摘 要：设汁了基于ARM的智能电表和空调系统参数的多数据监测系统。系统由硬件和软件两部分组成，硬件采用博创公司的嵌入式微控制器PXA270平台，软件使用了Modbus协议读取智能电表和空调端监测数据，上位机利用Linux Socket『舣]络编程和c#编程实现监测。该系统比传统的数据{ 测系统具有更好的安全性和实时性，同时硬件的体积更小，功耗更低，扩展性更慢。
0 引 言
在实际工业控制应用中，经常需要对现场的智能电表、空调等多种设备进行监测，通过采集相应设备的运行参数随时了解、跟踪设备运行状态 ，进而进行分析和诊断。结合具体项目，本文设计了一种基于嵌入式系统ARM 的多数据监测系统，系统以嵌入式Linux和博创公司的嵌入式微控制器PXA270为核心平台，通过将RS一485采集的数据转换成符合RS一232标准的数据，保存在嵌入式微处理器的Flash中，经过网络传输将数据传给E位机，完成对电表、空调的监测任务。整个系统建立在嵌入式结构上，具有更好的实时性和稳定性，同时硬件的体积更小，功耗更低，扩展性更强。
1 系统硬件设计
1．1 系统总体设计方案
系统的总体设计思想是通过RS一232／485转换器将RS一485采集的电表参数、空调参数转换成符合RS一232标准的数据，保存在嵌入式微处理器Flash中，经Linux Socket网络编程，采用TCP协议和上位机建立网络连接，将数据文件发送给上位机，上位机运用C#语言编程实现监测数据的实时显示，同时建立数据库保存监测数据，从而完成对电表、空调数据的监测任务。其中Rs一485对电表、空调参数的读取是通过Modbus协议发送相关的指令实现的。
1．2 系统硬件电路
该设计主要硬件电路包括数据采集模块、PXA270处理器、外围接口电路、电源及复位电路等几个部分。系统总体结构如图1所示。
ARM 处理系统采用博创公司的Xscale PXA270处理器，其主频为520 MHz，加入了In SpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下可zui大限度地降低设备功耗，采用网络接口实现了数据信息的网络化管理。操作系统采用Linux，使用的是Linux 2．6．9内核。系统的根文件采用针对Flash无缓冲机制的JFFS2文件系统。
为了利用PC上现有的RS一232接口，通常使用RS一232／485转换器。该转换器一般通过逻辑门电路控制RxD、TxD和GND信号，自动对半双工的RS一485串口进行控制。通过该转换器，就可以像开发通用的RS一232串口一样来快速开发基于RS一485串口的通信软件。
2 系统软件设计
软件部分包括系统引导驱动程序otLoad—er、嵌入式操作系统ARM—Linux的移植、文件系统、用户应用程序4个部分，其中核心部分是用户应用程序的编写和调试。用户应用程序包括通过Modbus协议对采集得到的电表参数、空调参数的读取和保存，Linux Socket编程实现文件的发送，以及上位机监测端图形化界面的C}≠语言编程实现。
2．1 采集数据的读取和保存
该部分实现电表和空调数据的读取，并保存在嵌入式微处理器Flash中。数据的读取通过Modbus协议向电表和空调发送相关指令获得，得到的数据通过调用fwrite（）函数写入定义在嵌入式微处理器Flash的文件中。主要包括串口属性设置，CRC（Cyclic Redundancy Check）校验码实现方法，采用Modbus协议获得需要的数据，并写入嵌入式微处理器Flash的文件中。
2．1．1 设置串口属性
串口设置主要是设置struct termios结构体成员值。通过对Cwcflag的赋值，可以设置波特率、字符大小、数据位、停止位、奇偶校验位和硬件流控等。
系统对于串口属性的设置如下：
（1）打开串El fd= open（“／dev／ttySO”，0一RDWR I O～ NOCTFY I O— NDELAY）。
（2）为安全起见和以后调试程序方便，先保存原先串口的配置：tcgetattr（fd，&newtio）。
（3）设置波特率为9 600 baud／s。一般情况下，用户需要将输入输出函数的波特率设置成相同。函数在成功时返回“0”，失败时返回“一1”。
（4）设置字符大小。没有现成可用函数，需要位掩码。一般先去除数据位中的位掩码，再重新按要求设置。
（5）设置奇偶校验位。先激活c—cflag中的校验位使能标志PARENB和判断是否要进行偶校验，同时还要激活c_iflag中的奇偶校验使能。
（6）设置停止位。通过激活c_cflag中的cS．TOPB实现。
（7）设置zui少字符和等待时间。在对接收字符和等待时间没有特殊要求的情况下，可以将其设置为“0”。
（8） 激活配置。利用tcsetattr（fd，TC—SANOW，&newtio）函数。这里newtio是termios类型的变量，SANOW 表示改变的配置立即生效。
2．1．2 CRC校验码的实现方法
CRC利用生成多项式产生校验位进行编码。CRC运算时，首先将一个16 bit的寄存器预置为全1，然后连续把数据帧中的每个字节中的8 bit与寄存器的当前值进行运算，仅每个字节的8个数据位参与生成CRC，起始位和终止位以及可能使用的奇偶位都不影响CRC。在生成CRC时，每个字节的8 bit与寄存器中的内容进行“异或”运算，然后将结果向低位移位，高位则用“0”补充，zui低位（LSB）移出并检测。如果是1，该寄存器就与一个预设固定值（0A001H）进行一次“异或”运算；如果zui低位为0，不作任何处理。上述处理重复进行，直到执行完8次移位操作。当zui后一位（第8位）移完后，下一个8 bit与寄存器的当前值进行异或运算，同样进行上述的另一个8次移位异或操作。当数据帧中的所有字节都作了处理，生成的zui终值为CRC值。
2．1．3 通过RS一485通信采集数据
系统采用Modbus．RTU ，通信应用格式如表1所示。Modbus协议详细定义了数据序列和校验码，这些都是特定数据交换的必要内容。
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以电表数据的监测进行说明。该系统需要获得与仪表工作相关的系统参数 ，包括PT 低字（0104H）、FF 高字（0105H）、PT2（0106H）、CT（0107H）、CT （0108H）等；监测参数，包括值和有功电能E。 （010CH与OIDH）、值和无功电能E l（010EH与010FH）、A相电压U。（0110H）、B相电压u2（0111H）、C相电压u3（0112H）、线电压U 2（0113H）、线电压U2（O114H）、线电压u （0115H）、相（线）电流I（0116H）、相（线）电流I （0117H）、相（线）电流I（0118H）、相电压均值U （0119H）、线电压均值U （011AH）、电流均值I （011BH）、系统有功功率P（011CH）、系统无功功率Q（011DH）、系统视在功率S（011EH）。按照Modbus．RTU协议通信应用格式，采用03号功能码（获得一个或多个寄存器的当前二进制值），可定义如下数组分别读取上面两组对应数据：
unsigned char txBufl[]={0xl1，0x03，OxO1，0x04，0x00，0x05，0x16，0xa0}；
unsigned char txBuf2[]={0xl1，0x03，0x01，0x0c，0x00，0x19，0xf，0xff}；
涉及的主要过程描述如下：
（1）首先调用系统函数socket（int family，int type，int protoco1）创建TCP套接字。系统选用流式套接字SOCK—STREAM，它提供了一种面向连接的服务。
（2）bind将socket与本机上的一个端口相关联，可以在该端口监听服务请求，listen（）函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。
（3）accept（）函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用ac—cept（）函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。
（4）初次建立连接，需要完成电表记录时间与上位机时间的同步。具体实现方法是：以PXA270微处理器为核心的终端，通过sendto（）给上位机发送事先约定好的保存在S指向的数组中的字符串，上位机在收到字符串后给终端发送时间，终端接收时间，调用函数mktime（）和set—timeo~ay（）完成时间同步。
（5）调用open（）函数打开保存在终端Flash的电表数据记录文件，并利用sendto（）函数进行发送，每次发送完成都调用remove（）函数将已经发送的记录数据清空。
（6）关闭socket套接字close（sock~）。
2．3 上位机监测端
利用C精言通过Socket建立TCP连接，上位机在收到监测终端初次连接时事先约定好的保存在S指向的数组中的字符串后，发送系统时问给终端，进行时间同步，应用SQL Se~er 2000建立数据库，之后不断间隔性接收终端发送来的监测数据并存人数据库，供分析使用。编写图形化界面，显示的监测数据。上位机编程流程图如图3所示。实时监测图形化界面如图4所示。
3 结 语
该系统实现了智能电表、空调参数多数据量的监测，主要完成了嵌入式操作系统ARM·Linu的移植，通过Modbus协议获得终端监测数据，并保存在嵌入式微处理器Flash中，实现数据文件的发送以及上位机对数据的处理显示。经试验，系统zui终正常运行。
与传统的数据监i贝0系统相比，该系统具有更好的安全性和实时性，同时硬件的体积更小，功耗更低，扩展性更强。对系统稍加修改，可以同时实现I／／O设备、UPS等更多数据量的实时监测，因此具有很强的实用意义。
2．1．4 采集数据的存储
该系统对监测数据进行循环采集，并将数据实时保存。通过调用定义的子函数void sent—re．ceive（char txBuf[]，char Bum）读取数据，打开建立在Flash中的record文件，通过fwrite函数将读取的数据写入文件中。在保存数据的同时需要将读取数据的时间localtime（&timep）一起记录。
2．2 数据文件的发送
将保存在微处理器Flash中的数据文件通过socket编程建立TCP连接 I，发送给上位机。数据文件发送流程图如图2所示。
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