基于嵌入式网络通信的电能量遥测系统
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摘要
本论文根据近年来自动抄表技术、电能表技术、网络技术和嵌入式通信技术等发展的趋势，设计并完成了基于嵌入式系统网络环境下的电能量遥测系统。系统基于嵌入式系统开发，充分利用了RTOS多任务能力和模块可裁减功能，在执行效率、程序体积、通信处理能力上具有强大的优势。在设计和实现系统过程中，针对子、主站通信，定义了一套基于TCP／IP上应用协议(PRMP,Power Remote Measurement System Protocol)，有效解决通信问题；针对数据存储，定义一套存储管理机制，克服了多任务环境中同步、互斥问题。这些创新技术在实践运行中都证明是非常可靠而有效率的。
第一章综合论述自动抄表、电能表、电力综合自动化及嵌入式网络通信技术的发展现状，通过比较当前系统，阐明了课题提出的意义。
第二章首先分析了系统的需求，并给出了系统总体架构(为主、子站架构)和概要设计。
第三章给出系统子站的需求分析，对于系统子站的设计，论文分别用数据流向、事务组成、模块组成等三个角度、层次来分析子站软件，循序渐进使子站软件具体化，并把子站软件划分为五个模块。数据流贯穿于子站整体，是子站软件的脊梁；一个个小事务组成子站功能实体，是子站软件的细胞：模块则把软件划分为各个部分，是子站软件的组织。
第四章介绍系统子站开发平台的选择及有关编程技术。
第五章论文的主要篇幅用来讨论系统子站软件的实现，在于站软件实现中，则按设计时划分的五个模块：主站通信及处理模块、定时模块、表计通信模块、数据存储模块、人机交互模块分别介绍了各自的实现。每个模块实现贯穿了分层体系思想，大体按照硬件层、硬件无关层、应用层实现。
第六章概括论述了本文研究的主要结论，并且对进一步的研究工作进行展望。
本系统的研制成功不仅仅圆满地完成了一项工程任务，而且对实现变电所的综合自动化进程做出了应有的贡献。
This thesis mainly deals with the developing process for the Remote Substation Power Measurement System Based on Network Environment of the Embedded System, according to the development of automatic reading meter technology, network technology and embedded system technology in recent years.
Firstly, in the thesis the need of system and the architecture of system is given, and general design information is completed. Secondly the need of substation, which is the part of system, and use to collect power data, is given. Thirdly the thesis discuss why develop platform of substation is selected and introduce some programming technology used by system. Then the main part of system set forth the design and realization of substation system. During the design of substation, according to the data flow, the transaction and the module substation software is analyzed in the thesis. And software is divided into five modules.
In course of the software is realized, the thesis discuss the five module of communication module, timing module, reading meter module, storing data module, man-machine conversation module. The theory of layered architecture, which is hardware layer, independent layer of hardware, application layer is implemented in the module.
In communication module, a set of Power Remote Measurement System Protocol based on TCP/IP is defined. In storing data module, a set of mange mechanism of storing data is defined. This innovate technology prove to be credibility and efficiency during system implement.
In addition, the system based on Embedded system, utilize The ability of RTOS Multitask and configuration module, so system have predominance of executing efficiency, software cubage, communication processing.
第一章综合论述自动抄表、电能表、电力综合自动化及嵌入式网络通信技术的发展现状，通过比较当前系统，阐明了课题提出的意义。
第二章首先分析了系统的需求，并给出了系统总体架构(为主、子站架构)和概要设计。
第三章给出系统子站的需求分析，对于系统子站的设计，论文分别用数据流向、事务组成、模块组成等三个角度、层次来分析子站软件，循序渐进使子站软件具体化，并把子站软件划分为五个模块。数据流贯穿于子站整体，是子站软件的脊梁；一个个小事务组成子站功能实体，是子站软件的细胞：模块则把软件划分为各个部分，是子站软件的组织。
第四章介绍系统子站开发平台的选择及有关编程技术。
第五章论文的主要篇幅用来讨论系统子站软件的实现，在于站软件实现中，则按设计时划分的五个模块：主站通信及处理模块、定时模块、表计通信模块、数据存储模块、人机交互模块分别介绍了各自的实现。每个模块实现贯穿了分层体系思想，大体按照硬件层、硬件无关层、应用层实现。
第六章概括论述了本文研究的主要结论，并且对进一步的研究工作进行展望。
本系统的研制成功不仅仅圆满地完成了一项工程任务，而且对实现变电所的综合自动化进程做出了应有的贡献。
This thesis mainly deals with the developing process for the Remote Substation Power Measurement System Based on Network Environment of the Embedded System, according to the development of automatic reading meter technology, network technology and embedded system technology in recent years.
Firstly, in the thesis the need of system and the architecture of system is given, and general design information is completed. Secondly the need of substation, which is the part of system, and use to collect power data, is given. Thirdly the thesis discuss why develop platform of substation is selected and introduce some programming technology used by system. Then the main part of system set forth the design and realization of substation system. During the design of substation, according to the data flow, the transaction and the module substation software is analyzed in the thesis. And software is divided into five modules.
In course of the software is realized, the thesis discuss the five module of communication module, timing module, reading meter module, storing data module, man-machine conversation module. The theory of layered architecture, which is hardware layer, independent layer of hardware, application layer is implemented in the module.
In communication module, a set of Power Remote Measurement System Protocol based on TCP/IP is defined. In storing data module, a set of mange mechanism of storing data is defined. This innovate technology prove to be credibility and efficiency during system implement.
In addition, the system based on Embedded system, utilize The ability of RTOS Multitask and configuration module, so system have predominance of executing efficiency, software cubage, communication processing.
引文
1．郑人杰编，《软件工程》(高级)，清华大学出版社，1999年；
2．郑人杰、殷人昆、陶永雷编，《实用软件工程》，清华大学出版社，1997年；
3．张海藩著，《软件工程导论》，清华大学出版社，1998年；
4．王春森主编，《程序设计》，清华出版社，1999年；
5．Douglas E. Comer &David L. Stevens著，赵刚等译，《用TCP／IP进行网际互联，第三卷：客户—服务器编程与应用(linux／POSIX套接字版)》，电子工业出版社，2001年；
6．W. Richard Stevens著，尤普元等译，《UNIX 环境高级编程》，机械出版社，2000年；
7．Scott Maxwell著，冯锐等译，《Linux 内核源代码分析》，机械出版社，2000年；
8．Stephen T. Satchell & H.B.J Clifford著，刘隆国等译，《IP 协议栈源代码分析》，机械出版社，2000年；
9．Arman Danesh 著，邱仲潘等译，《Liunx从入门到精通》，电子工业出版社，1999年；
10．Charles Cavlvert著，横空翻译组译，《Delphi 2程序设计大全》，机械工业出版社，1997年；
11．徐新华编著，《Delphi3 编程指南》上、下册，宇航出版社，1998年；
12．Andrew S. Tanenbaum著，熊桂喜、王小虎等译，《计算机网络》(第三版)，清华大学出版社，1998年；
13．James R. Groff & Paul N. Weinberg著，付增少等译，《关系数据库SQL使用指南》，学苑出版社，1995年；
14．王明俊、于尔铿等著，《配电系统自动化及其发展》，中国电力出版社，1998年；
15．吴凤书、连迩遐等著，《管理信息系统的技术基础-总体设计》，中国电力出版社，1996年；
16．杨德礼、贺兆明等著，《计算机辅助决策系统》，中国电力出版社，1996年；
17．段传宗编著，《无人值班变电所及农网综合自动化》，中国电力出版社，1998年；
18．赵爱民，“自动抄表(AMR)面面观”，农村电气化，1997年2期；
19．曾乃鸿，“自动抄表技术在北美的发展”，电力系统，1996年2月
20．牟永建，“电网故障录波系统的研制”，哈尔滨工业大学硕士学位论文，1998：TM732；
21．韩丰胜，《计算机远动技术基础》，西安电子科技大学出版社，1994年；
22．贺波、陈耀武，“基于Delphi平台开发测试系统软件”，现代科学仪器，1998年第3期；
23．蔡运清，“北美变电站自动化现状”，电力系统自动化，1997年7月；
24．俞寿南、陈飞、吕晓峰，“综合自动化变电所设计中若干技术问题探讨”，电力系统自动化，1995年10月；
25．朱大新、刘觉，“变电站综合自动化系统的内容及功能要求和配置”，电力系统自动化，1995年10月；
26．赵伟、庞海波、刘灿涛，“电能表技术的发展历程”，电测与仪表，1999年6期；
27．陶晓农、徐石明、陈朝勤，“基于光纤或CAN网络的分散分布式变电站监控系统”，电力系统自动化，1997年7月；
28．张相春 刘运龙，“多功能电能远程计量抄表系统”，中国电力，1998年5期；
29．李积才，“变电所综合自动化系统设计应用中值得商讨的见个问题”，农村电气化，2000年第1期；
30．中国单片机公共实验室，“嵌入式Internet技术及其应用”，嵌入式Linux报道，2000年12月
31．李建成、吕伟，“自动抄表系统中通信技术方案的探讨”，华东电力技术，1999年第二期。
32．王爱华，“淄博电网张店变电所无人值班改造的实施”，电力系统自动化，1995年9月；
33．蔡国雄，“变电站在线监测的新技术与新概念”，电力系统自动化，1995年10月；
34．徐正山、石玉衡、刘铁铮，“华北电网电能计费系统概要及今后发展”，电力系统自动化，1995年9月；
35．马祥里、褚慧，“太原城网内的无人值班变电站建设”，电力系统自动化，1995年9月；
36．袁季修，“变电站综合自动化系统的结构和通信”，电力系统自动化，1995年10月；
37．杨奇逊，“变电站综合自动化技术发民展的趋势”，电力系统自动化，1995年10月；
38．齐联、胡家为，“变电站新型综合自动化系统”，电力系统自动化，1995年10月；
39．庄思成，“自动抄表技术”，电世界，-94，35(6)．-8-9；
40．葛建中，“抄表微机技术及其发展”，电世界，-92，33(8)．-2-3；
41．吴刚，“利用电力负荷监控系统实现远程抄表”，电力系统通信，-97(1)．-30-31；
42．曾乃鸿，“自动抄表技术在北美的发展”，供用电，-96，13(1)．-48-50；
43．陈玉湖，“实现抄表自动化的一种可行方案”，汕头科技，-96(4)．-36-38；
44．单晓杭、周晓，“集中抄表及用电管理系统设计”，管理信息系统，-96(6)．-53-54；
45．王玉璞；宋宗炎等，“俄罗斯遥测技术的发展近况”，出国考察技术报告，-95(2)．-120-125；
46．唐涛，“国内外变电站无人值班与综合自动化技术发展综述”，电力系统自动化，1995年10月；
47．李庆春，蔡铁铮主编，《小型化变电所新技术》，机械工业出版社，1995年；
48．王士政，《电力系统运行控制与调度自动化》，河海大学出版社，1990年；
49．刘贯宇，《电力系统远动技术》，水利电力出版社，1986年；
50. AlanSnyder. Encapsulation and Inheritance in Object-oriented Programming. BYTE. Feb., 1986;
51. Mark Mullin. Object-Oriented Program Design with Example in C++. Addiso-Wesley, Reading, Mass., 1986;
52. Rural Electrification Administration. U.S. Department of Agriculture, DESIGN GUIDE FOR RURAL SUBSTATIONS, REA BULLETIN 65-1, 1978.
53. Harvey S M, Ontario Hydro, et al. Electromagnetic Shielding of a System Computer in a
230kV Substation. IEEE/T-TAS, 1976;
54． Goodson D W et al.Dispatching in the 21th Century. Transmission & Distribution, 1992;
55． Trudeau D et al. Integration AM / FM Maps with Distribution SCADA. IEEE Power Industry Computer Applications Conference, 1989;
56． Smith H L. DA/DSM Directions: An Overview of Distribution and Demand-Side Management with Implications of Future Trends. EEEE Computer Application in Power, 1994;
57． Reason J. Communications Alternatives for Distribution Automation. Electrical World, 1993．
2．郑人杰、殷人昆、陶永雷编，《实用软件工程》，清华大学出版社，1997年；
3．张海藩著，《软件工程导论》，清华大学出版社，1998年；
4．王春森主编，《程序设计》，清华出版社，1999年；
5．Douglas E. Comer &David L. Stevens著，赵刚等译，《用TCP／IP进行网际互联，第三卷：客户—服务器编程与应用(linux／POSIX套接字版)》，电子工业出版社，2001年；
6．W. Richard Stevens著，尤普元等译，《UNIX 环境高级编程》，机械出版社，2000年；
7．Scott Maxwell著，冯锐等译，《Linux 内核源代码分析》，机械出版社，2000年；
8．Stephen T. Satchell & H.B.J Clifford著，刘隆国等译，《IP 协议栈源代码分析》，机械出版社，2000年；
9．Arman Danesh 著，邱仲潘等译，《Liunx从入门到精通》，电子工业出版社，1999年；
10．Charles Cavlvert著，横空翻译组译，《Delphi 2程序设计大全》，机械工业出版社，1997年；
11．徐新华编著，《Delphi3 编程指南》上、下册，宇航出版社，1998年；
12．Andrew S. Tanenbaum著，熊桂喜、王小虎等译，《计算机网络》(第三版)，清华大学出版社，1998年；
13．James R. Groff & Paul N. Weinberg著，付增少等译，《关系数据库SQL使用指南》，学苑出版社，1995年；
14．王明俊、于尔铿等著，《配电系统自动化及其发展》，中国电力出版社，1998年；
15．吴凤书、连迩遐等著，《管理信息系统的技术基础-总体设计》，中国电力出版社，1996年；
16．杨德礼、贺兆明等著，《计算机辅助决策系统》，中国电力出版社，1996年；
17．段传宗编著，《无人值班变电所及农网综合自动化》，中国电力出版社，1998年；
18．赵爱民，“自动抄表(AMR)面面观”，农村电气化，1997年2期；
19．曾乃鸿，“自动抄表技术在北美的发展”，电力系统，1996年2月
20．牟永建，“电网故障录波系统的研制”，哈尔滨工业大学硕士学位论文，1998：TM732；
21．韩丰胜，《计算机远动技术基础》，西安电子科技大学出版社，1994年；
22．贺波、陈耀武，“基于Delphi平台开发测试系统软件”，现代科学仪器，1998年第3期；
23．蔡运清，“北美变电站自动化现状”，电力系统自动化，1997年7月；
24．俞寿南、陈飞、吕晓峰，“综合自动化变电所设计中若干技术问题探讨”，电力系统自动化，1995年10月；
25．朱大新、刘觉，“变电站综合自动化系统的内容及功能要求和配置”，电力系统自动化，1995年10月；
26．赵伟、庞海波、刘灿涛，“电能表技术的发展历程”，电测与仪表，1999年6期；
27．陶晓农、徐石明、陈朝勤，“基于光纤或CAN网络的分散分布式变电站监控系统”，电力系统自动化，1997年7月；
28．张相春 刘运龙，“多功能电能远程计量抄表系统”，中国电力，1998年5期；
29．李积才，“变电所综合自动化系统设计应用中值得商讨的见个问题”，农村电气化，2000年第1期；
30．中国单片机公共实验室，“嵌入式Internet技术及其应用”，嵌入式Linux报道，2000年12月
31．李建成、吕伟，“自动抄表系统中通信技术方案的探讨”，华东电力技术，1999年第二期。
32．王爱华，“淄博电网张店变电所无人值班改造的实施”，电力系统自动化，1995年9月；
33．蔡国雄，“变电站在线监测的新技术与新概念”，电力系统自动化，1995年10月；
34．徐正山、石玉衡、刘铁铮，“华北电网电能计费系统概要及今后发展”，电力系统自动化，1995年9月；
35．马祥里、褚慧，“太原城网内的无人值班变电站建设”，电力系统自动化，1995年9月；
36．袁季修，“变电站综合自动化系统的结构和通信”，电力系统自动化，1995年10月；
37．杨奇逊，“变电站综合自动化技术发民展的趋势”，电力系统自动化，1995年10月；
38．齐联、胡家为，“变电站新型综合自动化系统”，电力系统自动化，1995年10月；
39．庄思成，“自动抄表技术”，电世界，-94，35(6)．-8-9；
40．葛建中，“抄表微机技术及其发展”，电世界，-92，33(8)．-2-3；
41．吴刚，“利用电力负荷监控系统实现远程抄表”，电力系统通信，-97(1)．-30-31；
42．曾乃鸿，“自动抄表技术在北美的发展”，供用电，-96，13(1)．-48-50；
43．陈玉湖，“实现抄表自动化的一种可行方案”，汕头科技，-96(4)．-36-38；
44．单晓杭、周晓，“集中抄表及用电管理系统设计”，管理信息系统，-96(6)．-53-54；
45．王玉璞；宋宗炎等，“俄罗斯遥测技术的发展近况”，出国考察技术报告，-95(2)．-120-125；
46．唐涛，“国内外变电站无人值班与综合自动化技术发展综述”，电力系统自动化，1995年10月；
47．李庆春，蔡铁铮主编，《小型化变电所新技术》，机械工业出版社，1995年；
48．王士政，《电力系统运行控制与调度自动化》，河海大学出版社，1990年；
49．刘贯宇，《电力系统远动技术》，水利电力出版社，1986年；
50. AlanSnyder. Encapsulation and Inheritance in Object-oriented Programming. BYTE. Feb., 1986;
51. Mark Mullin. Object-Oriented Program Design with Example in C++. Addiso-Wesley, Reading, Mass., 1986;
52. Rural Electrification Administration. U.S. Department of Agriculture, DESIGN GUIDE FOR RURAL SUBSTATIONS, REA BULLETIN 65-1, 1978.
53. Harvey S M, Ontario Hydro, et al. Electromagnetic Shielding of a System Computer in a
230kV Substation. IEEE/T-TAS, 1976;
54． Goodson D W et al.Dispatching in the 21th Century. Transmission & Distribution, 1992;
55． Trudeau D et al. Integration AM / FM Maps with Distribution SCADA. IEEE Power Industry Computer Applications Conference, 1989;
56． Smith H L. DA/DSM Directions: An Overview of Distribution and Demand-Side Management with Implications of Future Trends. EEEE Computer Application in Power, 1994;
57． Reason J. Communications Alternatives for Distribution Automation. Electrical World, 1993．