CN103634353A - 一种用电信息采集终端及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电信息采集终端及其实现方法，该终端包括WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元、WEB服务器单元和嵌入式应用程序单元，其中WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元依次连接，WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元分别与WEB服务器单元连接。由于将嵌入式WEB服务器引入到用电信息采集终端，使得无论是研发还是维护使用更适应WEB，从而提高用电信息的数据传输能力，方便用户对用电信息采集终端的使用。

Description

一种用电信息采集终端及其实现方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种用电信息采集终端及其实现方法。

背景技术

作为用电环节的重要设备，用电信息采集终端系指专变采集终端、集中器、采集器等电力系统中对用户用电信息采集的设备，主要功能包括电能表数据采集，电能计量设备工况和供电电能质量监测，客户用电负荷和电能量的监控，以及对采集数据进行管理和传输。这些前沿产品，在数据采集、数据存储、远程通信、远程升级、稳定运行、状态监测、远程控制、线损计算起着非常重要的作用

早期的用电信息采集终端一般采用8位、16位单片机或DSP作为硬件平台，固件是用户自行开发的应用程序。基本没有使用操作系统，处于单片机时代。

随着近年来电子行业的迅猛发展，32位单片机应用日趋广泛，嵌入式系统逐渐成为各类终端软件产品的首选。相对于传统的单片机+应用程序的开发模式，嵌入式系统平台体系庞大，构成复杂，功能更强大。传统的web服务器一般都用在高端的设备上，需要充足的资源，加上当时的web技术还处在发展时期，因此web在嵌入式产品未能使用。

现有的电力用户用电信息采集终端一般都是采用32位微处理器加嵌入式操作系统的方式架构，在上行通讯上遵循Q/GDW376.1协议。但由于协议的限制，许多数据不能通过既定的规范来访问，如系统运行的装态数据，统计数据和定期的备份数据等。有些现场，由于环境要求，一般人员不得进入，设备现场配有摄像等检测设备，这些设备的数据影像不能通过终端来传送，需要另行架设通信通道，造成重复建设等。特别是，在现有的集中采集终端的整体运行结果中，抄收率往往达不到98%的要求，甚至是厂家设备维护人员维护时，抄收率有所提高，等到维护人撤走时，抄收率又下降到很低水平，致使厂家的工程人员和研发人员成本激增。现有的用电信息采集终端问题总结如下：

1.从数据传输方面分析，现有的设备无法支持超出Q/GDW376.1所描述的数据，缺少规范上的支持。当设备的运行效果达不到预定的目标时，许多状态数据、文件和统计数据文件必须上现场或者返修，而且必须专业人员的配合。

2.许多辅助设备的数据，如摄影摄像机，必须要通过其他通信通道来送达电力管理部门，造成重复建设。

3.没有方便的文件传输机制。

4.没有友好的文件传输界面。

发明内容

为了解决现有技术中用电信息采集终端存在的技术问题，本发明提出一种用电信息采集终端及其实现方法，能够提高用电信息的数据传输能力，方便用户的使用。

本发明的一个方面，提供一种用电信息采集终端，包括WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元、WEB服务器单元和嵌入式应用程序单元，其中WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元依次连接，WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元分别与WEB服务器单元连接，

WEB文档及应用程序单元用于管理网页库及网页组织；

CGI程序单元用于完成来自WEB服务器单元的命令解读及执行；

嵌入式操作系统单元用于完成各个进程或线程的调配切换；

应用管理系统单元用于监控各个进程、线程和各个应用模块的工作状态；

嵌入式应用程序单元用于完成数据通信、采集和存储，并提供接口。

本发明的另一个方面，提供一种用电信息采集终端的实现方法，包括以下步骤：

搭建编译环境，运行嵌入式操作系统；

在嵌入式操作系统上安装并配置WEB服务器；

制作CGI应用程序和WEB页面；

将编译后的各模块下载到目标机上联调。

采用了本发明的技术方案，由于将嵌入式WEB服务器引入到用电信息采集终端，使得无论是研发还是维护使用更适应WEB，从而提高用电信息的数据传输能力，方便用户对用电信息采集终端的使用。

附图说明

图1是本发明的用电信息采集终端的实施例结构示意图。

图2是本发明的用电信息采集终端的实现实施例流程图。

图3是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图一。

图4是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图二。

图5是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图三。

图6是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图四。

图7是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图五。

图8是本发明的用电信息采集终端运行过程中的页面实施例截图六。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

图1是本发明的用电信息采集终端的结构示意图。如图1所示，该用电信息采集终端包括WEB文档及应用程序单元101、CGI程序单元102、嵌入式操作系统单元103、应用管理系统单元104、WEB服务器单元105和嵌入式应用程序单元106，嵌入式应用程序单元进一步包括嵌入式数据库107。

其中WEB服务器是BOA服务器，嵌入式操作系统单元是Linux操作系统单元。WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元依次连接，WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元分别与WEB服务器单元连接。嵌入式数据库为SQLITE3系统，运行内存小，适合嵌入式系统使用。

WEB文档及应用程序单元用于管理网页库及网页组织，CGI程序单元用于完成来自WEB服务器单元的命令解读及执行，嵌入式操作系统单元用于完成各个进程或线程的调配切换，应用管理系统单元用于监控各个进程、线程和各个应用模块的工作状态，嵌入式应用程序单元用于完成数据通信、采集和存储，并提供接口。

在硬件平台焊接调试同时，可以搭建软件开发平台，然后移植uboot和Linux内核，让嵌入式系统运行起来后，在嵌入式系统上安装并配置WEB服务器，然后在主机上编写CGI程序和制作网页，然后编译的模块下载到目标板上联调。

图2是本发明的用电信息采集终端的实现流程图。如图2所示，该流程包括以下步骤：

步骤201、搭建编译环境，运行嵌入式操作系统。

这步骤主要包括Linux系统的安装、内核编译与系统剪裁和移植。即首先建立交叉编译环境，再进行bootloader的开发和移植，然后嵌入式Linux内核的定制和移植（主要完成进程管理、进程通信、内存管理、任务调度等基本功能）、硬件驱动和应用开发。

所谓交叉编译环境就是一个编译连接工具，例如它在平台A上生成另一个平台B上执行的代码。在此平台A是Intel体系结构的平台，平台B是嵌入式ARM体系结构。开发主机平台A的操作系统是Linux操作系统，平台B即使目标安装的经过内核剪裁的嵌入式Linux版本。

步骤202、在嵌入式操作系统上安装并配置WEB服务器。

WEB服务器的移植，即BOA服务器的移植，主要完成BOA程序的移植、BOA的配置、测试BOA能否正常工作。

首先进行BOA包的移植，解压包文件，找到顶级目录下的编译指导文件（makefile）文件，在Linux下或Windows下用编辑工具对关键变量进行修改，然后编译生成可执行程序文件。

然后配置BOA，在新建目录放入BOA.CONF配置文件，在运行BOA之前，还需对其进行修改。以下几处需要修改：

（1）改变提供WEB服务的端口可以修改port号，

port80

。

（2）修改用户和组用户信息，

user nobody

Group nogroup

。

（3）设置HTML文件的存放根目录documentRoot/var/www。

（4）配置存放CGI网页程序的主要目录scraptAlias/cgi-bin/usr/lib/cig-bin。

最后，测试BOA能否正常工作，静态HTML文件能否访问，CGI脚本能否运行，可以采用NFS方式测试。

步骤203、制作CGI应用程序和WEB页面。

Web页面的设计和CGI应用程序的设计。即CGIC库的移植、HTML模版的制作、CGI程序的开发。

CGI（Common Gateway Interface）是外部应用扩展应用程序与Web服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户浏览器输入的数据，从而完成客户端与服务器的交互操作。HTTP协议是WWW的基础，它基于客户/服务器模式，一个服务器可以为分布在网络中的客户提供服务。它是建立TCP/IP协议上的“无连接”协议，每次连接只处理一个请求。在服务器上，运行着一个看护进程为用户的连接服务。根据请求的不同，服务器返回HTML文件或者通过CGI调用外部应用程序，返回城里结果。服务器通过CGI与外部程序和脚本之间进行交互，根据客户端在进行请求时所采取的方法，并将该部分信息发送给制定的CGI扩展程序。CGI扩展程序进行信息处理并将结果返回服务器，然后服务器对信息进行分析，并将结果发送回客户端。

外部CGI程序与WWW服务器进行通信、传递有关参数或处理结果是通过环境变量、命令行参数和标准输入来进行的。服务器提供了客户端（浏览器）与CGI扩展程序之间的信息交换的通道。CGI的标准输入是服务器的标准输出，而CGI的标准输出是服务器的标准输入。客户的请求通过服务器的标准输出传送给CGI的标准输入，CGI对信息进行处理后，将结果发送的他的标准输入，然后由服务器将处理结果发送给客户端。

下面说明CGIC库的具体操作。

首先，将CGIC包下载解压后，修改makefile文件，相关变量后进行编译，得到CGIC库文件libcgic.a。将该库拷贝至目标机lib目录下。

然后修改CGI环境变量。

最后制作HTML模板。Web方式的应用开发一般都会将界面和逻辑脱离开来，允许在一定程度上更改界面，如改变界面的属性，建立多语言版本等，无需改动程序逻辑。界面一般由美工来进行制作，程序员负责距离功能的实现。在HTML中，表单（FORM）是最主要的传递信息的手段，它适用于任何浏览器。表单中有很多种元素，包括输入文本框、单选框、多选框、按钮等，可以提供信息的交互。具体对象说明和语法请参考专门介绍HTML的书籍。程序员按照表单每个元素的要求进行处理。

再编写相应的CGI程序实现数据连接部分，即如何在CGI程序中利用SQLITE3提供的API函数来操作数据库，也可以操作系统允许开放的文件。

步骤204、将编译后的各模块下载到目标机上联调。

下面描述用电信息采集终端的运行流程。

用电信息采集终端接收到客户输入IP地址后，调取首个页面。

如图3所示，该页面主要观察终端在现场的运行情况，可配合摄像头把现场终端的图像按照一定的间隔传输回来。当客服端传入正确的IP地址后，终端内的嵌入式WEB服务器（下面均称WEB服务器）将客户端首页的页面和相关的数据传给CGI处理线程，CGI将制作好的首页网页和现场运行的图片通过WEB服务，传到客户操作终端，并且将现场图片按照一定的时间间隔定时通过WEB服务传给客户操作终端，直到新的请求来临。

如图4所示，该页面可以浏览终端所拥有的文件夹，并按照需要下载这些数据以备份。当客户操作端点击了终端文件这个选项时，WEB服务器将该请求发给CGI处理线程，CGI处理线程将按照上面的页面及内容把制作好的网页和数据传给客户操作终端，然后结束线程。如果客户需要下载文件或者上传文件，通过WEB服务器又将激活CGI线程，该线程通过分析从WEB服务器分析并传递过来的HTTP帧的内容进行组织内容上传或者将传递过来的内容存储到相应的地方（或简单覆盖或经过整理校验后覆盖）。

如图5所示，该页面可以用来查询终端的各种业务数据，而不必借助特别的分析工具。当客户操作端选择终端数据查询的选项后，该选择将会通过TCP/IP的请求方式发给WEB服务器，WEB服务器将请求数据通过HTTP方式发给CGI线程，CGI线程根据请求，读取响应网页，返回给客户操作终端线程结束。客户操作终端根据要求选择具体要访问的数据特征，再次提前请求，WEB服务器激活CGI线程，CGI线程将按照请求提取数据，返回给客户操作终端，线程结束。

如图6所示，该页面是查询终端系统运行状况，主要指明各个线程的运行状况和统计数据。当客户操作端选择“终端系统状况”选项后，该请求通过WEB服务器激活CGI线程，CGI线程将把该请求的页面并提取系统的当前各个线程的状态数据按照页面的要求组织好之后返回给客户操作端，然后结束线程。

如图7所示，这个页面是查询终端的资源及版本信息。

当客户操作端点击“终端硬件资源”选项后，该请求会以TCP/IP方式传递到web服务器，web服务器将http相关数据提取后激活CGI线程，CGI线程通过获取终端数据访问的API，提取出终端硬件资源数据，并按照该请求的页面组织数据，并同页面一同返回给客户操作端，结束线程。

如图8所示，该页面主要链接一些分析工具，实时计算出分析结果然后返回来。当客户操作端选择了“终端数据分析工具”选项后，这个请求将被web服务器通过http方式激活并传递给CGI线程，CGI线程将终端分析工具的页面发送回给客户操作端，然后结束线程。本发明目前设计了三个分析工具：flash剩余空间计算，端口状态测试，无线信号强度测试。如果客户操作端选择了flash剩余空间计算的工具，并点击“分析结果”将请求发给web服务器，web服务器将激活CGI线程，CGI将激活flash剩余空间计算API，得到结果后，CGI将结果返回给客户操作端，然后结束线程。

本发明具体实施方式采用了嵌入式WEB技术，使得用电信息采集终端具备以下技术效果：

1.方便功能模块升级；如果哪个文件需要更新就通过web界面直接更新，无需在主站假设其他设备和软件，只要使用通用的浏览器就可以完成。

2.浏览界面可以随着用户的进一步探索而改进，使之更具有人性化的特点。

3.查看方便，不要要专门的软件，也不会因为主站不一样而要做什么特别的措施，只要通用的浏览器就可以查看。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种用电信息采集终端，其特征在于，包括WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元、WEB服务器单元和嵌入式应用程序单元，其中WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元依次连接，WEB文档及应用程序单元、CGI程序单元、嵌入式操作系统单元、应用管理系统单元和嵌入式应用程序单元分别与WEB服务器单元连接，

WEB文档及应用程序单元用于管理网页库及网页组织；

CGI程序单元用于完成来自WEB服务器单元的命令解读及执行；

嵌入式操作系统单元用于完成各个进程或线程的调配切换；

应用管理系统单元用于监控各个进程、线程和各个应用模块的工作状态；

嵌入式应用程序单元用于完成数据通信、采集和存储，并提供接口。

2.根据权利要求1所述的一种用电信息采集终端，其特征在于，WEB服务器是BOA服务器。

3.根据权利要求1或者2所述的一种用电信息采集终端，其特征在于，嵌入式操作系统单元是Linux操作系统单元。

4.根据权利要求1或者2所述的一种用电信息采集终端，其特征在于，嵌入式应用程序单元进一步包括嵌入式数据库。

5.根据权利要求4所述的一种用电信息采集终端，其特征在于，嵌入式数据库为SQLITE3系统。

6.一种用电信息采集终端的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建编译环境，运行嵌入式操作系统；

在嵌入式操作系统上安装并配置WEB服务器；

制作CGI应用程序和WEB页面；

将编译后的各模块下载到目标机上联调。

7.根据权利要求6所述的一种用电信息采集终端的实现方法，其特征在于，搭建编译环境进一步包括以下步骤：

建立交叉编译环境；

开发并移植UBOOT；

定制并移植嵌入式Linux内核、硬件驱动和应用开发。

8.根据权利要求6或者7所述的一种用电信息采集终端的实现方法，其特征在于，在嵌入式操作系统上安装并配置WEB服务器进一步包括以下步骤：

移植BOA包，解压包文件，获取编译指导文件；

采用编辑工具对变量进行修改，编译生成可执行程序文件；

配置BOA，在新建目录放入BOA.CONF配置文件；

修改提供WEB服务的端口号、用户和组用户信息，设置HTML文件的存放根目录，配置存放CGI网页程序的目录；

测试BOA能否正常访问、静态HTML文件能否访问，以及CGI脚本能否运行。

9.根据权利要求6或者7所述的一种用电信息采集终端的实现方法，其特征在于，制作CGI应用程序和WEB页面进一步包括以下步骤：

移植CGIC库；

制作HTML模板；

开发CGI应用程序。

10.根据权利要求9所述的一种用电信息采集终端的实现方法，其特征在于，移植CGIC库进一步包括以下步骤：

将CGIC包下载解压后，修改编译指导文件和变量后进行编译；

获得CGIC库文件libcgic.a，将CGIC库复制到目标机lib目录下；

修改CGI环境变量。

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