基于Winodws CE的嵌入式網(wǎng)絡(luò )監控系統的設計與實(shí)現

摘要：該系統以Windows CE嵌入式操作系統為核心，利用串口及CAN總線(xiàn)與底層I/O節點(diǎn)進(jìn)行數據通信，并實(shí)現對下層設備的實(shí)時(shí)監控。主控制臺可以直接聯(lián)入Internet網(wǎng)，應用嵌入式系統中的網(wǎng)絡(luò )功能，將系統故障信息向維修中心的服務(wù)器傳遞，實(shí)現遠程診斷。

布光系統是廣泛應用于電視演播廳、電影攝影柵、體育場(chǎng)館以及舞廳的一種機械化照明燈具有其控制系統，是為增強舞臺藝術(shù)效果的一種燈光控制設備。目前，布光系統存在的問(wèn)題是：人機界面差，操作復雜；不能實(shí)時(shí)檢測故障部位及原因，系統故障率大，難以維護；不能實(shí)現對被控對象的全部控制，只實(shí)現了單一、局部控制；缺乏形象的吊桿、燈具動(dòng)作顯示。

本文介紹的布光監控系統采用數字化分布嵌入式控制系統實(shí)現布光任務(wù)。在布光系統中采用其于Windows CE的嵌入式網(wǎng)絡(luò )監控系統。該系統實(shí)時(shí)性好，可靠性高；速度快，大容量的特性可以適應不斷增長(cháng)的系統數據處理需求；體積小，結構設計方便靈活，設備和軟件成本大幅下降；基于Windows的嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)相對普及，人才成本下降。

1 系統概述

應用于布光系統的嵌入式網(wǎng)絡(luò )監控系統為數字雙向串行通訊控制系統。整個(gè)系統由控制臺、網(wǎng)絡(luò )控制器、提升設備、燈具控制器四部分組成。其中控制臺由專(zhuān)用控制臺、備份控制臺和無(wú)線(xiàn)遙控三部分構成；網(wǎng)絡(luò )控制器負責網(wǎng)絡(luò )數據的傳輸，包括控制臺向下傳輸命令和下位機傳感器信號的返回，同時(shí)負責各控制臺之間的切換；提升設備由提升機控制器、提升機和吊桿構成；燈具控制器控制燈具實(shí)現不同的動(dòng)作。

系統總體框圖如圖1所示。

主控臺是系統的主要控制平臺，硬件由PC/104和液晶顯示器組成，同時(shí)使用Microsoft的Windows CE操作系統。備份控制臺由普通PC機實(shí)現，刪減主控制臺功能，保留部分必要的功能，起到備份數據和輔助控制的作用。遙控器是手掛式輔助控制器，在100m內可以可靠有效地控制系統。無(wú)線(xiàn)遙控模塊采用單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片nRF401。該芯片具有低發(fā)射功率和高接收靈敏度的特點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò )控制器負責主控臺、備份臺、遙控器三個(gè)控制臺直接控制權力的分配，同時(shí)負責由上而下控制命令的傳輸以及傳感器信息由下而上的傳遞。網(wǎng)絡(luò )控制器與主控臺和備份臺之間的通信分別采用RS-232串口和CAN總線(xiàn)實(shí)現。CAN總線(xiàn)具有抗干擾能力強和可靠性高的特點(diǎn)。

被控節點(diǎn)有兩種：一種是提升機控制器，采用變頻調速控制；另一種是燈具控制器。網(wǎng)絡(luò )控制器與被控節點(diǎn)之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。系統可控路數需達到1000路。因此，為了擴展CAN網(wǎng)的節點(diǎn)，6個(gè)CAN總線(xiàn)中轉器與網(wǎng)絡(luò )控制器相連，每個(gè)中轉器下接6個(gè)CAN子網(wǎng)，共有36個(gè)CAN總線(xiàn)子網(wǎng)。

2 Windows CE簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)

主控制臺的操作系統采用微軟公司的嵌入式Windows CE 3.0。Windows CE是一種緊湊、高效、可伸縮的操作系統。主要面向各種嵌入式系統和產(chǎn)品。它具有多線(xiàn)程、多任務(wù)、完全搶點(diǎn)式的特點(diǎn)，是專(zhuān)門(mén)為各種有很?chē)栏褓Y源限制的硬件系統設計的。它的模塊化設計使嵌入式系統和應用應用開(kāi)發(fā)者能夠方便地定制以適應一系列不同的產(chǎn)品。Windows CE操作系統包括以下主要模塊：

（1） 內核模塊，支持進(jìn)程和線(xiàn)程處理及內存管理等基本服務(wù)；

（2） 內核系統接口模塊，允許應用軟件訪(fǎng)問(wèn)操作系統；

（3） 文件系統模塊，支持持久穩固的信息存儲；

（4） 圖形窗口和事件子系統模塊，控制圖形和Windows相關(guān)的圖形用戶(hù)界面；

（5） 通信模塊，允許同其他設備進(jìn)行信息交換。

Windows CE支持多種外設和網(wǎng)絡(luò )系統，包括鍵盤(pán)、鼠標、觸摸屏、串行口、以太網(wǎng)卡、調制解調器、USB設備、單頻設備、并行口、打印機和存儲設備。Windows CE支持超過(guò)1000個(gè)常用的Microsoft Win32 API和一些附加的編程接口，可用于開(kāi)發(fā)應用程序。這些接口包括COM、MFC、ATL等。此外，Windows CE支持用于管理時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)響應的實(shí)時(shí)處理；各種串行通信和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，包括支持USB；為Windows CE用戶(hù)提供Web服務(wù)的移動(dòng)頻道；用于進(jìn)程間通信的Automation和其他方法；還支持管理可安裝設備等可選組件。

對于Windows CE而言，原始設備制造商（OEM）能開(kāi)發(fā)硬件適配層OAL（OEM Adaptation Layer），其他開(kāi)發(fā)者可以開(kāi)發(fā)內部驅動(dòng)程序、可安裝驅動(dòng)程序及運行在嵌入式設備上的應用程序。獨立軟件提供商ISV(Independent Software Vendor)能獨立于硬件平臺開(kāi)發(fā)應用軟件：

（1） 32位多線(xiàn)程、多任務(wù)、完全抑占式的操作系統；

（2） 強大的圖像顯示功能支持，用戶(hù)能定制完全自己風(fēng)格的操作界面；

（3） 支持大部分Win32 API，使得基于其他Windows的應用程序地 方便地移值到Windows CE上；

（4） 體積小，并能夠從ROM直接啟動(dòng)，無(wú)需硬盤(pán)，不存在系統崩潰和病毒感染問(wèn)題。

Windows CE是為便攜式電腦設計的新型平臺。它提供Windows操作系統的堅實(shí)子集。同時(shí)，微軟公司為Windows CE的開(kāi)發(fā)提供了一套完整且功能強大的系列工具，從硬件調試到軟件開(kāi)發(fā)都為用戶(hù)提供了方便。

3 系統組成及結構

3.1 主控臺

主控臺是整個(gè)系統的核心，主要由PC/104系統、控制臺面板（鍵盤(pán)）和液晶顯示器組成，需要接入互聯(lián)網(wǎng)。其結構如圖2所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò )控制器

網(wǎng)絡(luò )控制器硬件如圖3所示。

處理器采用美國德州儀器有限公司（TI）的MSP430

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