基于ARM的變電所無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、. . . . 基于ARM的變電所遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要： 在這個信息高速發(fā)展的時(shí)代，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)成為人們主要的研究方向。基于現(xiàn)有信息技術(shù)的許多產(chǎn)品也應(yīng)用而生。電力作為國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，更是受到人們的青睞。依托現(xiàn)有的信息技術(shù)大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。變電所作為電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所，是電能輸送過程中重要的環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)以其經(jīng)濟(jì)高效、使用方便的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。本課題即是基于ARM的變電所實(shí)時(shí)參數(shù)的監(jiān)測，借助于技術(shù)成熟、應(yīng)用普遍的中國移動GPRS業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)變電所電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控與無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有傳輸速率高、成本

2、低并能夠直接與Internet互連等特點(diǎn)，能對變電所電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。關(guān)鍵詞： ARM 遠(yuǎn)程監(jiān)控 GPRS 無線通信1 選題背景、目的意義變電所是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所。為保證電能的質(zhì)量以與設(shè)備的安全，在變電所中還需進(jìn)行電壓調(diào)整、潮流（電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)和支路中的電壓、電流和功率的流向與分布）控制以與輸配電線路和主要電工設(shè)備的保護(hù)。電力系統(tǒng)中各重要節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、用電量與絕緣設(shè)備老化程度等都對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用，因此，對它們的監(jiān)測技術(shù)也就尤為重要。對于現(xiàn)場以與相應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓電流、絕緣老化、用電量的監(jiān)測，一般都在現(xiàn)場安排了專門的測

3、量儀器和監(jiān)控設(shè)備，這些設(shè)備的測量數(shù)據(jù)傳統(tǒng)上以遠(yuǎn)動技術(shù)來傳遞到控制中心，而遠(yuǎn)動也一直為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行做出了重要的貢獻(xiàn)。但隨著時(shí)代的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測提出了新的要求，如對變電站的聲音、圖像、煙火監(jiān)控，而遠(yuǎn)動技術(shù)由于其自身的局限性，如遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)流量小、需專用數(shù)據(jù)通道、靈活性差，己經(jīng)不能勝任新的要求了，迫切需要一種新的技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測2。電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測是近年來得到迅速發(fā)展并受到電力系統(tǒng)有關(guān)運(yùn)營、管理、科研等部門工程技術(shù)人員日益關(guān)注的一個新的研究領(lǐng)域，是目前國際上的一個研究熱點(diǎn)。它的發(fā)展和采用，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)

4、技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展以與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)本身的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)將在遠(yuǎn)程監(jiān)測中得到應(yīng)用。其中，小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)將得到特別的重視?？梢灶A(yù)見，遠(yuǎn)程監(jiān)測將發(fā)展成為電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)本身也可能發(fā)展成為一個新的交叉學(xué)科。同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)測也將是一個巨大的市場，對遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)研究也具有巨大的經(jīng)濟(jì)上的吸引力2。 中國移動通信集團(tuán)公司的通用分組無線業(yè)務(wù)（General packet radio service）網(wǎng)絡(luò)在2002年5月就已正式投入商業(yè)運(yùn)營，它提供了因特網(wǎng)的無縫接入功能，為移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開辟了嶄新的途徑。6該項(xiàng)業(yè)務(wù)的技術(shù)已相當(dāng)成熟且安全、可靠

5、。以其傳輸速率高、連接方便且價(jià)格低廉的特點(diǎn)更是得到了廣泛的應(yīng)用。 嵌入式系統(tǒng)是21世紀(jì)具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)方向之一。隨著微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展、對嵌入式應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求越來越復(fù)雜已有的基于8/16位單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用已經(jīng)逐漸讓位給基于32位嵌入式微處理器的嵌入式應(yīng)用在種類繁多的32位嵌入式CPU中，基于ARM（Advanced RISC Machines）CPU核的嵌入式微處理器所占的比例最高，而且它基于RISC架構(gòu)3。自從20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的概念以來，嵌入式系統(tǒng)以其高性能、低損耗等特點(diǎn)高速發(fā)展1。 變電所在電力系統(tǒng)電能的傳送中起著重要的作用，為了確保供電的安全

6、、可靠和經(jīng)濟(jì)，需要對變電所的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，即對變電所中的一次、二次設(shè)備的一些參量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)而使電力系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。本課題就是運(yùn)用現(xiàn)有的無線通信技術(shù)對變電所中的一次、二次設(shè)備的參量進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。本課題以電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域現(xiàn)階段的技術(shù)為參考，提出了一種基于ARM核的高性能的嵌入式微處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。2. 電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀2.1 國的發(fā)展?fàn)顩r11我國對電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚，但隨著電力企業(yè)的快速增長與電網(wǎng)改造工作的全面深入，電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控行業(yè)得到了迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國從事電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)和研制的單位己有100

7、余家國家知識產(chǎn)權(quán)局受理的自動抄表系統(tǒng)的專利己有近200項(xiàng)。6我國電力監(jiān)控遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)歷史可追溯到50年代初。早期的遙測為模擬式，遙測裝置與遙信、遙控分開。遠(yuǎn)動裝置使用的元器件主要是電子管、電磁繼電器和繼續(xù)式步進(jìn)選線器等，工作速度低、容量小、維護(hù)工作量大、可靠性差。60年代研制了以半導(dǎo)體元器件為主的無觸點(diǎn)式的遠(yuǎn)動裝置，采用數(shù)字式將遙測、遙信、遙控和遙調(diào)綜合于一體，稱為數(shù)字式綜合遠(yuǎn)動裝置，其工作性能有了明顯的提高。該類裝置按布線邏輯方式構(gòu)成，電路一經(jīng)確定難以更改，在功能和容量方面受到限制。70年代后期研制成功可編程式的遠(yuǎn)動裝置，具有適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。80年代末，微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展為遠(yuǎn)動提供了

8、強(qiáng)有力的技術(shù)支持，采用微機(jī)使遠(yuǎn)動技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的時(shí)代，其主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)、功能和容量擴(kuò)展方便、便于通信等優(yōu)點(diǎn)。1987年，清華大學(xué)電機(jī)工程系研制成功我國第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)，在威海望島變電站投運(yùn)。進(jìn)入九十年代后，由于數(shù)字保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，才使得變電站綜合自動化技術(shù)產(chǎn)生了一個飛躍，使這項(xiàng)技術(shù)在我國進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。目前國外生產(chǎn)的遠(yuǎn)動裝置都采用微機(jī)為基礎(chǔ)，隨著DSP和嵌入式計(jì)算機(jī)的發(fā)展，遠(yuǎn)動裝置形成硬件、軟件模塊化，通信網(wǎng)路化，通信信道專用化和界面圖形化等特點(diǎn)。如南瑞集團(tuán)的ISA一1與DISA、哈德威四方的CSC2000、大學(xué)的ES60、和東電子的DF3003系列在國具有較大影響?？v

9、觀我國電力系統(tǒng)變電站自動化發(fā)展歷程，我們可以把它劃分為三個階段。第一階段即在早期，調(diào)度員和變電站的聯(lián)系主要是，由變電站值班人員定時(shí)打向調(diào)度員報(bào)告本站的電流，電壓，功率等數(shù)據(jù)，調(diào)度員根據(jù)情況匯總、分析，花費(fèi)很長時(shí)間才能掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有限信息。第二個階段為80年代初期，遠(yuǎn)動技術(shù)的發(fā)展為變電站自動化提供了技術(shù)依據(jù)，遠(yuǎn)動終端、微機(jī)保護(hù)、故障錄波等裝置相繼更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化，因此統(tǒng)一考慮變電站二次回路各種功能的集成化自動化系統(tǒng)成為可能。調(diào)度員可以隨時(shí)看到這些運(yùn)行參數(shù)和全系統(tǒng)運(yùn)行方式，還可以立刻“看到”開關(guān)等設(shè)備的事故跳閘(模擬屏上相應(yīng)的圖形閃光)。調(diào)度中心可以有效地對全局供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)

10、時(shí)的監(jiān)控，還可以在調(diào)度中心直接對某些開關(guān)進(jìn)行投入和切除的操作。這種布線邏輯式的裝置的采用，使變電站的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的功能。80年代中期首先在一些城市變電站和電力系統(tǒng)超高壓變電站、發(fā)電廠引進(jìn)國外技術(shù)或國研制的簡單監(jiān)控裝置，取得成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。第三個階段大約從九十年代開始，初始階段主要研制和生產(chǎn)集中式的變電站自動化系統(tǒng)，例DISA一1型，BJ一1型，iES一60型，XWJK一1000A型，F(xiàn)D一97等。九十年代中期開始研制分散式變電站自動化系統(tǒng)。2.2 國外的發(fā)展概況11國外變電站自動化研究早在70年代就開始了，比我國的變電站自動化工作大約早了十年。國外變電站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了

11、三代變革。第一代產(chǎn)品為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，不同功能(如閉鎖、保護(hù)、當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)方控制等)均由獨(dú)立的部件完成，因而造成多重?cái)?shù)據(jù)采集和分配，由于信息和資源不能共享，以致額外開銷相當(dāng)昂貴。我國有相當(dāng)一部分變電站目前還處于這種情況。第二代產(chǎn)品為部分綜合結(jié)構(gòu)，在變電站的遠(yuǎn)動裝置RTU中實(shí)現(xiàn)了部分綜合，然后通過控制中心再進(jìn)行綜合。第三代產(chǎn)品為完全綜合化結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)為總線拓?fù)涞姆植际骄W(wǎng)絡(luò)控制，這代產(chǎn)品比較先進(jìn)，代表著當(dāng)前變電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。1979年9月完成樣機(jī)，稱為SDCS一1型，12月在變電站安裝運(yùn)行，1980年開始商品化生產(chǎn)。SDCS一

12、1型由13臺微機(jī)組成。八十年代已有分散式變電站自動化系統(tǒng)問世，西門子公司1985年在德國漢諾威投運(yùn)了第一套分散式變電站自動化系統(tǒng)LSA768。該系統(tǒng)包括遠(yuǎn)動四遙的測控部分6MB51(全分散式)或6MB55(集中與分散相結(jié)合式)、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)7S/7U(包含過流與過負(fù)荷保護(hù)、距離保護(hù)、變壓器差動保護(hù)、主變和發(fā)動機(jī)保護(hù)等)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)8TK三大部分，具有標(biāo)準(zhǔn)光纖通信接口。至1993年初已有300多套系統(tǒng)在德國與歐洲的各種電壓等級的變電站運(yùn)行。ABB公司的變電站自動化系統(tǒng)有適用于中低壓變電站的SCSl00和適用于高壓變電站的SCS200兩種。SCSl00的計(jì)算機(jī)、NET部件和SRIO單元完成遙信、

13、遙測、遙控功能，間隔級的SPACOM模塊完成保護(hù)功能和I/O功能，其模塊單元種類豐富，組態(tài)靈活，在硬件結(jié)構(gòu)上將保護(hù)、控制、閉鎖等集成一體。SCS200將完成對整個變電站的監(jiān)視和控制，分為段級和站級兩部分，而每條線路、每臺變壓器等一次設(shè)備的保護(hù)、控制和監(jiān)視功能由段級單元完成，段級單元相互獨(dú)立;站級控制包括三個獨(dú)立的單元:人機(jī)對話、管理全站的后臺計(jì)算機(jī)和與遠(yuǎn)方通信的規(guī)約轉(zhuǎn)換器。德國AEG公司的變電站自動化系統(tǒng)ILS，其基本結(jié)構(gòu)類似于西門子LSA，不同之處在于控制部分采用PLC可編程邏輯控制器，站級主機(jī)采用了MUUBUS-n技術(shù)或工控機(jī)。美國GE公司的變電站自動化系統(tǒng)由G- ET站控級、數(shù)字式線路保

14、護(hù)DLP、數(shù)字式線路側(cè)控DLM組成。采用光纖將這三部分連接，站控級使用了工業(yè)控制機(jī)。另外還有美國西屋公司、法國阿爾斯通公司、瑞士Landis&Gyr公司等，站控級與間隔級一般使用星形光纖接入，也有采用LAN、IEEE802.3和IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)的。3. 變電所無線監(jiān)控系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)3.1 變電所概述3.1.1 變電所簡介變電所是電力轉(zhuǎn)換站，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)中線路的連接點(diǎn)，起著變換電壓、交換功率和匯集分配電能、控制電力流向、調(diào)整電壓的作用10。從發(fā)電廠送電到用戶家中的過程中，變電所扮演的角色，可比喻為高速公路的交流道，車輛在上高速公路前須在交流道先行加速。同理，電

15、廠發(fā)出的電要先經(jīng)過變電所升高電壓才可大量快速的輸送。車輛要進(jìn)入市區(qū)，必須下高速道減速慢行，再駛向大街小巷。同樣的，高壓電須經(jīng)過變電所降低電壓才可依序分送各地，并逐段降低到用戶可使用的電壓 7。為維持供電品質(zhì)，避免用戶有電壓下降問題，變電所應(yīng)盡量設(shè)在負(fù)載中心，也就是說，變電所要盡可能靠近用電多的地方，像交流道或車站若離市區(qū)太遠(yuǎn)，就失去設(shè)站的一般意義。變電所若遠(yuǎn)離負(fù)載中心，不僅送電損失大，而且用戶電壓降低，頻率不穩(wěn)定，會影響用電品質(zhì)7。變電所一次系統(tǒng)一次系統(tǒng)主接線主變壓器高、低壓配電裝置繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)直流系統(tǒng)遠(yuǎn)動和通信系統(tǒng)圖 1 變電所組成主接線是變電所的最重要組成部分。它決定著變電所的功能、

16、建設(shè)投資、運(yùn)行質(zhì)量、維護(hù)條件和供電可靠性。一般分為單母線、雙母線、一個半斷路器接線和環(huán)形接線等幾種基本形式。主變壓器是變電所最重要的設(shè)備，它的性能與配置直接影響到變電所的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。一般變電所需裝23臺主變壓器；330 千伏與以下時(shí)，主變壓器通常采用三相變壓器，其容量按投入5 10年的預(yù)期負(fù)荷選擇。此外，對變電所其他設(shè)備選擇和所址選擇以與總體布置也都有具體要求 。變電所繼電保護(hù)分系統(tǒng)保護(hù)（包括輸電線路和母線保護(hù)）和元件保護(hù)（包括變壓器、電抗器與無功補(bǔ)償裝置保護(hù)）兩類。變電所的控制方式一般分為直接控制和選控兩大類。前者指一對一的按紐控制。對于控制對較多的變電所，如采用直接控制方式，則

17、控制盤數(shù)量太多，控制監(jiān)視面太大，不能滿足運(yùn)行要求，此時(shí)需采用選控方式。選控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是直觀性較差，中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多不便使用。3.1.2 變電所分類（1）按用途可分為：a.電力變電所和b.牽引變電所（電氣鐵路和電車用）。（2）電力變電所又分為輸電變電所、配電變電所和變頻所。這些變電所按電壓等級可分為：a.中壓變電所（60千伏與以下）b.高壓變電所（110220千伏）c.超高壓變電所（330765千伏）d.特高壓變電所（1000千伏與以上）（3）按其在電力系統(tǒng)中的地位可分為：a.樞紐變電所、b.中間變電所和c.終端變電所3.2 變電所監(jiān)控參量的選擇6

18、1.變壓器監(jiān)控點(diǎn)變電所主變壓器是一類重點(diǎn)監(jiān)控與保護(hù)對象，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)安全運(yùn)行與供電質(zhì)量。變壓器采用油浸式變壓器，變壓器貯油達(dá)20噸左右，部一旦發(fā)生故障(如線圈部分短路、冷卻裝置運(yùn)行狀況不良或異常等情況)，都會使變壓器油溫上升，如超過油溫閃點(diǎn)，遇空氣即可爆燃，火勢極難控制，故對變壓器油溫的監(jiān)控十分重要。由于變壓器其它設(shè)備出現(xiàn)故障一般都會使油溫產(chǎn)生變化，通過對油溫的監(jiān)控也可定性了解變壓器設(shè)備運(yùn)行是否有異常情況。故選變壓器油溫作為第一個監(jiān)控對象。2.交流母線監(jiān)控點(diǎn)高壓交流母線是變電所的重要組成部分。在母線上連接著變電所的發(fā)電機(jī)、變壓器、配電線路和調(diào)相設(shè)備等，它承擔(dān)著電能匯集與分

19、配的重要任務(wù)。一旦高壓交流母線發(fā)生短路故障不能迅速切除，就會發(fā)生重大事故，甚至可能造成電力系統(tǒng)的瓦解。由于其地位重要，故選擇高壓交流母線電壓為第二個監(jiān)控對象。3.蓄電池組監(jiān)控點(diǎn)蓄電池組的作用是正常時(shí)為變電所斷路器提供合閘直流電源。故障時(shí)，當(dāng)變電所用電中斷的情況下為繼電保護(hù)與自動裝置等提供工作直流電源。它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，在此選擇蓄電池直流母線電壓為第三個監(jiān)控對象。4.有功功率監(jiān)控點(diǎn)有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的電功率，有功功率的穩(wěn)定為變電所正常運(yùn)行提供了重要保證，在此選擇變電所總有功功率作為第四個監(jiān)控對象。5.無功功率監(jiān)控點(diǎn)

20、無功功率用于電路電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的，變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。然而有時(shí)電源提供的無功功率無法滿足系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這時(shí)就要與時(shí)給予無功補(bǔ)償，故對變電所無功功率的監(jiān)控是十分必要的。在此選擇變電所總無功功率作為第五個監(jiān)控對象。6.交流電頻率監(jiān)控點(diǎn)交流電頻率反映交流電一秒周期性變化的快慢。如果交流電頻率不穩(wěn)，就會影響電能的質(zhì)量，以至達(dá)不到設(shè)備運(yùn)行的要求，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的運(yùn)行，并且交流電頻率

21、不穩(wěn)定還會縮短設(shè)備的使用壽命，給整個變電所運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果，故在此選擇交流電頻率為第六個監(jiān)控對象。3.3 ARM嵌入式微處理器概述3.3.1 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以嵌入式計(jì)算機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)是繼IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，有一個新的技術(shù)發(fā)展方向。IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義為：嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為Devices Used to Control,Monitor or Assist the Operation of Equipment,Machinery or Plants）。這種要是從應(yīng)用

22、對象上加以定義，涵蓋了軟硬件與輔助機(jī)械設(shè)備。國普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。相比較而言，國的定義更全面一些，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的“嵌入”、“專用性”、“計(jì)算機(jī)”的基本要素和特征1。3.3.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 從本質(zhì)上看，嵌入式系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種具體體現(xiàn)3。但是由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，同樣是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用設(shè)計(jì)的“專用系統(tǒng)”。它的硬件和軟件都必須高效地設(shè)計(jì)，“量體裁衣”，去除冗余，力爭在較少的資源上實(shí)現(xiàn)更高的性能。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，它具有以

23、下顯著特點(diǎn)： （1）是“專用”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （2）運(yùn)行環(huán)境差異大 （3）比通用PC系統(tǒng)資源少 （4）功耗低、體積少、集成度高、成本低 （5）具有系統(tǒng)測試和可靠性評估體系 （6）具有較長的生命周期 （7）具有固化在非易失性存儲器中的代碼 （8）使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS （9）需要專用開發(fā)工具和方法進(jìn)行設(shè)計(jì) （10）包含專用調(diào)試電路 （11）是知識集成系統(tǒng) 盡管高科技技術(shù)的發(fā)展起伏不定，但嵌入式行業(yè)卻一直保持持續(xù)強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，在復(fù)雜性、實(shí)用性和高效性等方面都達(dá)到了一個新的高度1。3.3.3 ARM嵌入式系統(tǒng)的組成ARM（Advanced RISC Machines）,既可以認(rèn)為是一個公司的名字，

24、也可認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字1。 1991年ARM公司成立于英國劍橋，公司專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)。作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，它本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，有合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。 ARM處理器的種類比較多，分為ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10等，如三星公司的S3C4510B，S3C44B0X，S3C2410等，Atmel的AT91系列，Cirrus的EP系列和PS系列，Intel的SA系列等。其中ARM7的性價(jià)比較高，且從性價(jià)比、片上資源、處理能力、網(wǎng)絡(luò)功能能等方面考慮，選擇三星公司的S3C44B0X作為現(xiàn)場終端的微處理器6。

25、ARM7系列微處理器為低功耗的犯位RISC(精簡指令集)處理器，適合于對價(jià)位和功耗要求較高的應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn):1).具有嵌入式ICE-RT邏輯，且其調(diào)試開發(fā)方便;2).極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品;3).能夠提供0.9MIPS/Hz的三級流水線結(jié)構(gòu);4).代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集;5).對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括windowsCE，Linux，PalmOS等;6).指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代;7).處理速度最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。S3

26、C44B0X采用ARM7TDMI核，最大速度可以達(dá)到66MHZ，為相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品提供一個較低成本高性能的解決方案3。S3C44B0X處理器基于ARM7TDMI體系結(jié)構(gòu)，采用0.25m的CMOS工藝制造并且在ARM7TDMI基礎(chǔ)功能上集成了大量的外圍器件，適合用于低成本的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)3。圖2為S3C44B0X處理器的結(jié)構(gòu)框圖。S3C44B0X主要提供了以下集成的器件：·8KBCache·外部存儲控制器·LCD控制器·4個DMA·2個通用串行總線·1個人多主·個S·5通道的PWM定時(shí)器·1個部定時(shí)器&

27、#183;71個GPIO·8個外部中斷·實(shí)時(shí)時(shí)鐘·8通道10位ADC圖2 S3C44B0X處理器的框圖3.4 無線通信模塊TC35i12 目前，國已經(jīng)開始使用的GSM模塊有CENTEL PIML的 2D系列、西門子的TC35 系列、Wavecom的WMO2系列、愛立信的DM10/DM20系列、中興的ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門子的TC35系列模塊性價(jià)比很高，并且已經(jīng)有國的無線電設(shè)備入網(wǎng)證。所以本設(shè)計(jì)選用的是西門子TC35系列的TC35i。這是西門子推出的最新的無線模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC

28、35i與GSM 2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和 提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)與設(shè)計(jì)。 TC35i模塊主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)： 頻段為雙頻GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)； 支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和 ； 高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； 質(zhì)量為9g； 電源電壓為單一電壓3.34.8V； 可選波特率300bps

29、115kbps，動波特率 4.8115kbps； 電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值； 溫度圍正常操作-20+55，存放-30+85； SIM電壓為3V/1.8V。 TC35i模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第114腳為電源部分：15腳為電源電壓輸入端Vbatt+，610 腳為電源地GND，11、12 腳為充電引腳，13 為對外輸出電壓(共外電路使用)，14 為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。2429腳 為SIM卡引腳，分別為CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。3340 為語音接口，用來接手柄。15、30、31 和 32 腳為控制部分：15 腳為點(diǎn)火線IGT(Ignition)， 當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個大于 100ms低電平，模塊才啟動；30腳 為RTC backup，31 腳為Power down，32腳為SYNC。1623腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。圖1為TC35i功能框圖。 TC35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出