（国网山东电力公司电力科学研究院 山东济南市 250001）
摘要: 智能电网是在双向高速通信网络基础上的无线化、智能化、互动化的电网，通过目前先进的设备技术、控制方法、传感测量技术以及有/无线通信技术的应用，实现现代电网的安全高效、稳定可靠、经济和环境友好的目标。本文介绍了物联网体系架构，及物联网应用电能信息采集终端平台的总体方案、硬件设计及终端软件设计整体方案。基于物联网模式的电能信息采集终端，具有良好的市场前景，终端产业化后将会带来巨大的经济效益。
关键词：高速通信；智能化；采集终端
前言
智能电网是在双向高速通信网络基础上的无线化、智能化、互动化的电网，通过目前先进的设备技术、控制方法、传感测量技术以及有/无线通信技术的应用，实现现代电网的安全高效、稳定可靠、经济和环境友好的目标。近年来随着现代电子技术、无线通信技术、RFID技术的迅速发展，尤其是“物联网”概念的提出，使得智能电网迅猛发展，智能电网是互动的物联网应用。
1物联网体系架构
物联网的概念是在1999年提出的，它的定义是:把所而'物品通过射频识别等信总传感设备与互联网连接起來，女现智能化识别与宵理。物联网把新一代IT技术充分运用在生产、生活、娱乐服务等各行各业小，具体地说，就足把仪表设备和感应器装备到公路、电网、家居等各种物体中，然将现存的互联网与“物联网“整合起来，实现物理系统与人类社会的整合。
根据不同阶段支撑技术和实现功能的差异，结合物联网基本的网络模型，将电能物联网采集系统分为感知采集层、网络传输层和应用控制层三网络体系架构。
1）感知采集层：感知采集层解决的是物理世界和人，类世界的数据获取的问题，主要用于采集与感知物理世界中产生的数据与事件，包括各类标识、物理量、音视频数据。物联网的数据感知采集主要涉及到RFID、传感器、采集终端、实时定位和二维条码等重要技术。
2）网络传输层：实现网络互联功能，将感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，其涉及到传感器网络与移动通信技术、互联网技术有机融和。网络层传输层是建立在现有的互联网和移动通讯网基础上的，解决的是感知采集层所获得的信息与数据在一定范围内的传输问题。此类信息与数据可以通过国际互联网、移动通讯网、企业内部网、各类专网、小型局域网等网络传输。网包括网络传输层所需要的关键技术包括有线和无线通信技术、网络技术等。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感网的数据查询、存储、分析、挖掘、理解。
3）应用控制层：应用控制层解决是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据信息在这一层里进入各类信息系统进行分析、计算、处理，并通过各种设备与人进行交互，提供丰富的特定智能化服务，实现智能控制。这一层也可以划分为两个子层：一层是应用程序层，进行数据计算与处理，它涵盖了社会的每一个领域，如智能交通、智能电力等，它正式物联网技术作为信息化的重要体现：另一层是终端设备层，物联网虽然是“物物相连的网”，但最终还是需要人的控制与操作，这一层提供了人机界面。
在各层之间，信息与数据并不是单向传输的，可有控制与交互等，所传递的信息中关键是物的信息，包括在特定应用系统范围内能唯一标识物品的识别码和物品的静态与动态信息。此外，软件与集成电路技术也是各层所需的关键技术，是实现各层功能的基础。
2系统总体方案
依据物联网架构，本系统主要由远程数据监控中心（包括通信前置机），GPRS无线通讯子系统和数据采集子系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中数据采集子系统属于物联网的感知采集层，采用智能电表、计量装置、PFID读写器等组成，实现目标区域各监控节点的状态、参数、电能表、用户信息的检测，并通过中间的路由节点按照一定的协议向总汇聚节点传输数据信息；最后由汇聚节点通过GPRS无线通信模块利用网络运营商提供的公共无线通信平台，向远程数据监测中心发送现场获得的数据。GPRS是无线数据通讯子系统，属于物联网的网络传输层，提供了监测现场和数据监控中心通讯链路，按照规定协议进行数据传输。数据监控中心属于物联网的应用控制层，通过分析现场获得的监测数据信息，对各监测节点的参数进行分析和监测，对用电信息进行召测，对电力部门的管理者提供了方便。
3终端平台硬件设计
设计一款面向物联网应用的电能采集终端平台需要考虑的因素很多，包括终端的实用性、稳定性、外观、维护升级等等。当然，对于需要产业化的电力终端设备来说，还要考虑能效等级、计量精度等级、成本、市场、国家的一些相关标准和技术指标等方面的因素。终端侧重于满足以下所必须的条件:
1）高性能的处理器:因为终端需要运行任务很多，采用多线程的方法，其中涉及到数据采集、处理、存储和管理，安全算法的认证，嵌入式数据库的访问，RFID读写任务，GPRS无线网络的通讯，协议解析以及满足系统的实时性要求等等。所以选择了一款主频高达400M的工业级ARM9处理器Atmel SAM9X25。
2）嵌入式操作系统:嵌入式多线程的系统软件开发需要考虑的问题很多，包括中断处理、进程/线程调度、存储管理、多线程通信、电源管理等，是个很复杂的过程。因此需要选择一种合适的嵌入式操作系统，以便设计出高效的、稳定的、易于维护和管理的应用软件。所以选择了嵌入式Linux操作系统。
3）存储器芯片:系统存储舉按其特点、用途又可分为主存储器和辅助存储器两种，主存储器称为内存，辅助存储器称为外存。目前嵌入式系统中使用的存储器主要有RAM和FLASH两种类型，RAM的优点是能够快速执行程序，数据的读取速率很快，缺点是掉电后信息便会丢失，是一种随机的存储器；而FLASH的优点是掉电后信息可以保存，属于非遗失性存储器，缺点是执行速率很慢，两者刚好互补。所设计的电能采集终端平台，软件需要内置嵌入式数据存储区，用于保存采集的电能信息，包括下挂多个电表的小时冻洁、R冻洁、月冻洁等，而这些信息是个庞大的数据量，此外，來自主站设置的参数以及RFID读写器的信息也需要存储器来保存。所以选用型号为2RHI2 D9MDK的SDRAM主存储器，用于执行LINUX系统和程序，选用型号为K9F2G08LJ0B外存储器，一共256M用于保存程序和数据。
4）外部接口:为了对其他模块的支持(如:GPRS、RFID、计量模块、ESAM模块等)，再加上方便以后扩展，终端平台需要提供多种外部接口，例如UART、SPI、lie、RJ45、USB等。实现处理器与其它模块的物理连接。
综上所述，设计的电能采集终端平台的硬件设计方案采用Almel的SAM9X25作为主控制器芯片。又考虑到硬件平台的灵活性设计，方便以后维护升级和电路测试，终端平台的硬件电路采用主控模块（核心板）与扩展电路（底板）分开设计的方案。整体的电能采集终端平台的硬件设计主要包括：电源供电模块、嵌入式安全模块、交流采样与计量模块、载波模块、RFID读写器、GPRS无线模块、LCD显示模块和时针模块等。
4终端软件设计整体方案
本终端采用Linux操作系统，按照各个任务的功能配置设计多线程的应用程序架构。系统软件总体架构包括:扩展层，提供级联终端、采集器、交流采样、RFID、GPRS以及ESAM等多种装冒与模块；设备提供终端正常运行的硬件环境和多种物理接口系统层，提供终端系统运行的软件环境(Linux系统)，包括文件系统、任务管理、线程调度等；应用程序接n层，提供各种任务程序的函数接口；应用层，与功能以及业务相关的应用软件，位括品示程序、数据库管理、信息查询、用户验证等。
5结语
基于物联网模式的电能信息采集终端，利用计算机技术、网络通信技术、嵌入式技术，具有抗干扰能力强、可靠性好且精度高特点，提出的PRID交互操作方案，将使客户、企业、金融机构三方共赢，具有良好的市场前景，终端产业化后将会带来巨大的经济效益。
参考文献
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论文作者:刘丽君,孟巍
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/20
标签：终端论文; 数据论文; 电能论文; 模块论文; 信息论文; 电网论文; 存储器论文; 《电力设备》2016年第6期论文;