摘要：為了提高遠程抄表系統(tǒng)的效率和可靠性。提出一種基于ARM和無線自組網(wǎng)的遠程智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計，給出此系統(tǒng)的整體架構(gòu)，工作流程；分析此系統(tǒng)的硬件組成，采用LPC2478作為主控制單元，APC900M作為無線通信模塊；并分析了μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的移植方法，給出對于遠程智能抄表系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計。此系統(tǒng)效率和可靠性高，成本低，抗損壞性強，具有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：ARM；μC／OS-Ⅱ；遠程智能抄表；無線自組網(wǎng)

    嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是一種軟硬件可擴充或裁剪的專用計算機系統(tǒng)，以面向應(yīng)用為主，是將計算機技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，全球日益信息化，嵌入式系統(tǒng)以其體積小、功耗低、使用方便等特點，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、民用的計算機系統(tǒng)中。在此提出一種運用ARM和AdHoc技術(shù)組成的一個遠程無線抄表的方式。該系統(tǒng)具有成本低，可靠性高，維護方便的優(yōu)點，可以用于電、氣、水、油等的遠程抄表。

l ARM體系和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)
    ARM體系的處理器是目前嵌入式系統(tǒng)中使用最廣泛的處理器。其采用了RISC技術(shù)，具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點，并且其支持Thumb(16位)／ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位／16位器件。ARM使用大量的寄存器，使得指令執(zhí)行速度更加快速，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。它的尋址方式靈活簡單，并且指令長度固定，執(zhí)行效率更高，處理能力大大超過單片機。
    Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴格的控制中心。所有節(jié)點的地位平等，即是一個對等式的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗損性。網(wǎng)絡(luò)的布局或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)個字的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)節(jié)點要與其覆蓋范圍外的節(jié)點進行通信時，需要中間節(jié)點的多條轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的，而不是由專用路由設(shè)備完成，每個節(jié)點包含了一個路由器和主機，而且往往是在同一臺機器上。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。其節(jié)點可以隨處移動，也可以隨時開機和關(guān)機，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化。這些特點使得使用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為無線抄表系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與普通的無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線通信網(wǎng)絡(luò)相比有著顯著優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)
    此系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)為核心，通過串行總線系統(tǒng)與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中位于主站的節(jié)點相連接，以ARM處理器為核心對整個系統(tǒng)進行控制。如圖1所示，各個采集終端定時通過各自所對應(yīng)的計量器具獲得所需數(shù)據(jù)。然后各個采集終端對獲得的數(shù)據(jù)進行一定的處理，再利用自身節(jié)點通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)傳送給主站接收。必要的時候主站也可以通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)對各個采集終端發(fā)出命令來主動得到計量數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置。在此系統(tǒng)中，并沒有采用傳統(tǒng)的有線的數(shù)據(jù)傳輸方式，而是采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，避免了在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下布線和線路一旦損壞所帶來的維護上的不便。并且使用了以ARM7體系結(jié)構(gòu)的LPC2478作為主站處理器，使得整個系統(tǒng)移動性更加靈活，傳輸可靠性得到更好的保障，維護更加方便，成本也更低，操作起來也更加方便簡潔。

2．2 系統(tǒng)的硬件組成
    該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)如圖2所示，主要包括ARMCPU控制模塊，電源管理模塊以及無線模塊。

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    這里所選用的處理器為NXP公司的ARM7系列芯片LPC2478，它的運行速率可高達72 MHz；具有98 KB的片內(nèi)SRAM；512 KB片上FLASH程序存儲器；具有4個帶小數(shù)波特率發(fā)生功能的UART；多達160個通用I／O管腳；4個通用定時器／計數(shù)器；LPC2478通過UART與無線模塊相連接來讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)所采用的無線通信模塊為APPCON公司的APC900M。該模塊運行在60 MHz，可支持復(fù)雜運算編碼為高校循環(huán)交織糾錯編碼。它可與個采集終端的節(jié)點組成一個無線自組網(wǎng)來進行數(shù)據(jù)的通信。
2．3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，整個系統(tǒng)包括了用戶應(yīng)用程序，API，μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，硬件驅(qū)動程序等。其中以μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)為核心，因為此系統(tǒng)對實時性要求較高，所以本文選用了實時性較好的μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來作為應(yīng)用程序和底層硬件之間的橋梁。

2．3．1 μC／OS-Ⅱ在LPC2478上的移植
    μC／OS-Ⅱ是一個免費的源代碼公開的實時嵌入式內(nèi)核，其提供了實時系統(tǒng)所需的基本功能。它包含全部功能的核心部分代碼只占8．3 KB，而且可剪裁。由于μC／OS-Ⅱ只包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)問的通信與同步等基本功能，所以這里使用YAFFS文件系統(tǒng)來對文件檔案進行存儲和管理。由于μC／OS-Ⅱ具有良好的可移植性，移植時只需提供OS_CPU．H(C語言頭文件)、OS_CPU_C．C(C程序源文件)和OS_CPU_A．ASM(匯編程序源文件)這三個文件，來將此系統(tǒng)移植到LPC2478處理器上。
2．3．2 系統(tǒng)工作流程

    該系統(tǒng)的一次抄表過程如圖4所示，首先，系統(tǒng)啟動，操作系統(tǒng)對各個接口進行一系列初始化過程，并查看系統(tǒng)是否正常，如不正常，返回錯誤信息。如系統(tǒng)正常，則可以根據(jù)需要來設(shè)置所需的抄表參數(shù)，如時間，表號，數(shù)據(jù)類型等。關(guān)鍵程序如下：
   
接下來通過μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)向UART寫數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送至無線傳輸模塊以向采集終端發(fā)出抄表命令。無線模塊接到命令后將抄表命令通過無限自組網(wǎng)發(fā)送出去并等待采集終端返回的數(shù)據(jù)。
   
    接收到數(shù)據(jù)后再通過UART將數(shù)據(jù)傳回至處理器。處理器得到數(shù)據(jù)后進行解析，并驗證此數(shù)據(jù)是否有錯誤。它的關(guān)鍵程序如下：
   
此時如返回數(shù)據(jù)的格式有誤，則重新命令無線模塊向采集終端發(fā)送抄表命令，這一過程重復(fù)兩次，若依然有錯誤則返回錯誤信息。如沒有錯誤則將數(shù)據(jù)保存至文件系統(tǒng)，等待上位機的查收。

3 結(jié)語
    利用ARM處理器和無線自組網(wǎng)的組合來建立一個遠程抄表系統(tǒng)，并完成了硬件和軟件的設(shè)計，與以往的抄表系統(tǒng)相比，此系統(tǒng)具有組網(wǎng)方便，性能穩(wěn)定，實時性好，可靠性高，覆蓋范圍廣，易于維護等優(yōu)點。可廣泛用于各種工業(yè)和生活等領(lǐng)域的水，電，氣，油等消耗量數(shù)據(jù)的監(jiān)測。具有廣泛的應(yīng)用前景。