嵌入式技术在电子通信系统节能中的应用

发布时间：2025-02-08 06:19

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嵌入式技术在电子通信系统节能中的应用

发表时间：2021/7/6 来源：《基层建设》2021年第11期作者：樊伟

[导读] 摘要：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，嵌入式技术在生活和工作中的应用非常广泛。

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        摘要：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，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。
        关键词：嵌入式技术；电子通信系统；节能；应用
        1嵌入式技术在电子通信节能中的应用
        1.1电源调度的管理
        利用嵌入式技术能同时实现对多个任务处理单元的调度，关闭不工作的设备，从而降低与控制能耗。过去使用的电源调度技术集中在实时系统和处理器，却不能直接将调度扩展到其他设备中，通过优化放电功率配置文件能提升电池容量的利用率，同时采用集中分布式电压处理单元，实现对电压空闲时间的合理配置，从而有效降低平均放电功率，实现对有限能源的高效利用。
        1.2软件电源的优化
        在电子通信系统中，能耗主要发生在交互活动中，交互活动产生的能耗很大程度上与该系统使用的软件有关。从软件性能和能源消耗两个角度分析以能源为导向的指令调度技术，并在此基础上提出了多种调度算法，通过调度技术试验结果发现，在系统设计时可同时考虑能源消耗与系统性能。利用嵌入式技术手段不但可以有效降低能耗，而且也实现了最佳的系统性能匹配。以性能为导向的歹毒算法能降低至少30%的能耗，采用便携式的嵌入式系统，通过优化调度算法来降低指令数量和内存访问的次数，从而能更有效地控制系统能耗。
        1.3降低电子通信功耗与安全功耗
        电子通信设备内芯片总线上的无线通信是芯片功耗主要来源，使用总线编码技术能有效控制设备系统的能耗，增加数据延迟和吞吐量性能。采用嵌入式处理技术，通过对编码器的优化调整能最大程度上降低指令总线位过渡，通过总线位活动的变化使得总线的能耗大大下降。此外，电子通信系统中的安全协议包括了复杂的计算与交流，但因为数据传输复杂敏感，且存在不确定性，因此采用嵌入式应用安全协议十分必要。在过去安全协议嵌入时出现存储空间不足、欠缺有效计算机单元和低带宽通信基础设施等问题，电力资源受到了很大的限制，为此必须使用更低能耗的安全协议，如微聚合服务的应用能提供简便的信息查询，使得在较低功耗无线传感器网中分布和执行效率更高。
        2嵌入式电子通信设备节能控制系统的设计
        2.1系统整体架构设计
        一般来说，嵌入式电子通信设备的节能控制系统应当要划分为4大部分，包括有应用端、终端、控制端以及传输端，如图1所示。整个嵌入式系统的数据统计，分析以及数据的交换都由终端系统负责，终端系统当中十分重要的部件便是网关服务器。应用端主要是负责对于整个电子通信设备的分析以及运行情况监控。而控制端则通过硬件与软件的有效结合，从而实现对于整个电子通信设备的节能控制。而传输端主要就是负责对于数据的传输。
        2.2传输端设计
        电子空气设备的主要目的是进行信息的传播，正因如此传输端对于整个电子通讯设备节能控制系统而言是十分关键的一部分，因此对于传输端的设计应当要十分重视。传输端通过对于网关服务器传输控制协议的接收以及应用端传输数据的采集，利用RS488总线时间与控制端的有效衔接。网关服务器作为整个电子的通信设备，进行控制系统四大部分的通信枢纽，在整个系统当中扮演着重要角色。

        图1系统整体架构图
        在传输端设计中数据是通过应用端进行终极进而进行传输的，在终端采用IP或者TCP协议来进行接收，进而使用RS488总线传输串口将这些数据汇总，进而传输到控制端进行数据分析。RS488传输串口采用射频差分无线传输方法控制端半双全工通信，而在芯片上采用EN65LB实现对于整个嵌入式通信设备的数据监管和分析，采用这种芯片能够实现125个嵌入式电子通信设备数据的同时传输，而且传输数据的传输效率较高，同时也能够很好的实现对于系统的节能。
        2.3节能控制执行电路设计
        对于节能控制执行电子设计是控制端的核心，整个电路应当要包含三个部分STR89C57RC单片机，负责隔离单片机与单相稳定继电器的继电器以及单相稳定继电器。继电器的存在是为了保护单片机，同时也能够是单向稳定继电器平稳运行。除此之外继电器的生产还能够实现，对于单向稳定继电器监控指示器的设置。整个电路利用DC-AC?SSR-73FB清零型单相稳定继电器来实现对于电压和电流的控制。整个线路当中的工作电压，应当在AC22～360V之间，整个电路中电压应当稳定在DC3～30V，电流是4～12mA，整个节能控制执行电路如图2所示。

        图2节能控制执行电路
        2.4无线通信模块电路
        无线通信模块电路设计也是整个电子通信，借用控制系统的重要组成部分，电子通讯网络当中的全部节点都通过无线通信模块电路来进行信息的通信。该模块电路通过软件可以划分功能，包括对于无线通信网络中调机器的功能，路由器和终端功能的划分。图3为无线通讯模块的电路图。

        图3无线通信模块电路
        2.5系统软件设计
        系统软件是能够发出指令实施，对于整个节能控制系统控制的重要组成部分，通过对于控制软件的设计能够更加清晰直观的实现对于电子通信设备节能控制系统的控制。控制软件是通过网页来发出指令的，这种指令更加简单方便操作。整个指令操作界面应当是由四大部分所组成的，每个部分都能够完成相应的功能。第1部分的主要功能是实现对于用户的注册登录以及用户退出系统等相关操作。第2部分是对于用户信息及使用说明进行介绍，查询电子通讯设备的房间。第3部分则是对于信息进行汇总。最后一部分用于展示节能控制方案，这一部分的节能控制方案通过相应系统能够直观的反映给用户，方便用户的下一步操作。
        3实验分析
        3.1节能效果
        为验证嵌入式电子通信设备节能控制系统的节能效果，本文采取实验的方式分析比较了嵌入式电子通信节能控制系统和其他系统节能的效果，并将各自产生的设备运行能耗以数据表格的形式进行汇总分析。从实验的结果分析可知，相同时间内，本系统电子通信设备瞬时能耗为100W，其他系统的瞬时能耗分别是112W和130W。在设备能耗相同的情况下，绘制本系统和其他两个系统设备的瞬时能耗曲线，本系统在其他两个系统设备瞬时能耗曲线下面，进而证明了采用嵌入式技术以后所设计的电子通信节能控制系统的节能效果更为理想。
        3.2系统性能
        为了进一步分析嵌入式电子通信节能控制系统节能效果，分析本系统与传统组合式补偿节能控制系统之间的节能性，根据在不同阻性负载下节能控制输出电压的情况，当负载电流增加时本系统输出电压保持在220V，但是传统补偿式节能控制系统的输出电压会跟着负载电压的变化而呈现不规律波动，说明本系统即便在不同电流负载下其输出电压相对较为稳定。在直流母线电压变化时，本系统交流输出电压的数值一直维持在220V，而传统节能控制系统的交流输出电压会随着母线电压的增大而增大，存在的安全隐患较大。由此可以说明，本系统的性能较为稳定。
        结束语
        电子通信行业在当前的社会发展当中扮演着十分重要的角色，电子通信行业的节能控制也是电子通信行业发展中所必要考虑的问题。嵌入式技术在电子通信节能中的应用取得了较好的成果，是值得在今后的电子通信节能控制系统设计当中多加引用的。本文从嵌入式技术，真心入手进而利用嵌入式电子通信设备节能控制系统进行设计，设计结果显示，本文所设计的节能控制系统在电子通信节能控制方面能够取得较好成果，可以满足当前对于电子通信设备节能控制的需要。
        参考文献：
        [1]许斌.嵌入式系统的应用分析[J].科技创新导报，2017，14（27）：131-132.
        [2]张帆.基于嵌入式以太网的变电站自动化网络通信研究[D].甘肃：兰州理工大学，2009.