网络型企业能源监控系统底层节点的研究

论文摘要

随着人类社会的进步和社会生产力的发展,工业生产对能源的消耗日益增大,企业能源监控系统作为对工业生产中能源的消耗进行实时监控的一种有效技术手段,越来越受到人们的重视。另一方面,随着现场总线的出现,工业监控系统进入了FCS发展阶段,现场总线技术以其数字化、开放性、分散性、高互操作性及互换性等一系列优点迅速成为工业监控领域发展的热点。在此背景下,本文旨在研究并设计网络型企业能源监控系统的底层节点,用以完成企业能源的监控工作,对实现企业节能降耗、优化能源管理具有重要的现实意义。本文首先在对能源监控系统发展现状简要分析的基础上完成了底层节点的功能设计。以此为前提,通过模块化的设计思路构建了基于S3C44B0X微处理器并且具有多种数据通信能力的硬件平台,通过使用ADE7758专用电能计量IC及S3C44B0X片内集成的模数转换器实现了对电压、电流、频率、功率等电量参数及温度、压力、流量等非电量参数的实时监测功能,并提供4路继电器输出控制;监测得到的能源数据可以通过底层节点具有的CAN总线通信、RS-485总线通信、以太网通信或GPRS无线通信功能上传至上位机,为实现科学合理的能源管理提供直接的数据依据。为了便于底层节点的软件开发及扩展,本文构建了以μC/OS-Ⅱ实时内核为核心的多任务调度环境,结合μC/GUI图形软件给出了人机交互功能各类任务的软件实现;通过对能源监测功能理论依据的分析并结合使用的硬件,给出了具体的程序流程,实现了设计的各项监测功能;通过编写CAN总线及RS-485总线的初始化及收发程序,实现了相应的总线通信功能,对于以太网及GPRS无线通信,本文从数据链路层、传输层、网络层及应用层分别给出了详细的实现方案,通过uIP协议栈的移植及通信程序的编写分别实现了以太网的TCP/IP通信及GPRS的UDP/IP通信功能。最后,通过调试及试验验证工作,证明了设计的底层节点能够满足企业能源监控工作的技术要求,数据通信功能强大,对提高企业能源管理水平具有很强的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 监控系统的发展概况及趋势
• 1.2.2 企业能源监控系统的研究及应用情况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 功能设计
• 2.3 系统总体设计
• 2.3.1 主控单元实现方案
• 2.3.2 监测功能实现方案
• 2.3.3 数据通信功能实现方案
• 2.4 监测功能理论分析
• 2.4.1 电量能源监测功能理论分析
• 2.4.2 非电量能源监测功能理论分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 监控系统底层节点的硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 硬件总体结构
• 3.3 底层节点硬件设计
• 3.3.1 背板模块硬件设计
• 3.3.2 主控模块硬件设计
• 3.3.3 电量监测模块硬件设计
• 3.3.4 非电量监测模块硬件设计
• 3.3.5 以太网模块硬件设计
• 3.3.6 GPRS无线通信模块硬件设计
• 3.4 硬件抗干扰设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 监控系统底层节点的软件实现
• 4.1 引言
• 4.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时内核
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时内核简介
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时内核移植
• 4.3 人机交互功能的软件实现
• 4.3.1 键盘输入识别
• 4.3.2 液晶输出显示
• 4.4 监控功能的软件实现
• 4.4.1 电量能源监测功能软件实现
• 4.4.2 非电量能源监测功能软件实现
• 4.4.3 输出控制功能的软件实现
• 4.5 数据通信功能的软件实现
• 4.5.1 CAN总线通信软件实现
• 4.5.2 RS-485 总线通信软件实现
• 4.5.3 以太网通信软件实现
• 4.5.4 GPRS无线通信软件实现
• 4.6 软件抗干扰设计
• 4.7 小结
• 第5章 监控系统底层节点调试及试验
• 5.1 软件调试环境介绍
• 5.2 电量监测功能试验及分析
• 5.3 数据通信功能试验及分析
• 5.3.1 CAN通信实验
• 5.3.2 RS-485 通信实验
• 5.3.3 以太网通信实验
• 5.3.4 GPRS无线通信试验
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢