CN110415500A - 一种基于rfid电表采集终端抄表系统 - Google Patents

一种基于rfid电表采集终端抄表系统 Download PDF

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    • H04L69/162—Implementation details of TCP/IP or UDP/IP stack architecture; Specification of modified or new header fields involving adaptations of sockets based mechanisms

Abstract

本发明公开了一种基于RFID电表采集终端抄表系统，包括数据采集关键功能模块和嵌入式操作系统，数据采集关键功能模块包括通讯模块和时间同步模块，通讯模块采用SOCKET套接字编程，基于C/S模式，分别在客户端和服务端运行程序，执行数据传输操作和命令交互功能，时间同步模块应用以精准时间为基准的主动数据采集传输模式的IEEE1588时间精准协议；嵌入式操作系统包括嵌入式操作系统硬件平台和嵌入式操作系统软件平台。该基于RFID电表采集终端抄表系统，将射频识别(RFID)技术应用到电量信息的传输、更好地体现RFID免接触、无源、信息安全等优势，且可靠性和安全性高，实现了数据采集系统与控制系统时间一致。

Description

一种基于RFID电表采集终端抄表系统
技术领域
本发明涉及智能电网的智能电表技术领域，具体为一种基于RFID电表采集终端抄表系统。
背景技术
随着科学实验与工业控制的高度自动化，数据采集系统在近年迅速发展。而微电子技术的发展为数据采集系统的发展提供了物理基础。数据采集就是采集模拟量，如温度、压力、流量、位移等，然后将模拟量转换成数字信号量，使用计算机进行存储、处理和显示的等操作。数据采集系统是由传感器、信号检测、数据处理等功能模块组成的嵌入式系统。当计算机高速发展时，测试仪器中数据采集部分越为重要，它采用微处理器、大规模集成电路和计算机构成独立的采集系统。射频识别(RFID)技术是一种非接触式自动识别技术，是通过射频信号来白动识别门标对象并获取相关数据。
目前市场上使用的感应式电能表和普通电子式电能表存在诸多缺陷，如功能单一、防窃电效果差、抄表方式落后、IC卡易损坏污染等，已经不能适应电能表智能化的趋势，本领域的技术人员希望能够研发出一种更加高效便捷的智能化电表采集抄表系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RFID电表采集终端抄表系统，以解决上述背景技术中提出的高效便捷的智能化电表采集抄表系统的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于RFID电表采集终端抄表系统，包括数据采集关键功能模块和嵌入式操作系统，所述数据采集关键功能模块包括通讯模块和时间同步模块，所述通讯模块采用SOCKET套接字编程，基于C/S模式，分别在客户端和服务端运行程序，执行数据传输操作和命令交互功能，所述时间同步模块应用以精准时间为基准的主动数据采集传输模式的IEEE1588时间精准协议；所述嵌入式操作系统包括嵌入式操作系统硬件平台和嵌入式操作系统软件平台，所述嵌入式操作系统硬件平台包括嵌入式处理器和嵌入式外围设备，所述嵌入式操作系统软件平台包括Linux引导程序、Linux内核和根文件系统。
优选的，所述嵌入式操作系统软件平台采用以下流程开发设计：
1）建立开发环境：采用Ubuntu11.04版本的嵌入式Linux操作系统，内核版本为Linux2.6.32-r5，移植嵌入式Linux操作系统，组成嵌入式开发环境；
2）配置开发主机：在宿主机安装LTIB工具套件，所述LTIB工具套件包括编译器和调试器等，安装配置串口通讯工具Minicom，配置网络NFS服务，配置TFTP；
3）建立引导装载程序Bootloader；
4）下载移植好的Linux操作系统：对内核进行裁剪编译调试后，使用SD卡、NFS或TFTP启动；
5）建立根文件系统：使用Busybox工具制作，并编译生成镜像文件；
6）开发应用程序：在标准系统开发环境下，进行应用程序设计，交叉编译调试移植到目标板上运行；
7）准备内核、引导程序、根文件系统的镜像，移植系统，移植应用程序到所述嵌入式Linux系统，验证程序的功能；
8）调试系统验证系统各项功能。
优选的，所述通讯模块采用面向连接的TCO传输方式。
优选的，所述嵌入式处理器为MPC8536处理器。
优选的，采用抗干扰设计，所述抗干扰设计包括硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计，所述硬件抗干扰包括减小带宽以隔离系统的敏感部分设计、采用压敏电阻设计、光电隔离设计和电路板抗干扰设计；所述软件抗干扰包括按键重复检测设计、指令冗余设计、软件陷阱设计和程序监视定时器设计。
优选的，所述电路板抗干扰设计包括：
1）、模拟电路与数字电路分开；
2）、模拟地与数字地分开并单点接地；
3）、PCB板大面积铺地；
4）、CPU 芯片引脚不悬空；
5）、将有较大干扰的芯片放在距单片机较远的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）、该基于RFID电表采集终端抄表系统，将射频识别(RFID)技术应用到电量信息的传输、更好地体现RFID免接触、无源、信息安全等优势。
（2）、一般的嵌入式通讯程序都是以传输数据为目标，在性能可靠性方面不是特别高，本发明的通讯模块基于TCP/IP协议实现，是一种面向连接的高可靠性方式，并且加入了网络通断检测功能使得程序运行过程中可以有效处理突发网络故障，提高了程序的可靠性，安全性。
（3）、该基于RFID电表采集终端抄表系统包括时间同步模块，时间同步的应用可保证采集系统与外部时间的一致，可通过互联网、授时中心等方式进行时间同步，本发明中采用IEEE1588时间精准同步协议，该协议利用物理层芯片内部线路实现同步功能，达到数据采集系统与控制系统时间一致。
附图说明
图1为本发明关键功能模块结构图示意图；
图2为本发明中嵌入式操作系统的示意图；
图3为本发明中嵌入式操作系统软件平台流程开发设计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于RFID电表采集终端抄表系统，包括数据采集关键功能模块和嵌入式操作系统，数据采集关键功能模块包括通讯模块和时间同步模块，通讯模块采用SOCKET套接字编程，基于C/S模式，采用面向连接的TCO传输方式，分别在客户端和服务端运行程序，执行数据传输操作和命令交互功能。时间同步模块应用IEEE1588时间精准协议，该协议基于顺序收发命令模式转变为以精准时间为基准的主动数据采集传输，从数据采集传输模式转变为时间表模式，数据采集系统采集数据更灵活主动，IEEE1588的标准非常具有代表性，而且是开放式的。该协议的实现是基于硬件的时间戳辅助功能，协议引擎设计主端在接近硬件层上获取时间戳信息，发送同步消息包给从端，收到消息包的从端通过时间信息的计算以获得与源时钟端时间一致，从而达到时间同步的目的。嵌入式操作系统包括嵌入式操作系统硬件平台和嵌入式操作系统软件平台，嵌入式操作系统硬件平台包括嵌入式处理器和嵌入式外围设备，嵌入式处理器采用MPC8536处理器，嵌入式操作系统软件平台包括Linux引导程序、Linux内核和根文件系统，嵌入式操作系统软件平台采用以下流程开发设计：
1）建立开发环境：采用Ubuntu11.04版本的嵌入式Linux操作系统，内核版本为Linux2.6.32-r5，移植嵌入式Linux操作系统，组成嵌入式开发环境；
2）配置开发主机：在宿主机安装LTIB工具套件，所述LTIB工具套件包括编译器和调试器等，安装配置串口通讯工具Minicom，配置网络NFS服务，配置TFTP；
3）建立引导装载程序Bootloader；
4）下载移植好的Linux操作系统：对内核进行裁剪编译调试后，使用SD卡、NFS或TFTP启动；
5）建立根文件系统：使用Busybox工具制作，并编译生成镜像文件；
6）开发应用程序：在标准系统开发环境下，进行应用程序设计，交叉编译调试移植到目标板上运行；
7）准备内核、引导程序、根文件系统的镜像，移植系统，移植应用程序到所述嵌入式Linux系统，验证程序的功能；
8）调试系统验证系统各项功能。
BootlLoader是系统引导程序，负责系统启动或复位之后的CPU外围设备的初始化，BootlLoader还引导Linux内核的启动，Linux内核完成系统初始化以及根文件系统的挂载工作，根文件系统作为系统的中间件是应用软件运行的基础，为软件运行获得的数据提供存储区域，应用程序是基于嵌入式系统硬件上的，是开发者为了系统需求而设计的，在数据采集系统上移植嵌入式操作系统，使用嵌入式Linux，版本是Ubuntu，应用软件和该平台上的工具链支持数据采集系统的运行，保证数据处理和传输高效可靠。
由于电表的工作环境非常恶劣，为避免受到瞬变及高频脉冲、低频脉冲雷电、辐射电磁场、谐波与闪变等干扰影响，对该系统从软硬件两方面进行细致的可靠性设计。具体包括如下方面：
1、硬件抗干扰
1) 减小带宽，隔离系统的敏感部分: 如电量采集模块由于从电网中采集用户电量，其干扰非常多，将它与电量计量电路单独金属封装，并保持一定的距离；
2) 采用压敏电阻: 电能表遭到瞬变干扰时，压敏电阻以纳秒级的速度极快响应，在过压期间形成一个低阻的分流器，能加强电能表抗电网瞬间浪涌冲击的能力；
3) 光电隔离: ADE7755 产生的脉冲信号通过光电隔离后再供单片机采集，可防止脉冲干扰信号窜入单片机。
4) 电路板抗干扰设计: 模拟电路与数字电路分开；模拟地与数字地分开并单点接地； PCB板大面积铺地；CPU 芯片引脚不悬空；将有较大干扰的芯片放在距单片机较远的位置等。
2、软件抗干扰
1) 按键重复检测：利用定时器进行重复检测，以40Hz 的频率对按键进行扫描，只有连续3 次检测到按键接口为低电平才认为发生一次按键事件。这样能够得到消抖之后的可靠有效信号，从而避免因干扰导致的按键误操作。
2) 指令冗余：在程序关键的地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。它是使程序从“乱飞”状态恢复正常的一种有效措施，其前提条件要求PC 指针必须指向程序运行区，且必须执行到冗余指令。
3) 软件陷阱: 当乱飞的程序进入非程序区，通过软件陷阱的设定，即加入跳转指令，拦截乱飞程序，将其迅速引向一个指定位置，再进行错误处理，使程序重新纳入正轨。
4) 程序监视定时器( 看门狗) ：看门狗通过监视程序运行状态，判断程序是否进入死循环或出现程序“跑飞”现象，进而强迫程序回到复位状态。系统的主程序是循环结构，在循环路径上设置看门狗清零指令。
作为一种非常重要的计量仪表，通过以上软硬件两方面的设计确保CPU 在十年内正常运转程序不跑飞，数据不丢失，芯片不异常复位，即使偶尔发生异常，系统要能够及时地从故障中恢复。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：包括数据采集关键功能模块和嵌入式操作系统，所述数据采集关键功能模块包括通讯模块和时间同步模块，所述通讯模块采用SOCKET套接字编程，基于C/S模式，分别在客户端和服务端运行程序，执行数据传输操作和命令交互功能，所述时间同步模块应用以精准时间为基准的主动数据采集传输模式的IEEE1588时间精准协议；所述嵌入式操作系统包括嵌入式操作系统硬件平台和嵌入式操作系统软件平台，所述嵌入式操作系统硬件平台包括嵌入式处理器和嵌入式外围设备，所述嵌入式操作系统软件平台包括Linux引导程序、Linux内核和根文件系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：所述嵌入式操作系统软件平台采用以下流程开发设计：
1）建立开发环境：采用Ubuntu11.04版本的嵌入式Linux操作系统，内核版本为Linux2.6.32-r5，移植嵌入式Linux操作系统，组成嵌入式开发环境；
2）配置开发主机：在宿主机安装LTIB工具套件，所述LTIB工具套件包括编译器和调试器等，安装配置串口通讯工具Minicom，配置网络NFS服务，配置TFTP；
3）建立引导装载程序Bootloader；
4）下载移植好的Linux操作系统：对内核进行裁剪编译调试后，使用SD卡、NFS或TFTP启动；
5）建立根文件系统：使用Busybox工具制作，并编译生成镜像文件；
6）开发应用程序：在标准系统开发环境下，进行应用程序设计，交叉编译调试移植到目标板上运行；
7）准备内核、引导程序、根文件系统的镜像，移植系统，移植应用程序到所述嵌入式Linux系统，验证程序的功能；
8）调试系统验证系统各项功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：所述通讯模块采用面向连接的TCO传输方式。
4.根据权利要求1所述的一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：所述嵌入式处理器为MPC8536处理器。
5.一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：采用抗干扰设计，所述抗干扰设计包括硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计，所述硬件抗干扰包括减小带宽以隔离系统的敏感部分设计、采用压敏电阻设计、光电隔离设计和电路板抗干扰设计；所述软件抗干扰包括按键重复检测设计、指令冗余设计、软件陷阱设计和程序监视定时器设计。
6.根据权利要求5所述的一种基于RFID电表采集终端抄表系统，其特征在于：所述电路板抗干扰设计包括：
1）、模拟电路与数字电路分开；
2）、模拟地与数字地分开并单点接地；
3）、PCB板大面积铺地；
4）、CPU 芯片引脚不悬空；
5）、将有较大干扰的芯片放在距单片机较远的位置。
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