基于Windows CE的嵌入式网络监控系统的设计与实现

个系统的核心,主要由PC/104系统、控制台面板(键盘)和液晶显示器组成,需要接入互联网。其结构如图2所示。

3.2 网络控制器

　　网络控制器硬件如图3所示。

　　处理器采用美国德州仪器有限公司(TI)的MSP430,与主控台通过RS-232通信,下层接CAN总线中转器,同时通过无线收发模块与遥控器进行无线连接。网络控制器负责主控台各部分权限的分配,并可以减少用于与控制台通信的CAN卡的数量。

3.3 提升机控制器

　　提升机控制器硬件如图4所示。

　　处理器采用Philips公司的89C51RD+单片机,用计数器读码盘转过的角位移,向上位机发送时折算成线位移。同时采用霍尔传感器采集三路电流值,对电机实现过流保护。

　　交流变频电机控制部分采用光电式码盘测量电机转角,实现闭环控制,如图5。

3.4 灯具控制器

　　每个灯配一个控制器。处理器选择Philips公司带A/D的80C552EFA单片机,其硬件结构如图6所示。

　　灯具控制器接收并解释上位机发来的命令,然后执行命令。若上位机需要返回值,则执行后向上位机发返回帧。采用中断方式接收命令。主要功能有:

　　(1)AD采样各个自由度的角位移量;

　　(2)根据设定位置值,通过算法把自由度调到相应位置;

　　(3)实现各自由度的限位功能;

　　(4)出现异常给上位机发异常命令。

4 网络监控系统的实现

4.1 系统硬件特点

　　嵌入式网络监控系统是可移动的小型化控制系统。硬件是研华公司的PCM-3350 PC/104及LCD显示器。与一般的台式PC系统相比,PC/104嵌入式系统体积小,结构紧凑,系统模块化;与单片机系统相比,PC/104资源丰富,运算速度快,产品系列化,可靠性高,可以充分利用丰富的软件资源和成熟高效的应用开发平台,有利于提高开发效率和系统的可靠性,适合数据量大、数据类型多的数据采集和处理系统。

4.2 系统功能

　　主控台负责用户命令向下的传递并显示下层向上反馈的信息。因此,监控系统与底层设备有大量的数据交换,需要处理大量的实时信息,对实时性的要求比较高。而采用嵌入式操作系统Windows CE 3.0可以满足系统对实时性的要求。

　　同时,网络监控系统需要接入互联网,以便实现远程网络通信功能,进行远程诊断。远程诊断的目的就是能将现场设备的状况及时传到维修中心的计算机网络上,维修中心能够对设备进行监控,及时了解设备出现的故障,指导现场人员对设备进行维修。因此,系统需要通过网络把现场系统的一些特殊工作状态信息传递到现场控制室和远端的维修中心。此外,本地系统工作时也需要实时监测系统的运行状态,给出各个提升机和灯具的状态信息,有错误及时报警,并报告故障位置和故障类型,使系统易于维护和检修。

4.3 图形用户界面设计

　　操作人员通过监控系统实现对整个数字布光系统的控制。为了克服以往系统不易操作,吊杆、灯具运行状态显示不形象的缺点,本文所实现的网络监控系统在其人机交互界面中以三维动画方式显示吊杆和灯具的动态运行过程,同时在界面中显示描述吊杆及灯具运动位置和运动速度的具体参数。系统的操作也相对简单。

4.4 串口通信程序

　　主控制台与下层网络控制器的通信通过PC/104的RS-232串口实现。

　　基于Windows CE的设备采用RS-232-C标准与串行设备和其他计算机通过串行连接交换数据。Windows CE支持基于Windows的台式机上用于串行通信的标准函数。主要有CreateFile()、CloseHandle()、GetCommState()、SetCommState()、 SetupComm()、PurgeComm()、SetCommMask()、WaitCommEvent()、ClearCommError()、ReadFile()、WriteFile()等函数。这些函数可以用于打开、关闭和操作串行口,传送和接收数据以及管理连接。

　　在具体的串行通信程序开发中,采用事件驱动方式。为了实时响应事件,创建专门的监视辅助线程,有数据到达时依靠事件驱动,读入数据并运行相应的接收数据处理程序,以完成相应的工作。

4.5 网络功能

　　当现场工作系统出现难以解决的故障时,现场工作人员可以通过Internet将故障信息发送到维修中心。首先由现场用户输入服务器的IP地址和端口号,然后启动网络通信模块,创建Winsock套接字,绑定IP地址和端口号,与维修中心的服务器正处于侦听状态的套接字连接,从而将故障信息从现场传递到维修中心的服务器,让维修人员及时地了解系统的运行状态并诊断故障原因。

　　随着网络技术的不断发展,网络在工控领域中的影响越来越大。本文介绍的数字布光监控系统将网络技术与嵌入式系统相结合,使得系统在操作、安装、维护等各方面都变得相当简单。同时,系统在安全性,可靠性等方面也有了很大的提高。