 故采用通信的抽象和具体实现分开， 即
， ＇．签 ・ Ｉ Ｉ ， １
图 １ 系统拓扑 图
主站的Ｉ 地址，Ｐ Ｐ Ｃ Ｕ以及Ｒ Ｍ等， Ａ 在端口 信息中有关于端口 的波特率、 校验位等。 通信状态是负责告诉工作人员当前端口 下所有子站（ 设备的实例化） 的通信状态信息， 它分为： 正常通 信、 非正常通信、 尝试通信， 同时供管理用户登录、 卸载和挂牌
一
分离出来， 生成一个通信模型Ｃ ｏ ｍ ｄｌ 它作为具体 Ｃ ｍ Ｍｏｅ类， 的实现类， 根据不同的通信类型完成初始化通信、 接收数据报 文、 发送数据报文、 关闭通信等工作， 与下位机通信的具体实 现也是通过调用该模型的各函数来完成的。 Ｅ Ｃ ｍ ｕｉ Ｃ Ｍ－ ｏ ｍ ｎ － ｃｔ ｎ ａ ｏ 类是抽象类， ｉ 主要进行报文组织和解析、 与下位机通信 等工作。 Ｅ Ｃ ｍ ｕｉ ｔｎ中根据通信实现的流程的不 在Ｃ Ｍ－ ｏ ｍ ｎ ａｏ ｃｉ 同， 我们采用模版模式， 将不同实现的方法和步骤在该模版类 中首先规定好， 那些符合该流程的协议作为该流程模版类的
一
图５ Ｔ Ｂ模块交互图。实时数据库模块从工程信息 Ｄ 为Ｒ 模块读取端口信息列表、 子站信息列表、 设备信息列表、 变量 信息列表、 值转换公式表来构建内存数据库． 他负责传输和分 发各种实时数据， 包括所有数据采集系统的上传数据（ 遥测、 遥信） 和下发数据（ 遥控、 遥调及其操作状态）各种通知信息 ， 和报警信息， 例如子站状态、 报警等。该模块使用编码转换公 式将报文值转成实际值或把实际值转成报文值， 内存实 存人
以停止和启动 Ｍｏｂｓ ｖｒ可以更改系统以及用户的设 ｄ ｕ Ｓｒｅ， ｅ 置， 所有操作均被写人事件记录， 可通过控制管理模块查看事
件记录信息以及数据交互信息．
３ 总体设计
嵌人式电力监控与数据采集系统的软件部分是整个嵌人 式系统的关键部分， 主要包括操作系统软件和应用程序两部 分［。 ， 操作系统采用Ｌ ｕ － ｅＨ ｔ ０ ］ ｉ ｘ Ｒｄ ａ ． ｎ ９ 。系统依据功能划分 为终端显示模块、 数据发布模块、 控制管理模块、 实时数据库 模块、 通信模块、 事件记录模块、 工程初始化模块、 工程信息模 块、 故障报警模块以及Ｃ ００ ２０ 模块共１ 个部分， 为系统类 ０ 图３ 图， 图中的十个类对应以上十个功能模块． 由类图可以清楚的看到内存实时数据库是整个系统的核 心， 存储通过通信模块从下位机上采集的数据， 为上位机和终 端显示模块提供数据服务。 工程初始化模块读取并解析工程文件， 把解析好的工程
嵌人式电力监控与数据采集系统主要完成系统信息查 着、 通信状态查看、 数据监视、 事件记录、 实时数据查看和系统 配置六大功能． 系统在读取系配置文件， 初始化所有的模块后进行用户 登录的操作， 用户登录成功后系统以菜单的形式显示其主功 能界面， 包括系统信息查看、 通信状态查看、 数据监视、 事件记 录和系统配置， 如图２ ，
作者简介： 琳， 邢 西北工业大学计算机学院， 硕士研究生， 西安 ７０７ １０２ 吴 健， 西北工业大学计算机学院， 教授， 硕士生导师， 西安 ７０７ １０２
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万方数据
Ｍｉ ｏｏ ｕｅ Ａ ｐｉ ｔ ｎ Ｖ ｌ２ ， ｏ ２ ２ ０ ｃ ｃｍｐ ｔｒ ｌ ａｉ ｓ ． Ｎ ． ，０ ８ ｒ ｐ ｃ ｏ ｏ ４
嵌人式Ｓ Ｄ Ａ Ａ系统主要对现场设备进行数据采集、 Ｃ 测量 以及各类信号报警等功能。该系统通过数据通信模块以申口 的方式采集下位机数据存人实时数据库中， 向上与上位机交 互， 通过上位机监控现场的电力设备， 并通过指令操作控制现 场设备， 达到监控的目的。以下是系统拓扑图。
２２ 功能描述 ．