宋定宇

关键词： 嵌入式技术; 电子通信; 节能控制; 传输端; 无线通信模块; 执行电路

中图分类号： TN914.3?34; TP393                 文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2019）06?0014?04

Abstract： In the traditional embedded electronic communication energy?saving control system， the chip is not used at the transmission end to monitor the equipment data， resulting in unobvious energy?saving effect. Therefore， an application research of the embedded technology is carried out for electronic communication energy?saving， and an energy?saving control system is designed for the embedded electronic communication equipment. The system is composed of the application end， terminal， control end and transmission end， and realizes the statistics and communication functions of the embedded data， so as to achieve the high?efficient energy?saving goal of the embedded electronic communication equipment. The transmission end is the core of the system， which sends data to the control end through the transmission port of RS 488 bus. The SN65LB chip is used to control the monitoring and parsing of the data of the embedded communication equipment. The control end realizes energy?saving control of the electronic communication equipment by using the energy?saving control execution circuit. The wireless communication module in the terminal conducts information communication by using the circuit. The energy?saving control instructions in the system are realized by means of the control software. The experimental results show that the equipment energy consumption of the designed system with energy?saving control is 4.833 5 kW·h， which is significantly lower than that without energy?saving control， and the system has a significant energy?saving effect.

Keywords： embedded technology; electronic communication; energy?saving control; transmission end; wireless communication module; execution circuit

嵌入式技术是一种将软件和硬件有机结合起来变成独立工作设备的技术[1]，嵌入式技术在生活和工作中的应用非常广泛。随着电子通信技术的快速发展，人们对电子通信设备的能耗要求也越来越高，节能控制系统应运而生。传统基于嵌入式电子通信设备节能控制研究如下：文献[2]基于嵌入式的智能电气节能控制系统传输端未利用芯片监控设备数据，节能效果不明显;文献[3]设计了基于嵌入式Linux的智能家居照明节能控制系统，该系统维护成本高，不适用于通信设备较多区域的节能。为解决以上系统存在的问题，设计嵌入式电子通信设备节能控制系统，提高电子通信设备的节能效果。

1  嵌入式电子通信设备节能控制系统设计

1.1  系统整体架构设计

嵌入式电子通信设备节能控制系统包括应用端、终端、控制端和传输端，其整体架构如图1所示。该系统的终端负责嵌入式数据的统计、解析和通信，它的主要部件为网关服务器;应用端主要负责嵌入式电子通信设备的监控和分析[4];控制端依据嵌入式理论，采用软硬件相结合的控制方式，实现嵌入式电子通信设备的高效节能;传输端负责数据的传输。

1.2  传输端设计

传输端在嵌入式电子通信设备节能控制系统中是核心部分，它接收网关服务器利用传输控制协议与应用端传输的数据，采用RS 488总线与控制端连接，网关服务器是应用端、终端、控制端和传输端的通信枢纽[5]。图2为传输端芯片的RS 488总线传输串口图。

由图2可以看出，嵌入式电子通信设备数据是通过应用端获取的，终端采用TCP/IP协议接收这些数据，并通过RS 488总线传输串口将数据发送到控制端。RS 488总线传输串口采取射频差分无线传输方法与控制端半双全工通信，同时采用SN65LB芯片控制嵌入式通信设备数据的监控和解析[6]。SN65LB芯片可以完成125个嵌入式电子通信设备数据的并行传输，它的传输准确率较高，同时能够提高系统的节能效果[7]。

1.3  节能控制执行电路设计

节能控制执行电路是控制端的核心，负责电子通信设备的节能控制，它包括STC89C57RC单片机、继电器和单相稳定继电器[8]。继电器能够隔离单片机和单相稳定继电器，保护单片机，同时启动单相稳定继电器的运行，并设置单相稳定继电器的监控指示器。电路采用DC?AC SSR?73FB清零型单相稳定继电器控制电压和电流，节能控制执行电路的电压是DC 3～30 V，电流是4～12 mA，额定工作电压是AC 22～360 V，额定最大工作电流[9]是53 A。节能控制执行电路如图3所示。

1.4  无线通信模块电路

终端中的无线通信模块通过电路进行通信，图4为无线通信模块电路图，电子通信网络中全部节点均采用该电路进行信息通信，通过软件划分无线通信网络中调节器、路由器和终端的功能。

1.5  系统软件设计

系统采用控制软件控制节能控制指令。控制软件是通过网页发出指令，该网页的页面简单明了且方便操作，它可以完成节能场所中所有嵌入式电子通信设备的节能控制[10]。指令操作界面如图5所示。

由图5可以看出，指令操作界面由4个部分组成，按用户使用顺序划分：第1部分可完成系统用户注册、登录和退出;第2部分查询嵌入式电子通信设备的房间;第3部分可完成所需节能区域中所有嵌入式设备信息的汇总;第4部分为系统软件的核心，该部分可展示控制端输出的节能控制方案，系统的节能控制结果也能够在此被用户查看到。

2  实验分析

2.1  节能效果分析

为验证本文系统的节能效果，实验对比分析本文系统、分布式管理节能控制系统和基于通信协议的节能控制系统的节能效果。选取3台电子通信设备作为实验对象，令3台设备正常工作36 h并记录实际能耗，如表1所示。由表1可知，节能控制前设备1，2，3在36 h的实际总能耗分别为5.842 4 kW·h，45.2 kW·h，1 107.5 kW·h。

将3个节能控制系统分别应用在3台设备上，并完成36 h的节能控制，得到瞬时能耗实验结果如图6所示。由图6可以看出，设备1在时间为24 h時，本文系统的瞬时能耗是108 W，另外两个系统的瞬时能耗分别是116 W和135 W。另外设备2和设备3同理，应用本文系统的设备瞬时能耗曲线，一直处于另外两个系统设备瞬时能耗曲线的下方，说明本文系统的节能效果明显高于其他两个系统。由于曲线图仅仅展现出系统的瞬时能耗，对于电子通信设备的整体节能效果描述不清晰，因此将图中数据总结成表，如表2所示。

分析表2数据可得，设备1通过本文系统节能控制后的能耗为4.833 5 kW·h，经其他两个系统节能控制后的能耗分别为5.087 1 kW·h和5.516 3 kW·h，与节能控制前设备1的能耗5.842 4 kW·h相比，本文系统控制后的能耗显著降低，另外两个系统的节能效果不高;同理，设备2，3在本文系统控制后的能耗分别为32.6 kW·h，968.4 kW·h，较节能控制前有大幅降低。由此可见，本文系统在实际应用中可将电子通信设备的能耗降低到额定功率之下，证明本文系统具有较高的节能效果。

2.2  系统性能分析

为验证本文系统的节能控制能力，对比分析本文系统和传统组合式补偿节能控制系统的节能控制性能。表3为本文系统与传统组合式补偿节能控制系统，在不同阻性负载下的节能控制输出电压情况。表4为不同直流母线电压下两个系统的空载输出电压情况。

由表3可以看出，在负载电流不断增加的情况下，本文系统的输出电压一直保持在220 V，而传统组合式补偿节能控制系统的输出电压随着负载电流的增加无规律的不断变化，无法维持在固定值。由此说明，本文系统能够在不同负载条件下输出平稳电压。

由表4可知，当直流母线电压不断变化时，本文系统的交流输出电压始终为220 V，此时传统组合式补偿节能控制系统的交流输出电压随着直流母线电压的增加而不断增加，从227 V一直增加至261 V，这在实际应用中存在较大安全隐患。由此可知，本文系统在直流母线电压不稳定时，依旧可以将交流输出电压控制在稳定值，提高了实际应用中的安全系数。

图7和图8为整流负载下，本文系统与传统组合式补偿节能控制系统以及分布式管理节能系统的输出电压波形和输出电压频谱曲线。

由图7可以看出，本文系统的总谐波失真量最高为10.6 V，最低为4.2 V;另外两个系统的最高总谐波失真量分别为12 V，11.6 V，最低分别为6.3 V，5.5 V。由此可知，本文采用嵌入式技术设计的电子通信设备节能控制系统，具有较好的谐波抑制效果，总谐波失真量较低。

由图8可以看出，随着谐波频率不断增加，两个對比系统的谐波衰减持续波动，本文系统的中低次谐波的衰减明显加强，但高次谐波的衰减未发生明显波动，说明本文系统节能控制稳定性较高。

3  结  论

本文设计并实现一种基于嵌入式技术的电子通信设备节能控制系统。系统包括应用端、终端、控制端和传输端四个部分。系统中的设备控制器通过获取电源温度，将数据传递给节能控制执行电路，调控电源运行状态，以达到节能效果。实验结果表明，所设计的系统节能控制后的设备能耗为4.833 5 kW·h，较节能控制前的设备能耗5.842 4 kW·h相比有大幅降低，节能效果显著;在不同负载电流下，本文系统的输出电压一直保持在220 V，系统性能稳定。

参考文献

[1] 王颖锋，张彦周，高韬.多核嵌入式系统总线冲突避免的节能调度综述[J].计算机应用研究，2014，31（4）：961?964.

WANG Yingfeng， ZHANG Yanzhou， GAO Tao. Survey on energy?efficient task scheduling with bus conflict avoidance for multi?core embedded systems [J]. Application research of computers， 2014， 31（4）： 961?964.

[2] 王莉丽，宋小芹.基于嵌入式的智能电气节能控制研究[J].科学技术与工程，2016，16（19）：255?258.

WANG Lili， SONG Xiaoqin. Based on embedded intelligent electric energy?saving control research [J]. Science technology and engineering， 2016， 16（19）： 255?258.

[3] 陆彩霞.基于嵌入式Linux的智能家居照明节能控制系统研究与实现[J].微电子学与计算机，2016，33（10）：139?142.

LU Caixia. Smart home based on embedded Linux lighting energy?saving research and implementation of control system design[J]. Microelectronics & computer， 2016， 33（10）： 139?142.

[4] 黄笑笑.嵌入式多媒体通信中节能路由选择仿真研究[J].计算机仿真，2017，34（3）：173?176.

HUANG Xiaoxiao. Simulation of energy?saving routing in embedded multimedia communication [J]. Computer simulation， 2017， 34（3）： 173?176.

[5] 罗殊彦，朱怡安，王伟超.嵌入式系统节能能力度量模型研究[J].西北工业大学学报，2016，34（3）：536?543.

（上接第17页）

LUO Shuyan， ZHU Yian， WANG Weichao. The research of energy?saving capability measurement model in embedded system [J]. Journal of Northwestern Polytechnical University， 2016， 34（3）： 536?543.

[6] 宋执环，杜往泽，李斌，等.基于图像检测的除尘风机嵌入式控制系统[J].仪器仪表学报，2014，35（5）：1192?1200.

SONG Zhihuan， DU Wangze， LI Bin， et al. Embedded control system of dust blower based on image detection [J]. Chinese journal of scientific instrument， 2014， 35（5）： 1192?1200.

[7] 杨帆，梁溪，龙柯宇，等.WiFi设备间节能通信抗频偏数据分组检测[J].通信学报，2016，37（10）：48?55.

YANG Fan， LIANG Xi， LONG Keyu， et al. Anti?frequency?shift packet detection for D2D power?saving communications over WiFi network [J]. Journal on communications， 2016， 37（10）： 48?55.

[8] 刘桂涛，李志敏，郭海如.船舶永磁同步电机的嵌入式节能调度方法研究[J].舰船科学技术，2016，38（13）：128?132.

LIU Guitao， LI Zhimin， GUO Hairu. Embedded energy?efficient scheduling method of permanent magnet synchronous motor ship [J]. Ship science and technology， 2016， 38（13）： 128?132.

[9] 张冬松，王珏，赵志峰，等.PLUFS：一种开销敏感的周期任务在线多处理器节能实时调度算法[J].计算机研究与发展，2016，53（7）：1454?1466.

ZHANG Dongsong， WANG Jue， ZHAO Zhifeng， et al. PLUFS： an overhead?aware online energy?efficient scheduling algorithm for periodic real?time tasks in multiprocessor systems [J]. Journal of computer research and development， 2016， 53（7）： 1454?1466.

[10] 闫龙，覃团发，李亮亮，等.基于网络编码的无线体域网多中继协作节能策略[J].电讯技术，2014，54（3）：355?360.

YAN Long， QIN Tuanfa， LI Liangliang， et al. A multi?relay cooperative energy?saving strategy based on network coding in wireless body area networks [J]. Telecommunication engineering， 2014， 54（3）： 355?360.