【摘 要】结合目前农村电力抄表的实际需要，采用ARM9处理器S3C2440，配以打印机、SD卡、高处取数器等模块，构建了一个高性能的电力抄表机。同时在电力抄表机的上层采用Linux+Qtopia+SQLite3构建了良好的人机交互图形界面。
【关键词】农村电力抄表机；ARM；高处取数器
本设计就是基于这一现状，设计的一种成本低廉、节约人力资源，适用广大农村的电力抄表机。在不更换已有电表的基础上，通过引入新的技术手段，使用高处取数器进行高处抄表并拍照，实现抄表、数据备份实时进行，数据即时核算，实时打印收费票据，实时数据统计查询。同时抄表数据及照片同步存放到SD卡中，抄表完毕只需上交SD卡到电力管理中心进行信息汇总，或者直接通过PC机将SD中的数据通过互联网发送到电力管理中心。
一、系统硬件设计
整个抄表机包括了上位机接口、输入电路、输出电路和电源管理电路4个部分。上位机接口部分包括：USB口、串口和SD卡接口，主要负责与上位机的通信和数据传输。输入电路包括：键盘、触摸屏、高处取数器几个部分，其中键盘和触摸屏作为用户的数据输入端口，高处取数器是带有加长杠的USB数字摄像头。输出电路包括：票据打印（采用热敏打印机）、LCD显示电路。电源管理电路包括：电池充电管理电路、低电压检测电路和多种电压输出电路。
系统采用的处理器是三星公司的一款采用ARM9核的400MHz处理器S3C2440。电源管理电路完成三部分工作：1）为S3C2440及各个芯片提供稳定的电压，主要有1.3V，3.3V，5V三种电压；2）抄表机采用锂离子供电，电源管理电路负责实时检测电池电压，当电压低于某个设定值时，发出低电压报警信号，通知用户进行充电；3）负责管理锂离子电池的充电操作，具有过压、过流保护功能以及充电状态指示。热敏打印机负责进行票据的打印，由于热敏打印机在工作时脉冲电流很大，所以对于它的电源要与其他电路区分开，并且在不使用时，关闭打印机电源。键盘是用户数据的端口，可输入数字、中英文。带触摸的LCD采用的是320×240的TFT真彩屏，为用户输入信息提供了第二种途径。USB端口主要负责连接USB摄像头或者是U盘，USB摄像头负责拍摄高处电表表字，U盘可用于系统信息备份。实时时钟用于实时显示、记录抄表时间。蜂鸣器用于发出低电压报警、误操作告警等。SD卡电路负责进行SD卡的读写操作。
文中着重对几个关键的电路：电源管理电路、热敏打印机做详细介绍。
（一）电源管理电路
无需减小最大充电电流或充电器最大功耗。针对Li+电池充电优化的充电逻辑包括电池低电压预充、限压和限流快充、以及浮充，同时持续监测电池过压、过热/过冷，以及充电时间。充电器状态由/CHG通过发光二极管D1指示。MAX8601可自动选择USB或AC适配器（电压为4.15V～7V）输入。AC适配器充电电流可编程，而USB充电电流通过USEL设置为不超过100mA或500mA。
MAX8594A可提供1.3V，3.3V，5V电压，分别为S3C2440内核、S3C2440的IO口和SD卡以及外设、LCD提供电压。相应的引脚分为：COR1，MAIN和SDIG，LXL，其中，可通过调节LCD反馈输入引脚LFB端的R3和R4来调节LCD的电压，最大可达28V。同时MAX8594A还具有低电压报警功能，通过设置低电池电压检测引脚LBI端的R13和R14可设置低电压值，本系统设置当电压低于3.6V时发出低电压报警信号以提示用户充电，但此时用户仍能够使用一段时间，来保存系统数据。同时MAX8594A还具有电池耗尽检测功能，通过设置电池耗尽检测引脚DBI端的R11和R12可设置电池耗尽电压值，本系统设置当电压低于3.4V时，发出电池耗尽报警信号，此时系统自动保存数据并关闭系统。
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（二）热敏打印机电路
热敏打印机驱动电路部分，主要采用了深圳润法科技的小型化电池供电的嵌入式打印机驱动模块TM58L。热敏打印机头采用了市场上流行的富士通热敏打印机头FTP-628MCL103。热敏打印机驱动模块电路。该模块采用串口与ARM进行通信。核心模块是TM58L，其引脚功能。由于打印机在待机状态下也非常耗电，所以TM58L专门提供了一个引脚13脚，用来控制TM58L模块和打印头的电源，在打印机待机时，将13脚拉低，几乎关闭整个打印机模块，电流消耗将小于1uA，最大限度的节约电能。另外17脚用来连接一个红色发光二极管，用来指示打印机缺纸、卡纸等错误。
二、软件设计
抄表机软件部分主要包括：系统软件和应用软件两大部分。其中，系统软件部分包括：系统引导程序、Linux操作系统内核、设备驱动程序、文件系统、Qtopia图形界面和输入法几个部分。应用程序部分包括：抄表数据管理、抄表图像管理、用户信息查询、抄表统计、缴费信息录入、系统设置、文件管理和硬件诊断几个部分。
（一）系统软件移植
系统引导程序bootloader主要负责对硬件设备进行初始化，为操作系统的运行做好准备。Linux操作系统内核采用的是Linux2.6.14，根据系统的需要，通过内核配置菜单对系统进行裁减，需要选中的部分主要有：对S3C2440的支持、对cramfs文件系统的支持、对SD卡的支持、对USB的支持、对中文字体的支持、对Video4Linux的支持等。其中大部分的驱动都需要按照S3C2440平台的硬件结构做相应的修改或移植。其中Video4Linux是视频驱动程序，这里主要是对数字摄像头的支持。文件系统采用的是基于Busybox1.13的cramfs格式的文件系统，cramfs格式的文件系统为压缩只读文件系统，占用系统存储空间小，并且能保护系统信息不被破坏，同时开辟了一个临时数据缓冲区，用来存放需要临时写入的数据。（二）应用程序设计
文件管理主要是移植了Filebrower文件浏览程序，能够浏览文件夹和文件，并且能够进行文件的复制和删除。系统设置主要包括Qtopia自带的电源管理、系统时间设置、背光设置等，并且针对本系统的硬件平台，对软件部分做了必要的修改。
抄表数据管理和用户信息查询部分主要是基于嵌入式数据库SQLite3来构建的应用程序，可以使SQL语句进行数据的查询、更新等操作。
抄表图像管理包括两个部分：图像采集、图片管理。图片管理主要是利用Qtopia自带的Picture程序进行图片的浏览、放大、缩小、删除等操作。下面着重介绍一下图像采集部分。
接着，判断定时时间是否到达，若定时时间到，则开启下一次的图像采集；如果定时时间未到，则判断当前“拍照”按钮是否被按下，若按下，则证明用户要获取当前一帧图像，则关闭定时器、关闭摄像头，同时当前图像保存到SD卡中。若未按下“拍照”按钮，则继续判断定时时间是否到达。
结合农村电力抄表的实际情况，提出了采用带有加长杆的摄像头进行电力抄表的方案，并着重对电源、打印机的硬件电路和摄像头拍照的软件部分进行了详细介绍。本电力抄表机大大减轻了抄表员的工作量，同时保障了抄表员的人身安全。非常适合在农村进行推广。
参考文献：
[1]Maxim.MAX8594数据手册[DB/OL].http：//china.maxim-ic.com，2005.04.
[2]深圳润法科技.TM09L使用手册[DB/OL].http：//www.runfa-tech.com/cp-mt.html，2009，09，20.
[3]Trolltech.QPainter类参考[DB/OL].http：//www.kuqin.com/qtdocument/qpainter.html，2009，12，2.
论文作者:鞠天广
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第19期
论文发表时间:2016/11/18
标签：抄表论文; 热敏论文; 电路论文; 三星论文; 电压论文; 系统论文; 打印机论文; 《低碳地产》2016年10月第19期论文;