基于嵌入式以太网的电力信息传输的开发研究

基于嵌入式以太网的电力信息传输的开发研究

葛毅魏金焦

（国电南瑞科技股份有限公司211106）

摘要：近年来我国不断地加强建设国家电力数据网络的发展，为了满足电力系统调度自动化系统的发展，开始逐渐使用计算机、网络以及通信等技术融为一体的网络化系统。本文对基于嵌入式以太网在电力信息传输中的应用进行了重点的阐述，并对嵌入式以太网通信模块的设计进行了探讨。

关键词：嵌入式；以太网；电力信息传输；开发研究

一、嵌入式以太网的应用

随着计算机技术的快速发展，嵌入式技术也随之应用而生，嵌入式以太网技术即是利用嵌入式的软硬件在单片机系统上实现。但嵌入式以太网技术与传统以太网技术相比，在智能设备的嵌入式微处理器上有了一定的改进和发展，主要体现在嵌入式以太网技术的主频速度以及对软件控制在很大程度上有所提高。并且，加上我国在近年来互联网技术的迅速普及，在一定程度上推动了嵌入式以太网络技术的应用。

二、嵌入式以太网通信模块

（一）特殊性

嵌入式以太网通信模块与传统以太网在物理上遵循的相关标准相同，而此种技术的特殊性主要包括：

1、对硬件的配置要求不高

嵌入式以太网技术主要是基于微处理器的软硬件环境下实现，并且嵌入式以太网技术在应用的过程中使用的网络协议族内嵌主要在RTOS中得以实现。因此此种技术在很大程度上脱离了电脑或者工作站中对软硬件相关要求的限制，能极为方便地应用在工业控制领域中。

2、具备较快的传输速率

嵌入式以太网技术在应用的过程中具有较宽的带宽，在组网的过程中操作简单且较为灵活，除此之外，嵌入式以太网技术的相关设备极其容易实现相互的操作，且价格非常便宜，因此能较为广泛地应用在嵌入式的控制领域中。

3、具备良好的通用性

嵌入式以太网技术在应用的过程中大多采用的是现代智能设备，而这些智能设备大部分情况下会配有以太网接口，因此嵌入式以太网通信模块在应用的过程中实现互联互通非常方便，并能在一定程度上减少相关物件的储备量。

4、具备较强的抗干扰能力

一般来说，工业现场的条件非常恶劣，恶劣的主要原因在于工业现场的机械、电磁、气候以及较大的尘埃等。在如此恶劣的环境下，嵌入式以太网在其应用的过程中可具有良好的可靠性。

5、应用发展速度快

采用智能设备的嵌入式微处理器在很大程度上提高了其主频速度以及软件控制等相关水平，并且随着互联网近年来在我国迅速普及，在一定程度上推动了嵌入式以太网技术的进一步发展。嵌入式以太网通信模块与传统的通信方式相比具有较多的优点，但是在应用的过程中也存在一些缺陷和不足，缺点和不足主要体现在通信控制相较于传统通信方式相比具有较大的复杂性，并且数据传输过程中的所用时间不确定等等。但随着我国技术不断地进步和发展，加上不断提高的传输速率，这些缺陷和不足并不会制约嵌入式以太网通信技术的应用。

（二）硬件设计

1、芯片

嵌入式以太网通信技术主要是实现物理传输，也就是数据包与电信号之间的相互转换。目前在我国的市面上满足此项功能的网络芯片较多，但一部分网络芯片具有较高的耗电量，并且芯片的功能较为复杂，因此对于以价格低廉为特点的嵌入式系统来说并不合适。但其中RTL8019AS芯片在应用的过程中可以较为方便地设计基于ISA总线的嵌入式以太网电力信息传输系统，能与单片机接口。除此之外，此种网络芯片的特点还包括与NE2000实现良好的兼容、软件移植性能良好以及价格低廉等，因此便成为嵌入式以太网电力信息传输系统中的网络芯片。芯片内部控制结构图如图1所示：

2、硬件电路

本文研究的嵌入式以太网接口硬件电路以单片机作为嵌入式微处理器，然后外部连接以太网控制器芯片。其中UN3为单片机，此单片机在应用的过程中工作的频率为21.964MHz；UN9为锁存器，主要目的在于实现低8位地址以及8位数据总线的复用；UN6为外部静态存储器。微处理器硬件接线图如图2所示：

（三）软件设计

1、发送

软件设计人员应该首先对远程DMA开始地址及数据字节数等相关参数进行设置，并且在CR中将其设置为写数据，如此便能从远程的DMA口将发送的相关数据按照帧格式进行封装，然后将其写入网络芯片的RAM中。直到数据包存入芯片后再给出发送缓冲区地址及数据长度，最后将数据发送到网络。

2、接收

软件设计人员在接收数据包的过程中应该先将电信号变为数据，然后对数据包中的目的地进行校验，如果数据包中的目的地为本地地址或者广播地址，则应该将数据包中的相关数据存入接收缓冲区中，并对接受到的数据进行CRC校验。若对数据进行校验的过程中出现错误，则可以丢弃数据。软件设计人员在网络芯片中接收到的数据经过一系列的比较和校验后，将此数据存入芯片的接收缓冲区中，然后通知嵌入式微处理器。微处理器从远程DMA口将数据从网络芯片的RAM读到系统的RAM中。数据包接受流程如图3所示：

3、嵌入式TCP或IP协议

嵌入式TCP或IP协议主要是国际标准化组织中的传输层，其主要的功能是将数据消息进行分组，然后将分组后的信息成为IP层传输的数据包。除此之外，TCP传输控制协议可以为网络上不同计算机在运行过程中的通信进行连接。IP网际协议的主要功能是对应于ISO模型中的网络层，在应用的过程中主要的工作是将接受到的数据消息进行拆分为包，然后在拆分为包的信息按照一定的路径传输至目的网络或站点，最后在数据传输的目的地将数据包进行重新的组合，使这些拆分的数据成为原始的数据。TCP或IP网络协议是目前因特网的基础，一般情况下具有此种网络协议接口的现场设备在应用的过程中不需要通过计算机，便可以直接地连接到因特网上，从而实现远程监控或诊断。

总结：

本文简要地阐述了嵌入式以太网技术在应用过程中的特殊性，在此基础上对嵌入式以太网接口软件程序进行相关的编写。嵌入式以太网电力信息传输技术在应用的过程中具有较多的优点，比如对此种技术对硬件配置的要求不高，如此便能有效地节约系统的资源，最终在一定程度上降低产品成本。除此之外，嵌入式以太网电力信息传输技术在使用的过程中较为灵活方便，有利于扩充相关功能，而使用者在使用的过程中可以根据自身的实际需要实现相关协议。

参考文献：

[1]姚之宁.基于嵌入式以太网的电力信息传输的开发研究[D].山东大学，2012，12（22）：123-124.

[2]姚之宁，赵建国，刘炳旭等.基于嵌入式以太网的电力信息传输的研究[C].//中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集.2011，09（24）：1251-1254.