摘 要:我国是能源消耗量第二大国，工业生产和大型公共建筑能耗占了社会终端能耗的绝大部分，其中主要包括电能、水、热冷气等。工业生产和大型公共建筑存在很大的节能空间，实现对厂区、公共建筑内的能耗监控及分析管理等工作，对于能耗管理和节能改造有巨大意义。

本文以工厂和大型建筑能耗数据的监测和分析为背景，设计了一种基于cortex-A8和Linux的能耗系统网关设备。本设计采用内核为cortex-A8的控制芯片S5PV210，并搭建了能耗系统网关的硬件平台。设计关键在于使用嵌入式C语言开发工具Eclipse，进行网关系统模型设计和重点模块串口通信、TCP网络以及XML数据存储的细化设计。

本文对能耗系统网关设计主要分成三个方面：系统硬件电路设计、Linux软平台设计以及应用层软件设计。硬件设计主要包括主控芯片、电源、存储器、网络接口、RS485接口以及SD卡扩展槽等。Linux软平台囊括了引导加载内核、内核裁剪、根文件系统和XML库应用等。应用层软件在Linux系统基础上，采用嵌入式C语言实现，主要包括RS485串口数据通信、TCP/IP网络通信、XML格式数据存储，数据采集和远传符合相应的规约和标准。

本文所设计的能耗系统网关依托能耗智能监测平台，在厂区和公共建筑内的能耗数据采集、处理、上传等方面表现突出，为最终监测平台的统计分析和预测规划打下了良好的基础。通过对网关内协议的添加，扩大了能耗系统网关的适用范围，在多种能耗数据采集方面取得了很好的效果。

关键词：嵌入式系统；智能网关；数据监测；通信协议

 

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 选题背景-1

1.2 国内外研究现状-1

1.2.1 数据采集系统-1

1.2.2 数据采集网关发展和现状-2

1.3 本文主要工作和组织结构-2

1.3.1 本文主要工作-2

1.3.2 本文组织结构-2

第2章 能耗系统网关总体设计-5

2.1 嵌入式技术-5

2.2.1 嵌入式处理器-ARM-5

2.2.2 嵌入式操作系统-Linux-5

2.2.3 嵌入式开发模式-交叉编译-5

2.2 网关设备架构-6

2.3 监测系统构成-6

2.4 规范、标准、功能指标-7

第3章 硬件电路设计-9

3.1 系统基本硬件方案-9

3.2 最小系统设计-9

3.2.1 微控制器芯片-9

3.2.2 电源设计-10

3.2.3 存储器设计-10

3.3 外围电路设计-12

3.3.1 串行接口-12

3.3.2 SD卡接口-13

3.3.3 网络接口-13

第4章 软件设计-17

4.1 系统软件设计-17

4.1.1 引导加载内核-17

4.1.2 内核裁剪-17

4.1.3 根文件系统-17

4.1.4 XML库应用-18

4.2 应用层软件设计-18

4.2.1 串口数据通信-18

4.2.2 数据处理-20

4.2.3 TCP/IP网络通信-21

4.2.4 XML数据存储-23

4.2.5 身份验证-MD5-25

4.2.6 XML数据包加密-AES-25

第5章 能耗系统网关功能测试-27

5.1 测试环境搭建-27

5.2 测试过程及结果-28

第6章 总结与展望-31

6.1 总结-31

6.2 展望-31

参考文献-32

致  谢-34