可重构设计的测控站监控系统研究与实现

接与数据处理计算机连接。每个智能的数据接口单元可以管理具有串口接口的8路测控设备、8路数字量接口测控设备、4路继电器接口的开关设备等。可重构监控系统的实现

　　在可重构监控系统中，实现硬件可重构的关键是设计具有智能管理和控制功能的数据接口单元DIU，它可以适应具有不同物理接口的测控设备，可以就近管理和控制测控设备，并将所有测控设备的信息转换为网络接口，转发至数据处理计算机。

　　1 数据接口单元DIU

　　为了保证系统的运行稳定、可靠和配置灵活，以适应不同的应用需求，采用主流工业控制产品 PC104模块进行二次开发。

　　① 数据接口单元实现的功能

　　● 提供8路全双工通信的串行口，物理接口可以根据实际系统需要设置为RS-232C/RS-485/RS-422A，灵活适应受控设备的信息接口。

　　● 提供8路光电隔离的数字量输入和8路继电器输出接口。

　　● 提供1路10/100M自适应以太网数据接口，接口为RJ-45。

　　● 通过网络自动转发将受控设备的信息发至MCS操作计算机。

　　● 接收来自监控计算机的控制信息，自动转发至指定的受控设备。

　　● 通过监控计算机可以对DIU进行运行参数配置，包括通信速率、DIU工作方式等。

　　● MCS操作计算机可以查询DIU的运行状态信息。

　　② 数据接口单元的实现

　　硬件设计采用适应工业控制环境的PC104 586工业控制机和接口模块。

　　CPU：300MHz主频；32MB DRAM内存；16个中断；2个RS-232C标准串行口；10M/100M BASE-T标准网络接口；支持鼠标/键盘/软驱/IDE硬盘接口，支持IDE Flash电子盘。

　　通信卡：支持8通道RS-232C/RS-422A/RS-485标准串行通信，每一通道均可单独设置。每个通道最高支持115.2KB/s的通信速率。

　　数据采集卡：支持8通道光电隔离DI，8通道继电器输出。每一路输入均可支持DC或AC输入，输入均支持SPDT模式，具有三种状态：公共端、常开、常闭，转换速率为5ms。

　　③ 嵌入式软件设计

　　数据接口单元的软件设计采用嵌入式系统设计，我们选用Linux作为开发平台，需要完成的工作有：

　　● 通过宿主机对Linux进行合理的裁剪。由于嵌入式系统的容量有限，必须将庞大的Linux进行剪裁，适应嵌入式的应用。

　　● 实现Linux对电子盘DOC2000的驱动。

　　● 设计对扩展的8路串口通信卡的驱动程序。

　　● 设计数字I/O卡的Linux系统驱动程序。

　　● 根据数据接口单元实现的功能，设计数据处理的应用程序。

　　● 将稳定的Linux映像烧写到电子盘DOC2000里面。

　　数据接口单元设计完成后，则作为没有输入、输出外设的智能管理设备，管理和控制所属的测控设备。

　　2 可配软件设计

　　在监控软件设计上采用工业控制系统的组态思想，将不同的测控设备抽象为不同类别的控制设备控件，构造系统配置数据库和设备控件数据库。通过修改数据库参数，可灵活地配置软件系统。图3是监控系统软件结构示意图。

　　图3 地面站监控系统软件结构

　　① 设备控件库

　　将所有的测控设备进行分析并分类整理，将它们抽象为具有不同显示属性和控制属性的设备控件，来分别对应实际的测控设备，通过操作该设备控件就可以实现对物理测控设备的控制。例如，变频器控件、开关矩阵控件、数据采集接口单元等(见图 4)。由于控件和监控系统主程序可以分开进行开发，具有一定的独立性。

　　通过构建设备控件库，可以增加整个地面监控软件的复用性和通用性。经过多年的开发和应用，我们已经构建了相当规模的设备控件库，基本可以满足一般地面站的监控软件监控需求。

　　图4 系统中利用控件作为主要的显示形式（示例）

　　② 系统配置数据库

　　为了保证系统的可重构性，设计了系统配置数据库，保存当前整个系统的设备控件的类型、种类、接口形式等以及系统链路的配置情况，多个DIU的IP地址以及其各个通道设备配置情况等信息。当测控系统的测控设备组成发生变化或者添加测控设备时，通过系统的配置程序对系统配置数据库进行更改或者添加必要的设备控件，就可以实现从硬件到软件的重构。

　　通过配置程序和运行程序，把系统框架和监控的内容相分离，通过配置数据库使二者有机结合起来，使系统具有较强的灵活性和扩展性。