针对目前在国家智能电网建设中现场问题的分析，设计了一款适用于山西吕梁市的用电信息采集掌上调试设备，该设备使用低电压供电，具有现在吕梁市使用的五种载波通信厂家的模块调试、集中器问题处理功能。
该设备使用最新的ARM Cortex-A9处理器配备Android操作系统，最高主频为1.5GHz，支持多芯片选择，高速接口通信。
本文通过对目前现场情况汇总分析对比，讨论了现场调试设备的必要性和可行性，并对关键点进行设计。

　　【关键词】电力线载波;现场调试;ARM;信息采集
　　引言
　　电力线载波通信（Power Line Communication）是以电力线为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种通信方式广东深圳专业医用产品设备工业产品设计深圳的企业家精神[1]，它依靠现有的电力线进行信号传输，在传输过程中，根据使用的技术不同，又可对信号进行一次或多次调制，降低信号在电力线上的衰减，从提升信号的抗噪性入手，以提升信号品质为标准，最终提高信息传输的可靠性。
使用此种技术，由于借用了原有的电力网络，使得整个智能电网的建设成本得以降低，同时，随着智能电网建设的逐步深入，电力线载波技术成为智能化绿色电网的有力组成部分。
但电力线通信也有不可忽视的弊端，即受电力线本底噪声影响、用电终端负荷干扰较大，致使其通信环境十分恶劣，使得电力线载波的发展受到一定限制。
早在20世纪20年代，西方国家已经将电力线载波技术应用于10kV配电网线路的通信中，我国的电力线载波技术起步较晚，该技术在国内最早应用是在在1996年，但当时无论是通信技术，还是电网建设的整体环境都缺乏可靠的外部支撑。
近些年，随着国家对国家智能电网建设的投入加大，使得我国电力线载广东深圳专业医疗器械开发工业产品设计钢结构转运站结构设计波技术得到了迅猛发展。
以山西省为例，截止到2014年7月份，全省已经完成累计完成716万载波智能电表的安装工作，载波方案由全国各家厂商竞标完成，具体安装量见图1。

　　图1中，山西省2014年7月整体载波模块安装量达到716万，图中列出了现在在山西应用量最大的四家载波方案供应商，各厂家使用的技术不同，载波通信频率也有差异，其中晓程20kHz，带宽15KHz;东软270kHz，带宽30KHz;瑞斯康132kHz，带宽6KHz;弥亚微广东深圳专业医疗仪器工业产品设计医疗3.1576.8kHz，带宽16KHz;鼎信421kHz，带宽30KHz[2]。

　　1、现场调试设备功能分析
　　各个载波方案厂家从自身产品出发，设计了具有各自特点的现场调试方法，尽管这些方法各有千秋，但对于国家电网的现场调试人员而言，则要保证学会和掌握在负责区域内的全部载波方案调试方法，只有这样才能保证载波电表的安全稳定运行。
以山西省吕梁市为例，吕梁市目前有载波通信方案五家，集中器厂家七家（具体分配方案见表1），想要全部掌握这些厂家的载波通信调试技巧与方法，需要大量时间和经验的积累，况且各厂家之间的互相配合也有细微差别，同时，随着智能电表推广力度的加大，多供货竞争机制的引进，未来可能有更多方案提供商进驻吕梁地区，这就导致了现场调试工作难度倍增。
针对这种情况，急需研制一种能将所有在现场运行的设备和装置统一起来进行调试的设备，该设备要求不区分方案提供商、集中器厂、表厂，只要符合一个统一的规范，使用同一种操作方式即可进行全部设置。

　　表 1
　　如表1所示，吕梁市国网系统现有安装量46万，由五家载波方案供应商提供，对应的集中器厂家有七家，共有考核终端2700余台。
因此，研发的设备必须能针对以上厂家进行应用，同时也要留出功能扩展端口，以便再增加其他厂家设备能方便扩展。

　　针对以上需求，将在现场遇见的问题以及处理方式列成表格，需要研制的调试设备只要解决表格中的问题即可，而在硬件层则可根据不同厂家进行扩展。
现场问题汇总如下：
　　表 2
　　表2中汇总了目前在吕梁地区采集成功率非100%的台区故障。
包括集中器故障、户表故障和485总表故障。
针对以上故障进行有针对性的研究，设计一款现场调试设备，专门用于解决以上问题，则将极大提升用户用电信息采集系统的成功率，同时也会降低现场维护的时间成本和人工成本。

　　2、硬件系统
　　现场调试设备由于其应用场合的特殊性，对功耗和性能的要求较高，另外，便携性也决定其产品的体积不能过大。
伴随着二广东深圳专业医疗电子产品结构工业产品设计浅谈高层结构设计十世纪90年代ARM的兴起，作为一种优良的低功耗、高性能处理器的杰出代表，ARM在近几年取得突飞猛进的发展。
本文采用ARM系列中高端产品――Samsung Exynos 4 Quad 芯片完成设计，这是韩国三星公司生产的第一款四核处理器，基于ARM Cortex-A9架构，采用了最新的32nm HKMG工艺，该芯片主频1.5GHz，内置ARM Mali-400双核GPU，32bit数据总线，最低3.7V电压供电，同时支持睡眠唤醒模式。
该处理器最高可支持1080p@30fps硬件解码，能够通过简单LCD接口实现液晶显示屏的接入。
同时，对于Linux系统有良好的兼容性，通过合理剪裁，能够开发出适合现场调试设备使用的应用程序，另外，该款处理器的功耗比上一代4210产品功耗降低40%，此种优势对于现场调试设备的意义重大。
现场调试设备电气特性如图2所示。

　　图2中，围绕Cortex-A9架构的Exynos 4芯片构成整个系统，系统搭载剪裁后的android操广东深圳专业医用产品器材外观工业产品设计家庭医疗器械：新资本门和道作系统，并选用7寸电阻式液晶屏。
现场调试设备需要输入相应表号等信息数据，信息输入可通过触摸屏虚拟按键实现。

　　Samsung Exynos 4芯片最多配备四个串口，在实际工作中，使用了其中的3个UART端口，这三路UART的功能分别是：
　　进行集中器设置，集中器内部参数可通过UART1进行检测，现场调试人员可通过设备对集中器内部的相关参数进行检测，若发现差异，可重新对集中器进行设置。

　　使用MAX3485芯片将UART信号转换成485信号，由于整个系统供电采用3.3V电压，所以在相关芯片选型上，必须满足3.3V正常工作的要求。
RS485接口主要用于总表的报文传输，信息采集。
还可以通过报文来判断总表的表号、电量等内部信息，也间接判断了采集端口的电气性能。
　　多芯片UART切换电路，各厂家尽管使用的芯片不同，但是基本思路相同，即使用UART进行数据收发，根据此原理，在调试设备上对各方案进行数据选择处理，即可处理不同台区。
原理如图3所示：
　　图3中显示了各厂家方案切换的基本原理。
所有芯片统一连接到一个UART端口，然后使用数据选择器对各厂家芯片进行选通控制，考虑到未来增加载波方案厂家的可能性，同时，各厂家芯片驱动能力有差异，此处不能使用I/O口直接驱动，而要利用NMOS电路进行控制，通过各个NMOS连接到不同厂家芯片的电源端进行选通。
选通后可进行串口通信、数据传输。

　　3、软件系统
　　Android是Google于2007年联合OHA（Open Handset Alliance）发布的一款基于Linux平台的移动终端开源操作系统[3]，该系统不依赖与设备甚至平台，其开放性允许任何终端厂商加入到Android联盟中来，显著的开放性随之而来的就是应用软件的日新月异。
对于本设备而言，良好的开放性使得各个设备厂商能够互相学习与借鉴，更好的为产品本身服务。

　　本文研究的系统，以Linux内核为底层基础，借助其原有的显示、键盘、摄像头、内存、电源管理等功能驱动，中间层使用C++完成自用函数库Library和虚拟机Virtual Machine程序。
以上两层程序，对于现场调试设备而言，不需要改动，只需要在底层内核中添加各厂家芯片选择驱动程序，同时合理设置各厂家抄控芯片和串口通信时序即可，至于具体功能实现，可以在Android应用层利用软件实现。
软件流程图如图4所示。

　　Android内核采用目前流行的Linux 3.0.13版本，该版本无论是Bootloader，Yaffs都有较多参考资料，易于开发和维护，Android版本为4.0.4。广东深圳专业医疗产品器械工业产品设计产品设计的创新模式研究
在系统剪裁中，使用原有驱动，而java类的剪裁中，需要优化一些选项，例如Android默认搜索SD卡，视频处理等[4]。

　　根据图3中的硬件设计，本文在驱动程序方面，增加数据选择器IO端口驱动程序。

　　在kernel文件夹下的driver目录中，新增sechips目录。
设置4个I/O口进行数据选择。
同时，在内核配置菜单中加入本驱动的配置项：
　　Arch/arm/Kconfig和drivers/Kconfig menu中添加：
　　Source”drivers/sechips /Kconfig”，
　　同时修改/drivers/Makefile文件
　　Obj-$（CONFIG_SECHIPS） +=sechips/
　　在kernel中进行编译
　　#make menuconfig
　　这样，就会在/drivers/sechips目录下得到sechips.ko文件，该文件为驱动目标文件，包含此文件的内核烧录开发板，开机后自动加载该文件，驱动设计即完成[5]。
剩下主要工作集中在应用层串口程序开发。

　　4、结论
　　现场调试设备受工作条件限制、环境影响较大，很难设计一款能够兼容所有现场问题的设备。
本文采用最易移植和开源的Android系统，争取最大程度上兼容所有载波方案供应商的软件应用，在硬件层上采用各厂家单独芯片配合Cortex-A9内核完成通信、数据采集工作。
电源供电方面，使用TI公司LDO线性稳压电源管理芯片LM2941进行稳压处理，同时，在处理器程序设计上进行优化，关闭不适用进程，启用休眠模式，使得设备整体待机时间增长。
由于本设备需要接入220V交流电上使用，因此在接入市电时，设备能自动切换到交流电供电，此方案变相增加了系统的运行时间。
随着吕梁地区方案提供商的增加（例如本文的研究中未增加青岛东软载波方案），现场调试设备需要根据实际应用再进行调整，根据现场出现的具体问题对调试程序进行微调，以便能为工作人员提供更加简便易行的操作环境和测试手段。

　　参考文献
　　[1]鲍琳.低压电力线载波通信模拟实验系统设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007
　　[2]张忠兴.浅谈电力线载波技术在山西智能电网建设中的应用[J].科技资讯，2013（28）.
　　[3]宋杰，王书菊，曹竹冬等.基于ARM2440平台的Android操作系统的移植[J].计算机技术与发展，2011，21（1）.
　　[4]贺冯良，张敏，马玲芳.基于Android_ARM平台的车载信息系统的应用[J].信息与电子工程，2012 10（3）.
　　[5]孟小华，黄宗轩.Android系统非标准设备驱动程序设计[J].微型机与应用，2011（14）.
　　作者简介
　　高翔（1976―），男，山西省吕梁市中阳县人，华北电力大学本科毕业，国网山西省电力公司吕梁供电公司营销部，工程师，从事计广东深圳专业医用器材外形工业产品设计强化医疗器械自主研发　尽快实行集中统一监管量及用电信息采集管理工作。