彭学斌
深圳大趋智能科技有限公司
摘要：科技在快速的发展，社会在不断地进步，基于配用电信息采集与控制业务的大规模接入需求，文中设计了一种智慧安全型专网无线通信模块，在硬件器件选型上以工业级标准进行嵌入式硬件平台设计，采用与数据安全性和业务需求紧密相关的关键器件，结合终端硬件实际接口特点，实现系统整机硬件设计目标。在软件层面上设计专用驱动程序、系统管理模块以及数据业务等模块软件以实现数据安全传输、系统风险感知等功能。因此，该模块在很大程度上降低了数据在传输过程中被窃取和攻击的可能性，从而保证了数据传输过程中的安全性，同时能够智能处理数据，从而挖掘出数据的价值。
关键词：电力无线专网；加解密；波特率自适应；Linux系统
引言
随着无线技术的进一步普及，依赖于无线网络数据传输的多媒体移动终端（如）逐渐成为新的发展趋势。在这PDA种终端设备上，不仅嵌入了手机的基本功能：语音通话，短消息，更重要的是提供了数据服务功能，SMSGSM/GPRS提供了一个可靠的连接，用于访问外部，可以进PPPInternet行实时的数据传输。本文以作嵌入式操作系统，实现Linux了底层驱动的设计，实现了语音控制数据和网络GSM/GPRS数据的分离，使得用户在上网的同时仍然可以接听电话，或者发送接收短信；并且在该驱动之上，利用的图形MiniGUI平台和函数库实现了无线电话管理的上层图形应用程序。
1整体设计方案
智慧安全型专网无线通信模块依据国网2013版的I型和II型集中器和专变器规范设计，其属于配用电信息采集终端的远程通信模块，采用LTE230MHz/LTE1800MHz技术实现电力无线专网通信，能够满足电力无线专网对用电信息采集和控制业务的需求，在实现数据采集和传输的基础上，能够实时探测可能影响电网安全运行的异常情况并及时上报到主站的风险感知模块。本文设计的无线模块主要应用于电力无线专网系统中。数据采集终端为集中器、故障指示器等。电力无线专网系统为电网业务如配电、用电和管理等业务的承载网络，能够高效可靠地传输业务数据。安全接入平台保证了业务系统和无线专网之间通信数据的安全性。通过本文设计的专网无线模块对采集到的数据进行加密处理和智能算法处理，然后将数据发送至电力无线专网系统进行传输，安全接入系统对数据进行解密之后，最终接入业务系统。智慧安全型专网无线通信模块整体设计分为3个层次：硬件电路层、嵌入式Linux操作系统层和应用软件层。硬件电路层为系统运行提供硬件基础，设计主要是涉及产品的系统功能、系统能耗、性价比、适用性和可升级替换性。嵌入式Linux操作系统层为整机系统稳定运行提供基础保障，对硬件电路层需要实现硬件驱动功能，对应用软件层需要实现系统API和系统资源管理功能。设计重点难点是针对实际硬件电路以及软件实际情况，对U-Boot的配置、内核重新编译以及具体IC器件的驱动程序设计开发。应用软件层是实现整机系统功能的载体，通过开发不同的软件功能模块，管理员通过系统软件管理模块统一管理系统的其他功能模块，实现整机系统功能。针对产品不同的应用场景和软件功能需求，只需开发相应功能的软件模块，有效缩短产品上市时间、提高产品适用性和灵活性。应用软件还具有可升级性、方便维护管理的特点。
2AT控制命令封装模块
控制命令封装模块是将用户的发送的信息，封装成AT为标准的控制命令，然后发送到虚拟设备上。这一层主AT要工作是根据用户所做的操作，选择合适的控制命令，AT然后将用户输入的数据作为命令的参数，将这两个部分组合成完整的控制命令。比如：通常的打电话，用户一般会AT输入电话号码：，然后再开始拨号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当开始拨号xxxxxxxx时，封装模块要做的事情，首先是选择这个命令，然后ATD将用户的输入的电话号码作为参数添加在该命令的后AT面，于是整条命令变成了，当然为了使得ATDxxxxxxxxAT指令能够从串口发出去，必须在命令的最后面添加一个，作为一个完整命令的结束，这样硬件就能识别出这是一条AT控制命令。
3嵌入式Linux操作系统驱动程序开发
在嵌入式Linux系统中，运行在操作系统用户空间上的应用软件无法直接驱使硬件工作，需要通过调用Linux内核提供给用户空间的API接口在内核空间运行设备的驱动程序，这样才能完成硬件的操控。驱动程序的目标是驱动硬件设备完成相应的功能，驱动程序不能单独运行，必须将其加载到Linux内核之中，再由内核执行相应代码从而控制硬件。驱动程序是构建在用户空间应用软件与实际物理硬件之间的"桥梁"，对用户空间屏蔽了具体的硬件实现细节，从而实现用户像操作普通文件一样的方法来操作硬件设备。即用户空间的应用程序可以使用open（），read（），write（）和close（）等系统API接口实现与硬件的信息交互。以SPI接口加解密芯片Linux操作系统驱动程序为例说明。SPI接口的加解密芯片在嵌入式Linux系统中，为了实现加解密基本功能，除了在硬件上需要把加解密芯片挂载到ARM系统的SPI总线上之外，还需要针对该加解密芯片的SPI通信模式、通信速率等具体参数进行相关配置，按照Linux字符设备驱动程序框架，配置处理器的SPI控制器的相关寄存器，通过SPI总线实现处理器与加解密芯片通信功能。
4无线电话图形界面2.7
无线电话图形界面是直接和用户打交道。该模块包括电话主界面窗口、短信聊天窗口、短信接收窗口、电话记录窗口以及电话设置窗口。该模块提供给用户类似手机的用户界面，使用起来很方便。电话主界面窗口有一个跟手机类似的控制界面，有一个模拟手机的显示屏，然后是模拟手机的一些控制按钮，比如：接听，挂断，以及数字键。用户只需要用鼠标或者数字键就可以直接打电话，在这个过程中，所有提示给用户的消息，都会通过模拟手机的显示屏显示给用户，使得用户可以很准确地了解到当前电话的状态。短信聊天窗口是一个很新颖的窗口，用户可以通过该窗口来发送短信、发送成功的短信会记录在短信聊天的历史记录框中。在这个窗口中，不是单纯地发送短信，还可接收短信，用户收到的短信会直接显示在短信聊天的历史记录，这样用户就可以利用该聊天窗口进行短信聊天，方便又快捷。短信接收窗口提供给用户一个管理收到的短信功能，该模块将接收到的短信进行解析，将短信收到的时间，短信的电话，做成列表显示给用户，用户可以通过点击每条信息的简短信息阅读短信的内容。同时该窗口提供给用户逐条删除短信和全部清空短信的功能。电话记录窗口记录了用户最近拨出的个电话记录和10最近未接听的个电话记录。用户可以删除电话记录，或者10重新拨打这些电话号码。
结语
文中设计了一种智慧安全型电网专用无线通信模块致力于配用电信息终端的远程通信，其同时适应于230MHz和1800MHz频段的数据通信。在硬件设计方面主要以工业级标准进行嵌入式硬件平台设计，采用符合实际情况的关键器件以满足终端硬件接口特点。在软件层面上设计专用驱动程序、系统管理模块以及数据业务等模块软件。满足了电力无线专网中信息采集与控制业务的需求，并保证了数据传输过程中的安全性，实现了电网业务数据的智能处理与挖掘，为智能电网发展提供数据支撑与决策分析。
参考文献
[1]许晓惠.智能电网导论[M].北京:中国电力出版社，2009.
[2]Q/GDW378.3-2013《电力用户用电信息采集系统设计导则：技术方案设计导则》[S].国家电网，2009.
论文作者:彭学斌
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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