一种基于SH7145的电力线通信数据集中器的设计

    摘要：针对电力线通信的特点，提出一种数据集中器的设计方案， 阐述以SH7145开发板为核心的硬件设计方案，分析在T-Kernel嵌入式实时操作系统下的软件实现过程，通过确定任务优先级、合理实现任务调度，使其能够实现读取电力自动抄表系统中各个节点数据的功能。

    关键词：电力线通信；数据集中器；SH7145

    0  引言

    电力线通信（Power Line Communication）技术是指在1.6M到30M频带范围内，将电力线作为通信媒介，传输数据、语音、视频信号的一种通信方式。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术先将数据调制成载波信号或扩频信号，通过耦合器耦合到220V或其他交/直流电力线上，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可以得到原信号。电力线通信技术不需要重新布线，直接使用现有的电力网实现对数据、语音、视频等信息的传递，具有易维护、易推广、易使用、低成本等优点，显示出了良好的前景和巨大的市场潜力。

    1  系统原理及结构

    在远程电力自动抄表系统中，PLC技术根据命令或设置自动读出电表数据并自动上传，提高抄表速率，通常速率在2400bps。电力自动抄表系统一般由主站、集中器、采集器（或模块）等构件组成，可以对用户终端的用电状态进行采集、控制。采集器(或模块)实现用户终端电表的脉冲计数，集中器则根据主站发出的指令(如抄收、窃电检测等)循环查询采集器(或模块)的计数值(或状态)，主站由PC机构成，负责供电所所属用户终端用电的管理和监控。集中器是整个系统的通信桥梁，它接收主站命令，并按指令要求将用户端的用电状态(如用电量、用电异常等)送到上位机或对用户终端执行控制(如切断用户供电等)。

    在同一电力传输线路中，数字电表和集中器通过R422/488接口与PLC接入控制器相连接，这样就可以将整个电网变为一个数据传输网络，集中器就可以收集各个节点的数据。

    由于采用电力线作通信信道，不必另外架设通信电缆，节省了投资，为实现用户电能表网络化管理，以及“一户一表，抄表到户”制度提供了高效、科学的手段。数据集中器按照设定的抄表时间，每天自动采集各用户电能表的累计电量，并根据设定的抄表日自动生成各用户电能表的累计电量，系统软硬件采用模块化、多冗余设计，这样既保证了设备工作的可靠性，又使系统易于扩充和软件升级。

    2  数据集中器的硬件设计

    数据集中器是以嵌入式微控制器SH7145为核心的软硬件系统。SH7145是日本瑞萨科技生产的SH系列开发板中一款。SH7145板无MMI，无DSP核，使用实时地址，属于低端产品，适用于初学者。SH7145板上有：蜂鸣器，LCD，键盘，A/D转换，2个马达，BIP开关，SH7145芯片，串口插槽，E10A仿真器插口等。

    3.系统软件设计

    3.1 引入T-Kernel嵌入式实时操作系统  随着应用的复杂化，采用传统前后台设计方法，会显得过于复杂，实时性得不到保证，而且容易发生死锁。解决这些问题的最好方法就是采用实时操作系统。

    T-Kernel是T-Engine的实时核心，它充分利用了在嵌入式设备领域中拥有众多业绩的ITRON成果，并引入子系统等功能，是一种实现从小型嵌入式设备到大型高级系统开发的大规模化OS。它包含了时间管理、任务间通信同步(信号量、邮箱、事件标志)、扩展同步通信和内存池管理等功能;采用T-Kernel实时操作系统可以有效地对任务进行调度；对各任务赋予不同的优先级可以保证任务及时响应，而且采用实时操作系统，降低了程序的复杂度，方便程序的开发。

    3.2 任务的划分及调度  要完成实时多任务的各种功能，必须对任务进行划分。本程序根据各个任务的重要性和实时性，把程序分成六个具有不同优先级的任务，包括管理各个任务的启动、休眠；接收串口中断，唤醒UPDATE_TASK任务；用系统时钟模拟RTC；读取各个电表的数据自；动加入新节点；接收SHELL指令并执行。

    通常多任务操作系统的任务不同于一般的函数，它是一个无限循环，而且没有返回值。如果没有更高优先级的任务进入就绪态，当前任务是不会放弃对CPU的使用权。为了实现操作系统的正常运行和有关事件的同步，必须正确处理任务间的通信和事件标志的设置。

    4  结语

    T-Kernel实时操作系统在嵌入式硬件平台的基础上，用T-Kernel实时操作系统开发应用程序有其独到之处，用户可以直接利用系统的接口函数编写自己的应用程序，不需另行开发，大大方便了用户编程，缩短了软件的开发周期，提高了开发效率。

参考文献：

[1]坂村健.源码开放的嵌入式实时操作系统T-Kernel[M].周立功等，译.北京：北京航空航天大学出版社，2005.
周耀义，鲍滨寿．低压电力用户远程自动抄表系统[J]．电力自动化设备，1999，19（2）：64-65．