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1、分类号 密级 UDC 注 1 学学 位位 论论 文文 嵌嵌入入式式 Web 服服务务器器在在远远程程 电能质量监控系统中的实现电能质量监控系统中的实现 (题名和副题名) 张张振振华华 (作者姓名) 指导教师姓名 蔡卫峰 副教授 申请学位级别 硕硕 士士 专业名称 控制理控制理论论与控制工程与控制工程 论文提交日期 2010.05 论文答辩日期 2010.06 学位授予单位和日期 南南 京京 理理 工工 大大 学学 答辩委员会主席 评阅人 2010 年 5 月 20 日 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。 声声 明明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中
2、，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： 年 月 日 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 年 月 日 硕士论文 嵌入式 Web 服务器在远程电能质量监控系统中的实现 I 摘摘 要要
3、由于电力系统中的电能质量问题日益突出，同时，人们对电能质量的要求又不断 提高，因此，实时地对电能质量进行监控势在必行。为了安全、方便、快速地掌握现 场电能质量的情况，并能及时地进行控制，本文设计了嵌入式 Web 服务器在远程电能 质量监控系统中的实现。 在硬件方面，本文采用 S3C2410 微处理器为硬件平台，设计了此处理器的外围接 口电路及数据采集电路。其中，外围接口电路的设计包括对电源电路、存储器及接口 电路、通信模块电路（包括串行通信电路和以太网接口电路） 、人机交互接口电路及 JTAG 接口电路的设计；数据采集电路的设计包括对电压/电流互感器电路、信号调理 电路、锁相环电路和 A/D
4、转换电路的设计。 在软件方面，本文首先完成了 Linux 操作系统的移植，然后分别移植了 Boa 服务 器、CGIC 库以及 MiniGUI 系统，并进行了相关的配置。最后，通过 CGI 程序实现了 通过动态网页远程查询电能质量相关数据，以及对远程设备的控制；通过 MiniGUI 程 序实现了本地人机交互界面。 关键词关键词：电能质量、远程监控、Linux、嵌入式 Web 服务器、MiniGUI Abstract 硕士论文 II Abstract The problems of power quality in the power system have become prominent in
5、creasingly. While the requirements of peoples power quality on the increase, the real-time monitoring of the power quality is imperative. To grasp the situation in the on-site power quality safely, conveniently and quickly, and control timely,a system of embedded Web server used in the remote power
6、quality monitoring system was designed in this paper. On the hardware side, based on S3C2410 microprocessor hardware platform,the processors external circuit and the data acquisition circuits was designed in the paper. Among them, the peripheral interface circuit contains a power circuit, the memory
7、 and interface circuits, the communication module circuit (including the serial communication circuit and the Ethernet interface circuit), the interaction of human-computer interface circuit and the JTAG interface circuit; the data acquisition circuit includes the voltage / current transformer circu
8、it, the signal conditioning circuit, PLL circuit and A / D converter circuit. On the software side, the Linux operating system was transplanted at first, and then the Boa server, the CGIC library and the MiniGUI system was transplanted,and then the related configuration was completed. Finally,writed
9、 the CGI program to realize the dynamic web page . Through the dynamic web page,achieved to query the data of the power quality, and to control the remote devices.At the same time, the man-machine interface was implemented by the MiniGUI programs. Keywords: power quality，remote monitoring，Linux，embe
10、dded Web server，MiniGUI 硕士论文 嵌入式 Web 服务器在远程电能质量监控系统中的实现 III 目目 录录 摘摘 要要 .I Abstract.II 1 绪论绪论1 1.1 课题研究背景及意义.1 1.2 国内外研究现状及发展趋势.1 1.2.1 远程监控技术 .1 1.2.2 嵌入式 Web 服务器3 1.2.3 电能质量的研究 .3 1.3 主要研究内容及文章结构4 2 电能质量指标及其检测方法电能质量指标及其检测方法5 2.1 电能质量指标.5 2.1.1 频率偏差 .5 2.1.2 电压偏差 .5 2.1.3 电压波动与闪变 .6 2.1.4 三相不平衡 .6
11、2.1.5 谐波 .6 2.2 电能质量检测方法.7 2.2.1 频率偏差 .7 2.2.2 电压偏差 .9 2.2.3 电压波动和闪变 .9 2.2.4 三相不平衡 .10 2.2.5 谐波 .12 3 系统硬件设计系统硬件设计15 3.1 系统硬件总体结构设计.15 3.2 系统各部分电路的设计.15 3.2.1 ARM9 系列处理器简介 .15 3.2.2 S3C2410 芯片简介16 3.2.3 外围电路设计 17 3.2.4 数据采集电路设计 24 4 系统层软件设计系统层软件设计29 4.1 Linux 操作系统简介 .29 4.2 Linux 操作系统的移植 .29 目录 硕士论
12、文 IV 4.2.1 宿主机开发环境的建立 29 4.2.2 BootLoader 向开发板的移植 .30 4.2.3 内核向开发板的移植 33 4.2.4 根文件系统的建立 36 5 嵌入式嵌入式 Web 服务器的设计与实现服务器的设计与实现39 5.1 系统应用软件总体结构设计39 5.2 嵌入式 Web 服务器的设计 39 5.2.1 嵌入式系统网络管理 .39 5.2.2 套接字（socket）编程原理.40 5.2.3 Boa 服务器42 5.2.4 公共网关接口技术（CGI）及 CGIC44 5.2.5 网页设计及实现 49 5.3 MiniGUI 的设计54 5.3.1 GUI
13、系统的选择 .55 5.3.2 MiniGUI 的概述55 5.3.3 MiniGUI 的移植56 5.3.4 MiniGUI 的程序设计59 6 结论结论63 致致 谢谢.65 参考文献参考文献.67 附录附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研课题攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研课题.71 附录附录 B 系统实物图系统实物图.72 硕士论文 嵌入式 Web 服务器在远程电能质量监控系统中的实现 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究背景及意义课题研究背景及意义 随着人们对电力需求的加大，电力系统也日渐发展壮大。但是，由于电力系统中 各种非线性负荷的加入，电能质量问题日益突出，如谐
14、波污染、三相不平衡、波动和 闪变等。所以，实时地对远程电能质量进行监测和控制，来确保电能高效、安全地使 用已是势在必行。 电能质量远程监测技术是集计算机技术、网络技术和监控技术于一体的一门技术， 实现了对电网的主动监视、测量、自动控制、保护，以及通信等综合性的自动化功能 。由于能够实现不同地域的数据共享，所以基于 Internet 的网络通信得到迅速发展。 1 2 为了安全方便地实时监测和控制现场，提高生产效率，Web 技术和嵌入式技术结 合地越来越紧密。嵌入式 Web 服务器（Embedded Web Server，EWS）是指在现场监控 设备中引入 Web 服务器，以相应的硬件平台和软件系
15、统为支持，以 Web 技术为核心、 TCP/IP 协议为底层通信协议的基于 Internet 的网络监控设备。随着 Internet 技术 345 的兴起，在嵌入式设备的管理与交互过程中，基于 Web 方式的应用已经成为目前的主 流。这种程序结构是 B/S 结构，即在嵌入式设备上运行一个支持 CGI 功能的 Web 服务 器，能够生成动态页面，在用户端只需要通过 Web 浏览器就可以对嵌入式设备进行管 理和监控，非常方便和实用。 本文采用的是 Linux 操作系统和三星公司的 ARM9 核微处理器 S3C2410 来构建嵌 入式 Web 服务器，以实现对电能质量的监控。由于嵌入式 Web 服务器具有稳定性高、 成本低、实时性强等优点，而且在生产领域能够实现生产的自动化和管理的网络化， 提高生产效率，所以嵌入式 Web 服务器应用于电能质量监控系统具有重要意义。 1.2 国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 远程监控技术远程监控技术 随着人们对远程监控技术的不断研究和应用，远程监控技术已经由最早的单机监 控系统（这种系统是封闭的，主要是对单一设备进行监控） ，
