隨著我國經濟的迅速發展，大規模工業用電和商業用電需求快速增長。我國城鄉普遍使用的國家電壓標準10 kV及以上的高壓供電系統，出于對供電可靠性及變損的考慮，10KV及以上的工業供電多數采用高壓供電高壓計量（簡稱高供高計）的計量方式。但是對現有的計量裝置核查時，為了保障現場操作人員的安全，需要斷電后才能對高供高計進行檢查和數據讀取，這給用戶的正常用電造成了很大不便。由于受高供高計設備帶高壓電的特殊性和困難性的影響，目前國內對高供高計設備的檢測設備還很少，但市場很需要。

電能計量帶電核查儀系統主要用于對10 kV及10 kV以上帶電設備的核查、探傷和數據采集。具有采集高供高計電力設備的各方位外觀圖像信息，可以很方便在計算機或筆記本電腦上觀測高壓設備的具體情況，為設備探傷和識別提供依據;具有電力設備信息條碼的掃描閱讀功能，能在任意方向讀取高供高計設備的條碼信息，為設備識別驗證提供依據;具有紅外通信模塊，可快捷、可靠的采集高供高計電能表的數據信息電能，完成電能計量的數據統計和分析等工作。

1、 系統總體設計

電能計量帶電核查儀系統是根據對高供高計設備現場檢測的需求設計的，主要由電能計量帶電核查儀和電腦后臺支持軟件構成。其中電能計量帶電核查儀具有圖像視頻采集壓縮、條碼信息采集、電表紅外通訊數據采集和無線傳輸的功能。電腦后臺支持軟件經無線傳輸接收模塊接收數據完成視頻解壓與呈現、條碼身份的判別、電表數據的紀錄和分析等工作。系統結構圖如圖1所示。

2、 電能計量帶電核查儀硬件實現

由于電能計量帶電核查儀在功能上要集成圖像的采集、條碼掃描、遠紅外通訊和無線的傳輸功能，在結構設計上要求各部件按功能要求安裝合理、結構緊湊，還要充分考慮在外殼的絕緣性和密封性的基礎上減小設備的整體體積和重量等因素，特別是在圖像的采集和壓縮上的處理，圖像無線傳輸處理要占用大量的時間。這些因素要求電能計量帶電核查儀處理器的速度和無線傳輸速度要快，硬件架構相對簡單，軟件的實時性能好。因此，電能計量帶電核查儀在設計時選用以S3C2440處理器為核心的硬件系統、以Windows CE嵌入式系統下的軟件系統和采用Wi—Fi無線通訊方式。

電能計量帶電核查儀的總體設計如圖2所示。S3C2440ARM處理器、時鐘電路、電源管理電路和MCP電路構成最小系統，使Windows CE嵌入式系統能夠正常啟動、運行，自動裝載運行本系統應用程序。系統程序運行后初始化攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊，并通過Wi—Fi通訊模塊與電腦后臺支持軟件建立連接。在收到執行命令后與各功能模塊通訊，使各功能模塊實時進行數據采集和傳輸，最后將采集的數據傳送到后臺支持軟件中，供后臺支持軟件對數據分析和處理。

2.1 嵌入式處理器

S3C2440處理器芯片是Samsung公司開發的一款基于ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器，其高性能、低功耗、接口豐富的特點能滿足嵌入式系統的要求。

其主頻400 MHz，處理器核心實現了MMU、AMBA、BUS、Harvard高速緩沖體系結構，具有獨立的16 lB的指令Cache和數據Cache。集成SDR AM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART接口、I2C總線接口、I2S總線接口、SD和MMC接口、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器、2端口USB主機/1端口USB設備、4通道PWM定時器、1通道內部定時器/看門口定時器、最大支持4096x4096像素的像機接口、130個通用的I/O口、24通道的外部中斷等功能，非常適合系統開發和手持設備的應用。

2.2 MCP存儲模塊

MCP（Multi-Chip-Package即多制層封裝芯片）模塊采用Hynix公司的H8ACOEHOBCR芯片，內部集成128MBNandFlash存儲和64MB SDRAM存儲，協助處理器加快運行速度，更高效地完成多任務。Flash模塊用來存放系統引導程序、操作系統程序、本系統應用程序和其它在系統掉電后需要存儲的用戶數據和軟件參數設置。SDRAM存儲模塊是系統的內存，用來存放系統及系統平臺上運行軟件執行的代碼和變量，是系統啟動后進行存取操作的存儲器，具有讀取和寫入速度快的特點。

2.3 電源管理模塊

電源管理模塊將由USB口來的5 V電源（或鋰電池提供的3.7電源）降壓至3.3 V（系統供電）、2.8 V（攝像頭模塊供電）、1.8 V（基準電源供電）、1.3V（ARM處理器核心工作頻率400 MHz供電）、1.2 V（ARM處理器核心工作頻率300 MHz供電），監控鋰電池的電量，管理鋰電池充電。為了延長待機時間，智能管理對攝像頭模塊、條碼掃描模塊、紅外通訊模塊和Wi—Fi通訊模塊的供電。

2.4 紅外通訊電路模塊

紅外通訊模塊功能實現與數字式電能表的通訊，采集電能表電能信息，通過串口通訊方式與處理器連接。按照DL/T645-1997DL/T645-1997多功能電能表通信規約，處理器將通訊的命令發送到紅外通訊模塊，由紅外通訊模塊進行調制后發射，傳遞給電能表，電能表將數據以紅外的方式傳遞給紅外通訊模塊，再經紅外通訊模塊解調，將數據送到處理器進行處理。

2.5 條碼掃描模塊

條碼掃描模塊實現對高供高計設備自身條碼信息的采集，為管理者進行高供高計設備辨別唯一性提供依據。采用霍尼韋爾公司的58XX系列條碼掃描模塊，支持5 V或3.3 V電源供電，有待機模式，可識別標準的一維和二維的條碼，能快速捕捉數字影像、360度全向的讀取條碼，體積小巧，適合工業應用，通過串口通訊方式與處理器連接。處理器對條碼掃描模塊發出條碼掃描的觸發指令，條碼掃描模塊開始條碼掃描處理，當識別成功后將條碼信息經串口發送給處理器處理，并進入等待命令狀態，處理器可啟用待機模式實現延長電池的工作時間。

2.6 攝像頭模塊

攝像頭模塊實現對高供高計設備及其他設備的外觀圖像、視頻信息的采集。采用SIV100B攝像頭模組，它是一款1/7英寸，最大640 x 480分辨率的CMOS攝像頭，具有高質量的視頻采集和低噪聲的特性，通過內部集成的一個10位ADC轉換電路，將圖像信息傳輸到內嵌的圖像處理器。實現圖像自動曝光、白平衡補償、黑電平補償、5*5矩陣的插補、假彩色的矯正等等處理。支持多樣的尺寸輸出格式如VGA和CIF，數據輸出格式如RGB和YCbCr。嵌入式處理器可通過8位并口讀取SIV100B攝像頭模組圖像信息，通過I2C接口可設置模組中彩色效果X、Y軸圖像轉動。

2.7 Wi—Fi通訊模塊

Wi—Fi（Wireless Fidelity）是IEEE所定義的無線通信標準IEEE 802.11。在有線局域網的基礎上通過無線HUB、無線訪問節點（AP）、無線網橋、無線網卡等設備使無線通信得以實現。無線接入和高速傳輸是Wi—Fi的主要技術優點。其中IEEE 802.11b最高速度為11 Mb/s，IEEE 802.11 n/g最高速度為54 Mb/s。

本系統中Wi—Fi通訊模塊實現與電腦后臺支持軟件的通訊，將后臺軟件發送的查詢、設置等命令下發到本系統，或將本系統采集到的各種數據（如圖像視頻信息、條碼信息、電能表數據信息等）上傳到后臺中，供后臺進行數據采樣、對比和分析。采用環隆電氣公司的MR09 Wi—Fi通訊模塊支持IEEE 802.11n/g/b協議，3.3 V供電，SDIO/SPI接口通訊，最大傳輸速度300 Mb/s工作在2.4 GHz頻段，覆蓋范圍最遠100 m（由環境決定）。

3、 系統的軟件設計

電能計量帶電核查儀系統軟件分為電能計量帶電核查儀軟件和后臺應用軟件兩部分。

3.1 電能計量帶電核查儀軟件設計

電能計量帶電核查儀軟件設計包括嵌入式操作系統的移植和應用軟件的設計。

3.1.1 嵌入式操作系統的介紹

本系統采用的是Windows CE的操作系統，它是Microsoft公司針對嵌入式產品領域開發的嵌入式操作系統，是一種緊湊、高效、可伸縮的32位操作系統。其具有精簡的模塊化操作系統、多硬件平臺支持、支持有線和無線的網絡連接、穩健的實時性支持、豐富的多媒體和多語言支持、提供了強大的開發工具等特點，非常適合消費類電子、手持類電子設備、專用工業控制設備和嵌入式通信設備的開發。

3.1. 2 嵌入式操作系統的移植

Platform Builder是一個定制Windows CE操作系統的嵌入式平臺集成開發環境，在Platform Builder軟件中可對系統部分硬件驅動進行更改（如Wi—Fi、攝像頭等），最后經Platform Builder編譯生成Windows CE的操作系統及Bootloader的鏡像文件，將鏡像文件下載到MCP的Flash存儲器中，并配置操作系統啟動文件boot.ini。

3.1.3 應用軟件的設計

電能計量帶電核查儀應用軟件是本系統的核心，在Visual C++2005開發環境下完成設計。本應用軟件在Windows CE操作系統啟動后，自動裝載并運行。主要包括讀電表單元、條碼掃描單元、圖像采集單元和Wi—Fi通訊單元等。

電能計量帶電核查儀應用軟件工作流程如圖3所示。應用軟件啟動后，先對各模塊單元進行初始化，然后開始啟動Wi—Fi通訊單元模塊，并與后臺Wi—Fi通訊單元建立點對點的設備連接。通過TCP/IP協議進行數據通訊，通過判斷網絡通訊狀況保持與后臺的實時連接。當有TCP /IP時間發生后，根據接收到的命令進行程序執行，如執行讀電表命令，將啟動紅外通訊模塊，發送讀電表數據命令，接收電表根據電表數命令返回的數據，并將數據返回到后臺;如執行讀設備條碼信息，將啟動和觸發條碼掃描模塊，等待接收條碼模塊返回所讀到的條碼信息，并將數據返回到后臺;如執行圖像采集命令，將啟動攝像機進行連續的圖像采集，并將圖像信息壓縮返回到后臺。

3.2 后臺應用軟件設計

后臺應用軟件設計包括接口程序設計、數據庫設計和控制程序設計3部分。

接口程序完成通過Wi—Fi無線通訊的方式與電能計量帶電核查儀建立點對點的連接，并將由控制程序下發命令傳送到電能計量帶電核查儀，將從電能計量帶電核查儀獲得的數據信息進行緩沖預處理，翻譯成后臺處理系統可識別數據，然后傳送到控制程序。

控制程序完成客戶信息的錄入（客戶名稱、地址、電表信息、高供高計裝置數量、位置和自身條碼信息等等，并將信息存入到數據庫中）根據操作員的需要下發命令（如讀電表、條碼掃描和圖像采集等），控制電能計量帶電核查儀的個模塊工作、將由電能計量帶電核查儀讀回來的電表數據傳輸到數據庫存儲、將電能計量帶電核查儀傳回來的高供高計裝置條碼信息與數據庫內存儲的條碼信息對比，做出身份判斷等等。

數據庫程序主要完成將客戶固定信息按數據類型進行存儲，將客戶使用的電量信息按照時間索引的進行存儲。

4 、結論

文中設計了一種便攜式的電能計量帶電核查儀設備，詳細介紹了由S3C2440處理器為核心的系統硬件構成和在Windows CE的操作系統基礎上應用軟件工作流程實現。它在電力核查部門的使用將會減少電力員工使用工具數量，提高了勞動效率，保證工作質量，減少人身傷害的事故率率，促進電力核查工具的自動化水平。

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