（电路与系统专业论文）一种自动安全监控系统的设计与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

韭立奎垄叁堂亟堂篮迨童主童塑翌中文摘要摘要：结合目前针对安全监控控制平台的开发、应用经验，基于d s p 的硬件开发技术和开发方法基本成熟，软件监测控制技术比较完善，但在应用工控机过程中仍存在开发结构复杂、稳定性及可控性不足、缺乏技术支持等诸多问题，且应用成本已经无法适应行业竞争，由此经过近1 年的前期方案论证和技术准备，在原有平台基础上决定开发新型安全监控系统。新技术平台在保证优良的实时通信、监测控制功能j i 提下，结构更加紧凑灵活，运行会更稳定，抗干扰性能进一步提升。在人机交互方面，完善后的安全监控系统利用嵌入式系统( a r m9 ) 作为核心处理器，但由于嵌入式开发设备没有并行接口，使得在做工业安全监控时不能通过打印机打印出相应的系统参数和告警信息。本设计根据这一缺陷，创造性的利用c h 语言设计并实现了在嵌入式系统下的串口打印。关键词：工业监控；嵌入式系统：a r m9 ；c + +分类号： i p 2 7 3e 巫至垣厶堂亟堂僮途塞垦sib !a b s t r a c t ：n o w a d a y s ，c o m b i n e ds e c u r i t ym o n i t o r i n gp l a t f o r m sd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n ，d s p b a s e dh a r d w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g ya n dm e t h o dh a v eb e e nm a t u r ea n ds o f t w a r em o n i t o rc o n t r o lt e c h n o l o g yh a sb e e nr e l a t i v e l yc o n s u m m a t e b u ts t i l lh a v el o t so fp r o b l e m s ，s u c ha sc o m p l e x i t yo fs t n i c t u r c ，l a c ko fs t a b i l i t ya n dc o n t r o l l a b l ei nt h eu 姐g eo fc o n t r o l l i n gm a c h i n e d u et ot h o s ef l a w s ，t h r o u g ho v e r1y e a r s p r e l i m i n a r yp l a np r o o fa n dt e c h n i c a lp r e p a r a t i o n ，w ed e c i d e dt od e s i g nab r a n dn e ws e c u r i t ym o n i t o r i n gs y s t e mw h i c hs t i l lb a s e do np r e v i o u sp l a t f o r mf o u n d a t i o n n e wt e c h n i c a lp l a t f o r mg u a r a n t e ef i n er e a l - t i m ec o m m u n i c a t i o na n dm o n i t o rc o n t r o lf u n c t i o na sb e f o r e ，b e s i d 酷，t h en e ws y s t e m ss t r u c t u r ew o u l db em o r ec o m p a c ta n ds t a b l e ，t h er e s i s t a n c ew o u l db ep r o m o t e dt oah i g hl e v e l i nt e r m so fm a n - m a c h i n ec o m m u n i c a t i o n ，n e ws y s t e mu s e se m b e d d e ds y s t e m ( a r m9 1t ob ec e n t r a lp r o c e s s i n gu n i t b u tb e c a u s ee m b e d d e de q u i p m e n t sd o n th a v ep a r a l l e li n t e r f a c ew h i c hm e a n si tw o u l d n tp r i n to u tc o r r e s p o n d i n gs y s t e mp a r a m e t e r sa n dw a r n i n gi n f o r m a t i o n i nv i e wo ft h ef l a wo fe m b e d d e ds y s t e m ( a r m9 ) ，t h ed e s i g nm a n a g c st op r i n to u ti n f o r m a t i o nt h r o u i g hs e r i a li n t e r f a c eb yu s i n gc + + l a n g u a g eu p o na r m7 t h ed e s i g nn o to n l ya c q u i r e ss a t i s f y i n gt e s tr e s u l t ，b u ta l s oa c h i e v e sg o o dh u m a n m a c h i n ei n t e r a c t i o n , d i s p l a ya n dd a t ac o m m u n i c a t i o n k e y w o r d s ：i n d u s t r ym o n i t o r i n g ；e m b e d d e ds y s t e m ；a r m9 ：c + +c l a s s n o ：t p 2 7 3学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有失数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：签字瞧川年i 瑚咱导师签名：陌、磁签字魄硼年蝴弘塞銮道达堂亟堂位监塞熟剑世岂明独创性声明本人卢明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 ：作和取得的研究成果除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰弓过的研究成果，也不包含为获得北京交通人学或其他敦育机构的学位或证1 5 而使刚过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名揪：岬年啪) 归致谢在设计过程遇到过许多困难，衷心感谢我的指导老师陈后金教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样：他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢华北电科院的同事们，这片论文的每个细节和每个数据，都离不开你们的细心指导。感谢我的同学们，大家从各个地方来到交大，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。两年半的研究生生活，仿佛就在昨天。毕业在即，大家要各奔前程了，希望大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!宝銮适厶堂亟堂位丝塞i l直1 引言我国在电网安全稳定控制领域具有近二十年的开发、应用经验，已经形成从系统稳定计算到应用方案的制定、再到控制装置的具体实施以及快速反应服务的完整应用流程。随着近几年科学技术的快速发展以及电网的快速建设，对安全稳定控制类设备的需要十分旺盛，国内南瑞继保、南瑞稳定、北京四方等公司相继制造了性能相当的稳控系列设备，且设备制造成本和工程实施成本大幅下降；国外的稳控系列设备由于制造成本和工程实施成本较高，其在国内的应用受到很大制约。为响应国家以及电网公司鼓励科技创新、发展电力科技核心竞争力的号召，我们希望开发具有完全自主知识产权，可以大幅降低开发应用成本的新型安全稳定测控装黄平台。该平台的开发，采用全新的设计理念和软硬件结构，其主要目的是在保证目前装置基本性能指标不下降的前提下，结构更加紧凑灵活，运行更稳定，抗干扰性能进一步提升，增加g p s 精确对时功能。结合我们国家在电力系统计算、调试、生产服务等方面的技术优势，开发能够密切服务于电网安全稳定运行的安全稳定装置、区域切负荷装置、失步解列装置、低频低压减载装置、功角测量p m u 、励磁测量装置等设备。尤其是在电网发展到一个相对稳定的时期，该技术平台可以极大满足电网应用中的个性化需求，充分发挥和拓展在现场应用技术方面的优势，从而更好、更有效地为电网的安全稳定运行服务。整个安全监控系统分为d s p 数据采集模块，主控模块与人机交互模块三大部分组成。数据采集和主控之间采用u d p 的通信方式，并采用c r c l 6 的校验机制和出错重发的通信机制。数据帧长小于3 0 0 个字节( 详见通信规约) 。监控还需和远方的监控系统以及信息子站进行通信，采用串口通信的方式和1 0 3 通信规约。监控还通过串口和打印机相连，打印机为e p s o nl q 3 0 0 k + 。人机交互模块，即控制核心将所需打印数据通过双口r a m 传送到a r m9 硬件平台，监控人员可以从a r m9 嵌入式系统上得到发生异常的系统参数以及任何告警信息，并将其通过串行接口驱动e p s o n 打印机，打印出所需信息。整个工业监控系统监控如图1 所示：围国远懒固圈图1 硬件系统整体框图f i g u r e1w h o l eh a r d w a r es y s t e md i a g r a m该技术平台主要采用：d s p 与多a r m 结合的多c p u 紧凑型6 u 结构；具备g p s 精确对时功能；可以单装黄实现4 8 路模拟量输入、3 2 路开入和3 2 路开出；装置间采用1 0 m 光纤以太网实现分布式监测控制模式；主控部分与人机接口通信采用以太网口，人机接口方式多样化；主机采用8 寸液晶屏幕实现良好的人机操作界面。翮可围0 蛰j 图2 d s p 数据采集模块此模块在结构上，采用了3 2 位的d s p 3 x 系列，利用双口r a m 进行通讯，算法核心部分主要是利用t m s 3 2 0 c 3 2 实现，使用了f f t 滤波，并用了外，自补偿法进行在线测试，可以实时地进行在线测试，测量速度快，精度高，在实际应用中达到了很好的效果【7 】【刎。d s p 主线程流程图如下：交图2 1d s p 主线粗流程图f i g u r e2 1d s pm a i nt h r e a df l o wc h a r t2 1 基于t m s 3 2 0 c 3 2 处理器的数据采集和算法处理模块本系统中的d s p 芯片选用1 1 公司的t m s 3 2 0 c 3 x 系列产品- - t m s 3 2 0 c 3 2 。t m s 3 2 0 c 3 x 系列是1 1 公司的第三代产品。也是第一代高性能的3 2 位浮点运算的芯片。c 3 x 将浮点运算和定点运算结合应用，使其运算精度更高。由于不用考虑运算溢出的问题，所以能实现高级语言的程序设计，可以实现诸如f i 鹘复杂的控制算法。模数转换器件采用a d 7 8 6 5 芯片。a d 7 8 6 5 是一种高速、低功耗、四通道同步采样的1 4 , 位a d 转换器，由+ 5 v 电源提供工作电压。芯片内部包含一个比较器，四个跟踪保持放大器，一个内部2 5 v 的参考电压和一个1 4 位的高速并行口。芯片的四个同步采样通道可保持四路信号的相对相位信息。本设计采用两路a d 通道采集电压和电流数据。设置通道输入电压范围为+ 5 v ，所以将输入管脚屹。与。相连，输入电压屹。同时加于二者之上。数据总线中的d b 0 d b 3 ( d b 0 代表通道1 直至m j d b 3 代表通道4 1 是双向的，并且在r d 为高电平而c s 和w r 为低电平时作为通道选择寄存器的输入管脚。当w r 变为高电平时，d b 0 d b 3 的逻辑状态被锁入该寄存器。f l a s h 采用a m 2 9 f 4 0 0 b 芯片，a m 2 9 f 4 0 0 b 是a m d 公司生产的f l a s h 存储器，采用5 v 单电源供电的可编程、可读、可擦写存储器，采用0 3 2 u r n - l - 艺制造，访问速度为4 5 n s ，内嵌擦除和编程算法，具有区段保护功能和擦除挂起恢复功能。在进行写入数据之前，要先对将写入的单元进行擦除，并且要注意对r y b y 状态的判断，以配合d s p 和同雒h 之间的时序。实时时钟芯片采用d s l 6 4 2 ，d s l 6 4 2 具有一个实时时钟日历和一个2 k x 8 的非易挥发性的s r a m ，以及内嵌晶振和锂电池。d s l 6 4 2 可离线将年、月、日、星期、时、分、秒等数据随时设定到时钟寄存器，保证时钟正确运行1 9 1 。2 2 双口r a m 通信模块r a m 处理器和d s p 处理器之间的数据通信由双d r a m 来完成。双h r a m 是一种双端口器件，允许两个处理器各访问一个端口，每一个处理器都可以将双e i r a m看作自己的本地存储器。双i r a m 的每个端口都有各自的数据、地址、控制总线，允许处理器对存储器的任何地址执行随机读写操作。本设计采用c y 7 c 0 2 4 芯片c y 7 c 0 2 4 是低功耗c o m s4 k x l 6 b 高速静态双口r a m ，最快存取时间为1 5 n s ，可配合高速c p u 使用。a 0 0 - a l l ，d 0 0 - d 1 5 分别是双q r a mc y 7 c 0 2 4 的地址线和数据线，c e 为芯片| e 瘟銮垣厶堂亟堂位垃塞坠5 熬握丞塞搓迭使能信号，o e 为输出使能信号，r 诃为读写控制信号。c y 7 c 0 2 4 和t m s 3 2 0 c 3 2 的硬件接口示意图如图3 所示。c ”0 0 2 41 m s 3 2 0 c 3 2a o o l舢ra d a 1 1 da 1 1 la 1 1 r a - - a、叫、1 ，7 4d 0 0 ld 0 0 rl vd 1 5 ld 1 5 r2 4d 咖一 - a - - - - - ac e lc e r、叫5、vd 1 5 do e lo e rrd a j 乙m dr 、1l v wr w dl b ll b rg n d图2 2 双口r a m 连接示意图f i g u r e2 2d u a l r a mc o n n e c t i o ns k e t c hm a p2 3d s p 核心算法设计工业上用于大型电力试验设备的性能是否下降可以通过对其阻性电流峰值和基波有效值等特征量进行在线测量来判断。本系统采用容性电流补偿法。即在全电流i x 中把容性电流i 砖h 偿掉，得到阻性电流i x 的方法。设置采样频率为1 0 2 4 h z , 两通道a ，d 采样1 0 2 4 点。算法核心部分流程图如图4 所示【i l计算电压u ，f i l ，电流厶“l 的基波和3 ，5 ，7 次外补偿法测阻性电流的有效值，峰值，和相位上阻性电流= 全电流容性电流上自补偿法测阻性电流有效值，峰值，相位0舶m 一一+ 晒焉等m “埘m “韭塞銮逢厶堂亟堂位盈塞墅墨錾撂丞基拦缝l r l i x l = l x h i x1 + i r l i x l ( 5 5 1调节h l i x l ，使其满足r ( i ) = i x ( i ) - t c l ( i )图2 3 算法核心流程图f i g u r e2 3d s pc o r ea r i t h m e t i cf l o wc h l l l ll x 3 m a x ，i x 5 m a x ，i x 7 m a x ，i x 9 m a x 分别是电流i 】【的3 次、5 次，7 次、9 0 ：谐波分量，i x l m a x 为l x 的基波分量。6 3 主控模块由一片d s p 加上存储器、模数转换单元和外设接口就可以构成一个完整的数据采集系统，但这种方案要达到高速实时控制是不可行的。因为一个实时控制系统一般需要完成数据的采集、模数转换、分析计算、实时过程控制以及显示等任务，单靠一片d s p 来完成这些工作势必会大大延长系统对控制对象的控制周期，从而影响整个系统的性能。所以需要另一个c p u ，负责数据的通信，分担d s p的部分工作，使d s p 专注于系统控制算法的实现。这个c p u 从性价比的角度考虑采用了a r m 7 。这时两个c p u 之间就可以利用双口r a m 实现数据共享。与串行通信相比，采用双口r a m 不仅能使数据传输速度高，而且抗干扰性能好。在这次设计中，采用的就是双口r a m ，实现了d s p 和a r m 之间的通信，d s p 这边主要负责采样，计算等功能，包括一些算法的实现，a r m 主要完成人机接口，显示，串口通信等【驯【2 3 1 。3 1 主控与d s p 接口设计主控与d s p 通过双口r a m l 进行数据交换，通信采用主从交换方式，即主控以5 m s 为周期向d s p 发送中断，d s p 被中断后将相关数据c o p y 到双口r a m l 。主控在每次启动或复位后向d s p 发送自检命令，d s p 收到后对硬件及程序进行自检，自检完成后将结果数据c o p y 到双口r a m l 。d s p 的f l a s hr o m 中存有装置的定值( 包括：d s p 定值、主控定值、精度系数) ，在主控启动后接收d s p 存储的定值，主控定值修改同样需发送给d s p 。主控与d s p 通信分为5 种功能： 数据采集自检对时下传定值上传定值3 2 通信规约正常工作时，主控c p u 每4 0 m s ( 5 0 m s ) 向通讯板发数一次，通信板立刻到双口r a m 中去读数，如果没有数据，通信板不做任何处理，返回。如果有数据，通信板通过网口向显示转发所有数据。通信板有一个独立任务一直监视是否从显示收到数据，如果收到，马上向主控转发【1 6 l 。3 2 1 报文基本格式表3 1 报文格式框图t a b l e3 1m e s s a g ef o r m a td i a g r a m同步头( 6 8 )报文长度( 低字节)报文长度( 高字节)帧号接收确认( e b ：正确9 0 ：错误)功能码数据来源数据目的数据1数据nc r c l 6 校验( 低字节)c r c l 6 校验( 局子)结束符( 1 6 )报文长度指的是：从“帧号”到“数据n ”的字节个数。字节长度为2 ，低字节在前，高字节在后。校验码指的是：从“接受确认”到“数据n ”的字节的c r c l 6 校验。接受确认指的是：对方接受到的本方数据是否校验通过。通过为e b ，没通过为9 0 。功能码指的是：发送( 接受) 的报文功能。详见如下表：表3 2 功能码意义t a b l e3 2m e a n i n go ff u n c t i o nc o d e功能码意义o x 0 1显示数据0 x 0 3动作记录0 x 0 4基本s o e0 x 1 1写定值0 x 1 2写定值执行结果0 x 1 4读定值0 x 1 5读定值执行结果o x l ad o 测试执行结果0 x l d实时通信测试0 x l e实时通信测试执行结果0 x 2 1修改端口工作状态0 x 4 0没有数据返回数据来源和数据目的指的是：3 3c r c 校验表3 3 数据来源意义t a b l e 3 3m e a n i n go fd a t a $ o u l v ：e码值数据来源0 x 0 0网口o x 0 1串口10 x 0 2串口20 x 0 5双口l u m0 x 0 9通信板0 x f f广播3 3 1c r c 校验基本概念在远距离数据通信中，为确保高效而无差错地传送数据，必须对数据进行校验即差错控制。循环冗余校验c r c ( c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) 是对一个传送数据块进行校验，是一种高效的差错控制方法。3 3 2c r c 循环冗余校验码原理生成数据块的c r c 校验码的方法是：设g ( ) ( ) 为r 阶，在数据块末尾添加r 个0 ，使数据块为m + r 位，则相应的多项式为x r m ( x ) ；以2 为模，用对应于g ( ) ( ) 的位串去除对应于x r m ( x ) 的位串，求得余数位串；以2 为模，从对应于x r m ( x ) 的位串中减去余数位串，结果就是为数据块生成的带足够校验信息的c r c 校验码位串。例如，设要发送的数据为1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 ，g ( = x “4 + x 1 ，则首先在发送数据块的末尾加4 个0 ，得到1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 ，然后用g ( 的位串1 0 0 1 1 去除，再用1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 减去余数位串1 1 1 0 ，得到的即为c r c 位串1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 ，将对应多项式称为t ( 均，显然，t ( 均能被g ( x ) 除尽。这样，一旦接收到的c r c 位串不能被同样的g ( ) ( ) 的位串除尽，那么一定有传输错误。当使用c r c 校验码进行差错控制时，除了为g ( ) ( ) 的整数倍的差错多项式不能被检测外，其它差错均能被查出。c r c 校验码的差错控制效果取决于g ( ) ( ) 的阶数，阶数越高，效果越好。目前，常用的有两种生成多项式g ( ) ( ) 的方法，分别是：c r c 一1 6x “1 6 + x 1 5 + x “2 + 1( 1 )c c i t rx “1 6 + x 1 2 + x “5 + 1( 2 )c r c 校验码实际上是一种线性码，将任意c r c 校验码循环移位后仍然是一个c r c 校验码。由于它有良好的结构，检错能力强，易于实现硬件编、译码，因此在数据通信系统中得到广泛的应用。本设计中d s p 与主控通信选择采用c r c l 6校验。3 3 3c r c 校验码生成和校验程序对于某些不宜用硬件实现c r c 校验而又需要用c r c 校验码进行差错控制的系统中，须用软件方法实现c r c 校验，即实现编码、检错和译码功能。从c r c 校验码编码规则可以看出，c r c 校验码实际上是由原始数据位串和紧跟其后的与g ( ) ( ) 位串等长的冗余位串组成，只要求出此冗余位串，发送方即可将原始数据和冗余位串装配成一c r c 位串序列后再发送。c r c 校验码译码非常简单，只需从接收到正确c r c 校验码尾部截掉与g ( x ) 位串等长冗余位串，余下的部分即为原始数据位串。c r c 校验码错误检测按模2 除法运算，用接收到的c r c位串除以g ( ) ( ) 位串，看是否能够除尽即可确定。下面的c 语言模块实现了c r c 校验码编码和检错功能，程序中的g ( 硒使用c r c 一1 6 ，相应的位串为1 1 1 0 1 ，用十六进制表示为o x e 0 0 5 。函数c r c g e n以待发送的原始数据缓冲区地址和缓冲区长度( 字节数) 为入口参数，产生并返回遵循c r c 校验码编码规则的且与g ( 的位串等长的2 字节冗余位串。函数c r c e x r以接收到的c r c 校验码缓冲区地址和缓冲区长度( 字节数) 为入口参数，返回c r c校验结果，若有错，返回1 ( 真) ，否则，返回0 ( 假) 。函数代码如下：u n s i g n e ds h o r tc r c g e n ( u n s i g n e dc h a r d a t a b u f , s h o r tl e m( r e g i s t e ru n s i g n e ds h o r tc r c = 0 ，c h , i ；u n s i g n e ds h o r tg x - - 0 x e 0 0 5 ；w h i l e ( - l e n = 0 ) e h = d a t a b u f + + ；c h = 8 ；f o r ( i - - 0 ；i 8 ，i + + )( c r c = g x ) c r c a - - g x ；c h = l ：)f o r ( i = 0 ；i 1 6 ；i + + )( c r c = g x ) e r c a = g x ；r e t u m ( e r c ) ；) i n tc i e e l t ( u n s i g n e dc h a r c r d m f , s h o r tl e n )( r e g i s t e rs h o ns h o r tc r c = o ，o h , i ；u n s i g n e ds h o r tg x = o x c 0 0 5 ；w h i l - - 0 )( e l l = c r c b u f + + ；c h = 8 ；f b “i = 0 ；i 8 ；i + + )c r c = g x )c h 装置动作帧 本地数据3 6 与人机界面通讯异常状态图3 2 与人机界面通讯异常框图f i g u r e3 2m a n m a c h i n ei n l e r f a c ea b n o n n i t yd i a g r a m1 4 4 人机交互模块由于工程要求需要，利用嵌入式系统上的串行接口打印出所需的信息是本设计的主要创新点。人机交互模块以a r m9 嵌入式系统为硬件平台，以打印机e p s o nl q3 0 0 k + 为目标打印机，通过2 3 2 串口打印出所需要的系统参数和告警信息。在工业控制上，可以实时监控异常数据并实现人机交互，保证大型工业仪器运转正常。4 1 硬件准备人机界面使用r i s c 一7 2 0 3 控制板，采用s a m s u n g 2 4 1 0 ( a r m 9 内核)作为微处理器的嵌入式r i s c 控制板，外形为标准的3 5 嵌入式主板的设计形式，可直接应用在工业，医疗，网络，智能终端等嵌入式设备的设计和制造中，同时也可作为上述产品的开发，评估以及测试使用。控制板样图如下：4 1 1 具体系统描述图4 1r i s c 7 2 0 3 控制板f i g u r e4 1r i s c - 7 2 0 3c o n t r o lb o a r d1 5 s a m s u n g 2 4 1 0 是一款1 6 3 2 位精简指令( r i s c ) 微处理器，采用a r m 9 2 0 t内核。处理器本身支持虚拟内存单元管理( m m u ) 、n a n df ia s h 启动、s d r a m管理、l c d 驱动。同时支持4 通道d m a 、3 通道u a r t 、4 路定时器、r t c 实时时钟、i i c 总线接口、i i s 数字音频接口、8 路1 0 位a d 及多路i o 控制。此外，同时支持u s b 主从设备、s p i 总线。是一款速度快、高集成、低功耗的嵌入式处理器。r i s c - - 7 2 0 3 以该款处理器为核心，扩展了相应的外围设备，使之可具备各种用户所需要的通用功能，使用户可以以此为基础，快速开发出相应的产品。4 1 2 砒s c 7 2 技术特点 3 2 位微处理器 6 4 m b s d r a m 内存 6 4 m bn a n d f i a s hf 1 勰h1 0 m 以太网接口2 通道u a r t ( 支持i r d a 红外线数据通r am ) 1 个u s b 主机接口及1 个u s b 设备接口 s d 卡控制器接口e m b e d d e d i c e 调试接口r t c 实时时钟( 具备后备锂电池)i i c 总线接口( 驱动a t 2 4 c 0 4 - s c 2 7 )a d c 模数转换接口 s p i 接口s 数字音频输入，输出接口 e i n t 外部中断接口4 1 3 连接和通电运行将控制板与显示部件和调试用p c 按下图方式进行连接。确认无误后，打开电源，r i s c 7 2 0 3 控制板上l 正d 指示灯亮，表示系统开始工作。如引导正确，将运行w i n c e 系统，在l c d 上显示系统画面，并可以通过触模屏完成操作。r i s c 7 2 0 3通过串口，将调试信息传送到p c ，p c 端运行终端仿真程序或由供应商提供的d n w 应用软件，可监视控制板的运行。p c 可以通过e t h e m e t 将编好的系统b s p文件下载到控制板，也可以通过j t a g 接口，将启动程序烧录到控制板。具体示意图如下所式：1 6 4 2 软件功能图4 2 控制板调试示意图f i g u r e4 2c o n t r o lb o a r dd e b u g g i n gd i a g r a m为了使软件对与不同的工程能进行灵活配置，本软件采用了读取配置文件的方法。也就是在程序开始运行时读出对应工程的显示配置信息( d i s p l a y i n i ) 和主控配置信息( m a i n c t r l i n i ) ，然后根据读出的信息初始化监控系统。4 2 1 监视功能监视界面分为“实时数据和“结线示意图”两个属性页。在实时数据页中，如图4 3 所示，根据配置信息文件中读出的单元信息显示如“岱海主控”的标签内容，根据读出的模块信息显示左边的几个属性页标签内容。显示的数据通过结构体“s t a t i o n ”得到。图4 3 实时数据界面f i g u r e4 3r e a l - t i m ed a t ai n t e r f a c e在结线示意图属性页中，如图4 4 所示，显示当前厂站的主接线，并能实时显示各个潮流和开关状态。主接线是一个b m p 图片。图4 4 结构示意图界面1 b 4 2 2 测试功能在测试功能页中，分为开入、开出测试和通信测试。对于开入测试中，根据结构体d i o t e s t 中的相应位置的值将灯设为红色( 开入有效) 和绿色( 开入无效)和灰色( 开入未用) 。对于开出测试中，将需要置位的开出量写入结构体d 1 0 t e s t中，然后通过网口下发给主控装置。4 2 3 查询功能图4 5 测试功能界面f i g u r e4 5t e s t i n gf u n c 6 0 ni n t e r f a c e监控系统能将每次装置动作的前后1 0 s 的数据记录下来，并生产数据文件( 动作记录文件h i s d a t a t x t 和动作记录索引文件h i s d a t a i n d e x ) 方便事后的查询。动作记录文件由数据结构h i s d a t a 生成，动作记录索引文件由数据结构h i s d a t a i n d e x 生成。组合框“动作记录”显示的数据来自h i s d a t a i n d e x ，曲线数据来自m s d 恤a ，将其1 0 0 0 个点每4 个取一个，画出曲线。4 2 4 设置功能图4 6 查询功能界面f i g u r e4 6c h e c k i n gf u n c t i o ni n t e r f a c e在此页中可以查询和设置定值。定值存储于文件d i s p l a y i n i 中，是分定值区存储的。修改定值也是要写道相应的区和相应的位置。进行操作的数据结构s e t r i n g 。2 0 图4 7 设置功能界面f i g u r e4 7s e t t i n gf u n c t i o ni n t e r f a c e4 3 利用串行接口驱动打印机设计方案e p s o n 爱普生公司积多年经验力于中文打印机的开发，并提供给软件程序设计员设计打印机应用程序，在编写打印机驱动程序时，使用e p s o ne s c p 系列控制码时参考。目前，在中国国内使用的e p s o n 2 4 针点阵打印机，其命令体系主要有e s c p , e s c p 2 ，e s c p k , e s c p k 2 【捌。4 3 1 打印资料处理流程在说明各种不同的e s c p 打印控制码前，必须先行了解资料的处理流程；电脑是如何将资料通过打印机的处理，而达到所要求的打印效果，其间的流程详述如下：i 譬i7 辍街辫倒图4 8 资料打印处理流程图f i g u r e4 8p r i n t i n gp r o c e s sf l o wc h a f t当电脑传送资料给打印机时，首先存入打印机内的输入缓冲区。资料在经过输入缓冲区后送入资料分析区，资料在此被分成图像资料，控制码和字符码，图像资料则送入待打印缓冲区，而控制码和字符码，则送入控制码处理区。控制码处理区将字符码转换成字符形态，而控制码则执行其设定的功能，或将字符转换成设定功能下的字符模式打印出来经过处理后，图像的字符则存入待打印缓冲区后，再行打印。4 3 2 打印机在遇到下列两种情况时，才会开始打印当待打印缓冲区资料已满时，再多收到一个资料，就会开始打印。当送出打印控制码，如l f , f f , c i l v t 和e s c j 时，就会立即将缓冲区内资料打印出。4 4e s c p 控制码4 4 1 何谓髓c pe s c p 是将打印机间的兼容性予以明确化，以便提高打印机驱动程序的开发与维护之效率。而且，在软件上可根据e s c p 的版本来区分打印机控制码的种类。只要软件版本是高的，都可使用在版本低的打印机上，而不论是什么机种。所以用户都可以很容易地根据自己打印机地e s c 腰版本，来判断哪些软件可用，哪些软件不能用了。换句话说，为了让用户，软件及打印机三者之问的关系更密切，e s c i 是一个非常有效的工具。4 4 2 e s c p 的目的e s c 佃是将打印机间的兼容性予以明确化，以便提高打印机驱动程序的开发与维护之效率。而且，在软件上可根据e s c 口的版本来区分打印机控制码的种类。只要软件版本是高的，都可使用在版本低的打印机上，而不论是什么机种。所以用户都可以很容易地根据自己打印机地e s c 版本，来判断哪些软件可用，哪些软件不能用了。换句话说，为了让用户，软件及打印机三者之间的关系更密切，e s c 擅是一个非常有效的工具。4 a 3e s c p 的结构e s c p 在处理资料的分类上，有标准处理系统( 拉丁文字语系) 及非英文处理系统( 中文，日文，韩文) 。后者在中国当然是指中文处理系统，是用来控制中文的各种打印变化，而前者是在处理标准的英文，数字及图形码的控制。各种处理系统均有高版本低版本的阶梯性构造。而标准处理系统有自己独立的一套e s c p 版本，称为e s c i 标准规格。而中文处理系统也有独立的一套版本。将两者合并起来，就形成了e s c 佃的中文规格了。4 a 4 部分e s c i 指令表4 1 部分打印机内部指令t a b l e4 1p a r to fp r i n t e rr e p e t t o i r e指令十进制数十六进制数功能b e l70 7蜂鸣器呜叫b s80 8退格h t90 9执行水平定位l f1 00 a换行v t1 1o b执行垂直定位f f1 20 c换页c r1 30 d回车s 01 40 e设定单行倍宽j 塞銮通厶堂硒堂位途塞厶拯銮堑拦扭s l1 50 f设定压缩打印d e l1 2 77 f删除字符e s c 04 82 0设定1 8 英寸行间距e s c 25 03 2设定1 6 英寸行间距e s c 45 23 3设定斜体打印e s c e6 94 5设定粗体打印e s c 3 82 6设定汉字模式e s c j7 44 a执行n 1 8 0 英寸顺方向走纸e s c m7 74 d选择1 2 c p i 字体e s c n7 84 e设定页缝空白e s c o7 94 f消除页缝空白e s cp8 05 0选择1 0 c p i 字体e s c w8 75 7设定t 晖除倍宽打印e s c x8 85 8选择英文字符的宽度e s c 9 25 c设定水平打印位置4 5 用v c + + 实现多线程串口打印程序4 5 1 利用a p i 函数实现多线程串口通信建立一个基于单文档的m f c 应用程序c p o r t p r i n t ，所有步骤保持缺省状态。添加类文件：将s e f i a l p o r t hs e r i a l p o r t c p p 两个类文件复制到工程文件夹中，用p r o j e c t a d dt op r o j e c t f i l e s 命令将上述两个文件加入工程。并在c p o r t p r i n t h 中将头文件s e d a l p o r t h 说明：# i n c l u d e ”s e f i a l p o r t h ”。在c p o r t p r i n t h 文件中说明在程序中要用到的全局变量：c l a s sc p o r t p r i n t ：p u b f i cc d i a l o gp u b l i c ：c p o r t p r i n t ( c w n d p p a r c n t = n u l l ) ；s t a n d a r dc o n s t r u c t o rc s e r i a l p o r tms e r i a l p o r t ；b o o lm _ b s e r i a l p o r t o p e n e d ；标志串口是否打开e n u m i d d = i d d _ p o r t s e r i a l t e s t _ d i a l o g ；c c o m b o b o xmc t r l c o m b o c o m p o r t ；c s t r i n gm _ s t r e d i t r e c e i v e m s g ；c s t r i n gm _ s t r e d i t s e n d m s g ；p r o t e c t e d ：v i r t u a lv o i dd o d a t a e x c h a n g e ( c d a t a e x c h a n g e p d x ) ；d d x d d vs u p p o r tp r o t e c t e d ：h i c o nm _ h l c o n ； a f x _ m s g ( c p o r t s e r i a l t e s t d i g )a f x _ m s gl o n go n c o m mt w p a r a mc h ，l p a r a mp o r t ) ；v i r t u a lb o o lo n l n i t d i a l o go ；a f x _ m s gv o i do n s y s c o n u n a n d ( u i n th i d ，l p a r a mi p a r a m i ) ；a f xm s gv o i do np a i n to ；a f x _ m s gh c u r s o ro n o u e r y d r a g l c o no ；a f x _ m s gv o i do n b u t t o n o p e no ；a f x _ m s gv o i do n b u t t o n c l o s eo ；a f x _ m s gv o i do n b u t t o n s e n do ；v i r t u a lv o i do n o ko ；a f x _ m s gv o i do n s e l c h a n g e c o m b o c o m p o r to ；a f x _ m s gv o i do n c h a n g e e d i t r e c e i v e m s go ； a f x _ m s gd e c l a r e _ m e s s a g e _ m a po ；在c p o r t p r i n t c p p 中实现串口数据处理：l o n gc p o r t s e r i a l t e s t d l g ：o n c o m m ( w p a r a mo h , l p a r a mp o r t )m _ s t r e d i t r e c e i v e m s g + = c h ；u p d a t c d a t a ( f a l s e ) ；脯接受字符显示在接受编辑框中r e r l l a l0 ：v o i dc p o r t s e r i a l t e s t d l g ：o n b u t t o n o p e n 0 打开串口并初始化串口i n tn p o r t = mc t r l c o m b o c o m p o r t g c t c u r s c l0 + 1 ：i f ( m _ s e r i a i p o r t i n i t p o r t ( t h i s ，n p o r t , 9 6 0 0 , i n - ，8 ，1 ，e vr x f l a gle v _ p x c h a i l2 5 5 1 2 ) )m s e r i a l p o r t s t a r t m o n i t o r i n go ；m _ b s e r i a l p o r t o p e n e d = t r u e ；e l s ea f x m e s s a g e b o x ( ”没有发现此串口或被占用”) ；m _ b s e r i a l p o r t o p