（材料加工工程专业论文）基于windows+ce的嵌入式组态技术及在水处理中的应用研究.pdf

摘要 摘要 随着i t 技术的飞速发展，嵌入式系统在生产的各个领域应用越来越广泛。在 工控领域，嵌入式系统以其可靠性高，体积小和成本低而成为极具潜力的发展方 向，但是针对嵌入式监控系统的组态软件的发展则相对滞后。鉴于此现状，本文 对基于w i n d o w sc e n e t 操作系统的嵌入式组态软件的开发进行了初步探讨，并将 该软件应用于废纸造纸废水处理控制系统中。 论文根据对组态软件和嵌入式组态软件的功能结构的分析，提出了嵌入式组 态软件的系统功能模型。在此模型中，把每一个功能模块作为一个组件，以实现 软件的可移植性、可裁减性和开放性。嵌入式组态软件中主要功能模块包括洲1 人机界面模块、通讯模块和数据库模块。本文详细介绍了三个功能模块的结构， 在这些模块的设计中注重了软件的可重配置性。本文采用软件开发平台w i n d o w s s e r v e r2 0 0 3 和开发工具v s n e t 以及开发语言c # ，并探讨了这些模块的实现技术， 包括n e tf r a m e w o r k 和n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 技术、组件对象技术、智能设备 控件技术、串口通讯技术和数据库技术等。 最后，论文根据造纸废水处理过程的特点，采用所开发的软件模块，构造了 一个废水处理嵌入式监控系统，通过所建立的系统可实现对现场生产状况的监控， 验证了所建立的系统的可行性，为进一步实现对嵌入式系统的智能控制奠定了基 础。 关键词：组态软件；嵌入式组态软件；w i n d o w sc e n e t 操作系统；废纸造纸废水 处理 华南理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p l e n to fi tt e c h n o l o g y ，t h ee m b e d d e ds y s t e mi s u s e de x t e n s i v e l yi ne a c hf i e l do fp r o d u c t i o n i nt h ef i e l do fi n d u s t r i a l c o n t r o l ， t h ee b e d d e ds y s t e mi sb e c a u s eo fi t sh i g hd e p e n d a b “i t y ，s m a l l s i z ea n dl o wc o s t sa n db e c o m i n ge x t r e m e l yp o t e n t i a ld e v e l o p m e n td i r e c t i o n s h o w e v e rt h ed e v e l o p m e n to ft h ee m b e d d e dc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo f m o n i t o r i n gs y s t e m1 a g sb e h i n dr e l a t i v e l y i nv i e wo ft h i sc u r r e n ts i t u a t i o n t h ep a p e rc a r r i e do nt h ep r e l i m i n a r yd i s c u s s i o na b o u tt h er e a l i z a t i o no f t h ee m b e d d e dc o n f i g u r a ti o ns o f t w a r eb a s e do n 孵i n d o w sc e n e to s ， a n dt h e d e v e l o p e d s o f t w a r e h a s b e e n a p p l y e d t ot h e p a p e r m a k i n g w a s t e w a t e r t r e a t m e n tc o n t r 0 1s y s t e mo fw a s t e dp a p e r t h ep a p e r ， a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h ef u n c ti o ns t r u c t u r et o c o n f i g u r a ti o ns o f t w a r ea n d e m b e d d e dc o n f i g u r a ti o ns o f t w a r e ，h a v ep r o p o s e d t h es y s t e m a t i cf u n c t i o nm o d e lo ft h ee m b e 薹l 蚕季型羹董l 襄善篙耋差? o 妻主圣耋茎苫喜董垂， i 害 考圣i ! 孽辜蔓謇 壬 窒霎篓妻妄三耋i 墓兰j 董；主；jl i 蠢摹 索至妻蓄喜茎耄羞主囊至垂学童孽孽皇蓁茎攀拳蓦萋耋毒譬 ； i i 1 4 争中，都会出糯冲突。当人们麓鼙髓 科翻越越霹警瓣，缱藏藏蛩能发系狰突，囊骥，获某种程度上落，会露 中的冲突是由于实现目标的手段不同丽引起的，而竞争中的冲突是因为 交瑗鹣 o nm o d u l ei sac o m p o n e n ts ot h a t thes o f t w a r e c a nb et r a n s p l a n t a t t e d ，c u td o w na n dh a st h ep r o p e r t yo f openinge m b e d d e d con f i g u r a t i o n s o f t w a r em a i nf u n c t i o nm o d u l e si n c l u d e of human m a c h i n ei nt e r f a c em o d u l e ，c o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n dd a t a b a s e modulet h i s p a p e rp re s e n t st h es t r u c t u r e o ft h r e ep i e c e so ff u n c t i o n module i nd e t a i l ，a n dp ay sm o r ea t t e n t i o nt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f reconfigurationo ft h es of t w a r ei nm o d u l ed e s i g n t h isp a p e ru s e st he softwaredeveloping p la t f o r mw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 ，d e v e l o p i n gi n s t r u m e n tv s n e ta n d developing 1 an g u a g ec 掸，t op r o b ei n t ot he i m p l e m e n t a t i o n t e c h n i q u eo ft h e s e modules，i nc l u d i n g n e tf r a m e w o r ka n d n e tc o m p a c tf r a m e w o r k techn0109y，c o m p o n e n to bj e c tt e c h n o l o g y ，s m a r td e v i c e s contr01一development t e c h n o l o g y ， s e r i a lc om m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a n dd a t a b a s e technology，e t c f in a l l y ，t h ep a p e ra d o p t st h es o f t w a r em o d u l e developed a c c o r d i n gt ot hec h a r a c t e r i s t i co ft h ep a p e r m a k i n g w a s t e w a t e r treatmentc o u r s et oc on s t r u c tt h ee m b e d d e dm o n i t o r i n gs y s t e mo faw a s t e w a t e r treatment，b y a b s t r a c t k e y w o r d ：c o n f i g u r a ti o n s o f t w a r e ： e m b e d d e d c o n f i g u r a ti o ns o f t w a r e w i n d o w sc e n e to p e r a t i n gs y s t e m ： p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tox 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声溺：赝呈交酶论文怒本人在等洚静撞导下猿立进行磷 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和纂俸，均已在文中以骥确方式耘鹤。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承抿。 乍者签名：蒡赫强期：矽f 年g 胃。翻 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了鼹学校有关猥馨、镬穗学位论文鼹趣定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理一l ：大学可以将本学位论文的 全部或黎分内容缓久有关数摇瘴进行捡索，司以采逢影印、缝零或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文蚕嚣于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导簿签名： 鼻胁 日期：如西年6 月知日 黑熬：细s 年5 胃弦透 第罄绪论 。 缱态软件 第一章绪论 随着微电予技术、计辣槐按制技术、工业以太网技术及现场总线技术嬲发展， 王簸接麓蠡韵谴系统骜笈溪突飞猛建。在姿夸熬王照囊蘸兹系统孛，王羟辍癸掰 蠢的比重越洙越大，监控鳃态软件律为其中的一种已经日渐撼熟。蹑然潜魏国漆 j c 于组淼软件邂缺乏一个鞠诵的权威畿义，识可以做一个描述德瀚定义：缎杰软件 搔一臻数据聚集毒过程按溅豁专瑗款佟，毫翻是褒爨动控裁爨缓篷控星一缀戆较 嵇乎螽程开黎巧臻，麓戳灵潘雾棒懿蕊态方式( 瑶琴蹙骧程方式) 提筷蕊好的藤 产开发器瑟嬲麓蕤戆壤躅方法“1 。 。 ， 缝怒较搏熬声燮 缀态软件是伴随着撩救型控制裘鲢( d i s t r 抽“t e de o 醮r o ls y s t e m 麓猕d c s ) 的出现，才开始被广大的生产过程自劫化技术人员所熟知的。由于镪套f j c s 都跫 魄较遴矮麴羧馥襄凌，哥黻痤镶囊缎多煞矮壤孛，潞了襞震户谯不嚣耍壤搜避程謦 酌情况下馕黼生成逶舍爨蠢需求酶戏耀系统，每个阏s 厂商在秘隔中帮舔装了系缀 敬俘和应舔辍 串。丽其中的瘦糟软释，鬟舔t 孰怒缀态较俘，销鸯没有入埝密嘲 媳酌定义，只是将使用邀耱疲舄软传浸诗生成鼗括成弱系缆教过程称必“缀态 ( e o 琏i g ) ”蓑“敲缀悫”。 遗本溯源，缝态的蠛念最晕寒盘凝文c o n f i g u r 8 t i o n ，含义蹩使爝软档 p 巽瓣 计算机及软件的各种资渊进行觏置，达到让计算机或软件按照预先设置翻动执行 祷定镬蚤、滤篷襞嚣鸯簧慕戆嚣鹣8 1 。蕊控缀态较癸是嚣怒燕羧与数罐慕黎 ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd 8 t 8 c q u i s i t i o n 简称s c a 馘) 的软件平龠工具， 矮有丰富的设暨项目，德爝方式灵滔，功能强大。簸控缀态款 牛最晕密魏时，黼i ( 珏蛀毽氇n 鼙a e h i n e 至n t e r 氇e e ) 蔓建辚鞲芏( 鹾鑫n 鹾a 靶圭建e 至n t e r f 鞋e e ) 奏! 荬主黉巍懑， 帮主要簿淡a 穗鹫形器瓣阕瑟疆。髓蓠它鹣快速发震，实时羧攮露、实器誊控镬、 s e a 激、透嘏最联瓣、开放数攒接蜀秘踺i o 设器鹣广泛支持滋经残为它瓣主要凌 誉。照着拽凇的发展，监橼缀态软件将会不断被赋予新豹内容。 交手缀态获转在实避王鼗燕裁漆造疆串惫交了大羹颊磺熬壤罄王器，解决了 长期以来控制工程入员缺乏计算枫专妲鬟b 识与计辫机专业入蕊缺乏控澍z 襁现绣 撩作披术和镪验的矛盾，极大地提商了自动化工糨的工作效攀。 第一章绪论 1 1 2 2 国内外硬件或系统厂商提供的产品“8 近年来一些国外著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软件产品。如 美国g e 公司的c i m p l i c i t y ，美国a b 公司( r o c k w e l l 自动化) 的r s v i e w 等。 值得一提的是国内已有一定规模同时有能力快速进入组态软件市场的硬件厂 商也不少。这些公司的软件虽然是控制系统的配套软件，但是已经接近于组态软 件，不用付出太大的代价就可以进入市场，一旦组态软件市场进入高利润的成熟 销售期，这些公司估计会对组态软件市场做出响应。 1 1 2 3 国内自行开发的国产化产品 国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军。近年来已有一定影 响的产品有北京亚控公司的组态王、北京昆仑通态公司的m c g s 、哈尔滨华富公司 的c o n t r o x 2 0 0 0 、大庆三维公司的f o r c e c o n t r 0 1 ( 力控) 等。1 。 组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司( 更早的品牌多数己经湮 灭) ”1 。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键 字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的组态软件m c g s ，是一套基于w i n d o w s 平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的软件系统。目前m c g s 在国内的应 用也是比较广泛的。此外昆仑通态公司还推出了一套用于嵌入式系统的组态软件 m c g s e 1 。 3 2 位w i n d o w s 下的力控在体系结构上具有较为明显的先进性，其最大的特征之 一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构。 1 1 3 组态软件的发展前景 在组态软件赖以发展的诸多因素中，有技术层面的，也有商业层面的，但制 造业的需求是决定性因素。制造业的发展，提升了对组态软件的需求，也决定了 组态软件将由过去单纯的组态监控功能，向着更高和更广的层面发展。未来，组 态软件的发展将主要表现为如下一些特征“儿”0 1 ： ( 1 ) 开放性技术 组态软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户 还是硬件供应商都将组态软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具，这就要求 组态软件大量采用“标准化技术”，如o p c 、d d e 、a c t i v e x 控件、c o m d c o l 等，使 组态软件演变成软件平台，在软件功能不能满足用户特殊需要时，用户可以据自 己的需要进行二次开发。组态软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连。 在全厂范围内，不同厂家的组态软件也可以实现互连。 华南理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 构造全厂信息平台 企业资源计戈4 e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 是国内炙手可热的话题， 但目前的e r p 主要应用在企业的财务、销售、物流等方面。在国内外的企业生产中， 还没有多少企业能够将生产信息和e r p 系统整合到一起，使生产效率和市场效益最 大化。如何使实时历史数据能够进入企业信息管理系统，是现代信息工厂追在眉 睫的需求。随着大型数据库技术的日益成熟，全球主要的自动化厂商己发展了相 关平台，使组态软件向着生产制造和管理信息系统的方向发展。组态软件已经成 为构造全厂信息平台的承上启下的重要组成部分。在未来企业的信息进程中，组 态软件将成为中间件，因为组态软件厂商在既了解企业工艺、控制及生产制造需 求，又能完成现场历史数据的记录、存储及为e r p 提供生产实时数据方面有着得天 独厚的优势。 ( 3 ) 瘦客户技术 组态软件正在从单机向客户服务器方向发展，使得通过i n t e r n e t i n t r a n e t 观察和控制生产过程的需求成为可能并且急剧增长。瘦客户技术使得用户可以在 企业的任何地方都可以方便地获取信息。而且，在企业i t 人才和资源比较缺乏的 情况下，使用瘦客户技术只需要对服务器端进行维护升级，使系统安装和维护费 用大幅度降低。 ( 4 ) 基于平板电脑和p d a 的人机界面解决方案 由于液晶价格不断下降和平板电脑制造技术的日益成熟，使预装了嵌入式操 作系统的平板电脑在价格、功能和可靠性上比传统的工控机显示出巨大的优势。 尤其在一些控制要求相对简单且需要人机界面的场合，平板电脑大有取代工控机 的趋势，这种趋势近几年日益明显。将组态软件移植到平板电脑上，不失为一个 绝佳的选择。平板电脑还有很好的扩展，带有现场总线接口的平板电脑不仅具有 美观的人机界面，还可以同时兼顾分布式现场控制。另外，数字终端已具备越来 越强的功能和智能化，像现在可以看到的预装了嵌入式操作系统，如w i n d o w sc e 的p d a ，它具备非常好的显示图形能力。在硬件方面，蓝牙技术发展迅速，据专家 预测，其未来的传输距离可达1 0 0 m ；软件方面，以x m l 为基础的w m l 语言标准已经 建立。这些技术的发展为无线的人机界面解决方案提供了先决条件。和其他技术 相比，无线的人机界面具有费用更低，连接更快、获取重要的生产信息更容易等 优点。典型的无线w e b 产品由手持式p c 和预装的h m i 客户端软件组成。目前在手持 式p c 上，w i n d o w sc e 的市场占有率上升很快，相比之下，原来的p a l m 操作系统市 场逐渐萎缩。 ( 5 ) 嵌入式应用软件 目前，嵌入式应用软件主要基于d o s 和各种实时多任务操作系统，大多应用在 一些特殊场合和特殊殴备上。随着现代制造业的发展，对这些特殊设备的控制也 4 第一章绪论 提出了更多的要求，尤熟是人机界酾和复杂控制方面的需求，p c 的小溅化和 w i n d o w sc e 的发展为满足这种需求奠定了基础。为嵌入式系统鬣身定制的微型化 熬入瓿界嚣较终是组态软传厂襄麴薪熬发聂方肉。 ( 6 ) 软硬件整体解决方案 西门子、g e 、r o c k w e l l 是传统的p l c 提供商，但短短几年时间，他们都在h m i 市场获得巨大成功，像蹭门子的w i n c c 疑是超越众多老牌的产熙成为世界麓二。 霉。矧e r 译a r e 褒1 9 9 8 每被焚圈i n v e n s y s 并购，i n t e l l h t i o n 在1 9 9 s 零旋爱簌生电气莠 购，这都是软硬件整体解决方案的最好例证。所以，组态软件厂商与硬件厂商合 作，为用户提供软硬件整体解决方案将是未来组态软件发展的一大特征。 ( 7 ) 大麓模定裁 全球组态软件厂商大多基于微软的w i n d o w s 平台，技术也类似，产晶功熊上难 以形成巨大的差距，不可能产生垄断蚀的核心技术。所以，个性化方案和服务在 竞争中日益熏溪。随着现代工业“小数量、多品穆”特征的形成，今后的缀态软 件涛朝着砉 对特殊行韭稻黧产过程静大矮模定裁方囱发展。帮羽特殊定利鹃产品 来代替标准化的产品。 ( 8 )以客户为导向的软件设计 兹餐蘩在客户载角度寒竣诗软终题臻毒缝态较终厂囊都应嚣瓣瓣撬战，缝态 软件涉及从控制、人机界灏到生产管瑷的多个层次，相应存在潜多个模块如何 像持不同模块的一致性? 邋就是未来缀态软件需要解决的问题。这种一致性不仅 表现在外观积黪受上，还袋现在兼容憔、乎台、缡程工具、数撼访问、控制引擎 及e b u s i n e s s 等诸多方露。 ( 9 ) 成为全球供应商 w t o 将给豳内的自动化厂商带来深刻的影响，方面国门对外打开，另一方面， 嚣终戆嘉场露瓣内蒙蠡动德厂蠢龟己羟开。蠢麓嚣 l 萋中藿魏露缓掺颧只占全球教 3 。所以成为全球组态软件供应商对于国内组态软件公司的发展至关重要。另外， 圈内越来越多的系统集成商和设备制造商在未来可能成为世界级的公司，他们的 产糕淘全璩销磐对，缝粕爨零要世爨级豹软 争厂褒离毽翻提供产燕窝鼹务，这对 阐内的组态软件生产商楚个很好的发展枫遥。 l 。2 嵌入式系统 t 2 1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的概念众说纷纭，目前还没有一个公认的统一的定义。比较权威 静令是：淡久式系统一毅指鞋应蠲凳审t 0 ，浚谤簿褪援术烫蕊殛，荠虽软矮佟 华南理工大学硕士学位论文 两个磁俸，并嚣置于空气孛6 个局，溉察磁棒表面酶锈蚀情况，并溺试磁体的磁 性能，观察加速腐蚀环境对磁体磁性能的影响。 2 2 4 热氧化增重实验方法 为磺究不霜翡表鬻惫覆楚淫工艺瓣浃淬n 纛f e 丑磁粉静挠畿像毪熬彩羲，取逶 量经不同表面包覆工慧处理的磁粉，进行等时变温和等温变时的热氧化增熏实验。 a ) 等时变湿氧化增重实验；将寒处理款溅粉记终d x ，取d x 粉秘已包覆处 理的d 1 ，d 2 ，d 3 ，d 4 ，d 5 磁粉在5 0 烘干，然后用箱式电阻炉分别在1 0 0 ， 2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0 ，5 0 0 大气环境下加热l 小时，然后程j | 孽确度为o 0 0 0 l g 的光电分析天平上称疆。 b ) 等温变时氧化增重实验：取d x 粉和已处理试样d l ，d 2 ，d 3 ，d 4 ，d 5 磁粉在5 0 烘干，然后用箱式电阻炉在2 0 0 ，3 0 0 大气环境下分别加热1 小时， 2 小时，3 小时，4 小时，5 小时，并称量各时间段磁粉的重量。 2 3 粘结n d f e b 磁体制备 粘结n d f e b 磁体制备的一般工艺流程如图2 4 所示； 图2 4 粘结磁体的制备工艺 f i g 2 - 4p r e p a r a t i o np r o c e s s i n gf o rb o n d e dm a g n e l s 2 3 1 粘结n d f e b 磁体的成型 粘结n d f e b 永磁材料就是将n d f e b 永磁粉与可挠性好的橡胶或质硬量轻的 塑料、树脂等粘结材料和其它添加剂按一定比例均匀混合，然后用压延、注射或 挤出成型等方法按用户需求直接成型为各种形状永磁部件的一种复合永磁材料。 粘结n d f e b 磁体的成型方法可采用压制成型、注射成型、压延成型和挤出成 型四种。其中压制成型可使磁粉的体积填充率最高，所制得的粘结磁体能获得比 其它方法要高的磁性能。粘结磁体制造的关键技术是：磁粉的制备，偶联剂与粘 结剂的选择，粘结剂的添加量，成型压力和取向磁场强度等。 x 华南理一l 人学坝士学位论文 可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用 计算机系统。嵌入式系统一般通过嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操 作系统以及用户的应用程序来实现对其他设备的控制( c o n t r 0 1 ) 、监视( m o n i t o r ) 或管理( i a n a g e m e n t ) 等功能“”“。 1 2 2 嵌入式系统的构成 嵌入式系统通常是包含微处理器的特殊计算机系统，是一个较大系统或设备 的组成部分，包括硬件和软件两部分“6 ”3 。硬件部分可分为三层。：核心处理器、 外围电路和外部设备。核心处理器是嵌入式系统的核心部件，负责控制整个嵌入 式系统的执行“。外围电路包括嵌入式系统的内存、i o 端口、复位和电源等， 与核心处理器一起构成一个完整的嵌入式目标系统“。外部设备是使嵌入式系统 和环境交互的各种设备，包括存储设备( 如f l a s hc a r d ) 、i 0 设备( 如键盘、 鼠标、l e d 等) 和打印设备( 如打印机、扫描仪) 。 嵌入式软件从广义上讲是计算机软件的一种。它是由程序及其文档组成，可 分为系统软件、支撑软件、应用软件三类“。 ( 1 ) 系统软件包括设备驱动接口和嵌入式操作系统”。设备驱动接口负责 嵌入式系统与外部设备的信息交互。嵌入式操作系统分为基本和扩展两部分：前 者是操作系统的核心，负责整个系统的任务调度、存储分配、时钟管理和中断管 理，并提供文件、g u i 等基本服务；后者是为用户提供扩展功能，包括网络、数 据库等“。嵌入式操作系统具有小巧、实时性、可装卸、固化代码、弱交互性、 强稳定性和统一接口的特点，它的出现，大大提高了嵌入式系统的开发效率”“， 并增强了嵌入式支撑软件的可移植性。 ( 2 )支撑软件也叫应用编程中间件，是为编制应用程序提供的各种编程接 口库1 。 ( 3 ) 嵌入式应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对它的要求也和通用 计算机有所不同，软件要求固态化存储，代码要求高质量、高可靠性“，同时可 裁剪性，可移植性也是重要的要求。 1 2 3 嵌入式系统的特点 嵌入式系统是一个集软硬件于一体，可独立工作，满足特定应用的固件”“。 它具有以下主要特点”“： ( 1 ) 面向特定应用 嵌入式系统与通用型计算机系统的最大不同点就是嵌入式系统大多工作在为 特定用户群设计的系统中，通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。能够 6 华南理工大学硕士学位论文 如今流行的嵌入式操作系统比较多，目前国内外已经有几十种商业嵌入式操 作系统可供选择，如v x w o r k s 、p s o s 、p a l m 、q n x 、u c l i n u x 和w i n d o w sc e 等。3 。 p s o s 是世界上最早的实时操作系统之，也是最早进入中国市场的实时操作系 统。最成熟的有v x w o r k s 和p s o s ，主要用来开发路由器、交换机、大型电讯设备、 卫星通讯设备和军事控制设备，这些设备对稳定性的要求最高。国内中兴、华为 等公司应用较多。q n x 是一个分布式可扩展规模的实时操作系统，比较注重g u i 图形方面的东西。而正在兴起的u c l i n u x 主要面向n o n m m u ( 不带存储管理单元) 处理器的嵌入式操作系统。它同l i n u x 系统的a p i 保持一致，继承l i n u x 成熟的 网络协议，它的开放性足够引人注意，在开发中我们可以得到更多的支持。“。 1 9 9 6 年，微软首次推出其面向手持设备及嵌入式系统的操作平台w i n d o w sc e 。 “w i n d o w sc e 是所能得到的最小的w i n d o w s 版本”、“w i n d o w sc e 是最快的w i n d o w s 版本”、“w i n d o w sc e 是可靠的w i n d o w s 版本”、“w i n d o w sc e 比台式机操作系 统占有比较大的市场份额”、“w i n d o w sc e 提供了一个操作系统所能提供的最大 柔性”“。w i n d o w sc e 操作系统在工业控制方面应用较多。微软为开发定制 w i n d o w sc e 操作系统提供了w i n d o w sc ep l a t f o r mb u “d e r 开发平台。 信息时代、数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇，为嵌入式市场 展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战。嵌入式系统工业 是不可垄断的工业，即使在体系结构上存在主流，但不同的应用领域决定了不可 能由少数公司、少数产品垄断市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术是高度分 散的，留给各个行业的创新余地很大。另外，各个应用领域的不断发展要求嵌入 式处理器核心也同步发展，这构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。可以说， 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开 发。因此未来嵌入式系统有以下几大发展趋势： ( 1 )嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌 入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。 ( 2 ) 网络互联成为必然趋势。未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求， 必然要求硬件上提供各种网络通信接口。传统的单片机对于网络支持不足，而新 一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口。软件方面，系统内核支持网络模块， 甚至可以在设备上嵌入w e b 浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。 ( 3 ) 精简系统内核、算法、降低功耗和软硬件成本。未来嵌入式产品是软 硬件紧密结合的设备，为了降低功耗和成本，需要设计者尽量精简系统内核，只 保留和系统功能紧密相关的软硬件，利用最少的资源实现最适当的功能。 因此， 软件开发人员既要有丰富的硬件知识，又要掌握先进的嵌入式软件开发技术。 ( 4 ) 提供友好的多媒体人机界面。嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要 的因素就是它能提供非常友好的用户界面、图形界面和灵活的控制方式。这方面 第一章绪沦 的要求使得嵌入式设备要提供手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件等功 能。 综上所述，嵌入式系统f 1 益完善，特别是随着它与网络的密切结合，嵌入式 系统必定会将电子信息真正达到与人类生活密切相关的程度，使人类真正实现无 微不识、无远不及。 1 3 嵌入式组态软件 今天，在工业控制领域中嵌入式系统和组态软件都正以前所未有的速度蓬勃 发展，两者的结合是必然的趋势。但是，目前嵌入式组态软件的发展严重滞后于 其需要”“，在军事等很多领域嵌入式组态软件的应用还处于空白状态。 嵌入式组态软件是以一定形式的嵌入式硬件为载体，为用户提供方便快捷的 应用程序开发平台。嵌入式组态软件为用户屏蔽了底层硬件及操作系统的一些细 节，给应用程序开发人员提供友好的可视化界面，使开发人员把主要精力集中在 自己的应用程序开发上来，从而大大提高开发效率，缩短开发周期。 嵌入式组态软件不同于一般的组态软件，它具有体积小、速度快、成本低、 真正嵌入、稳定性高、功能强大、通信方便、操作简便和支持多种设备的特点。 它所需内存空间小，运行速率高，运行的硬件平台要求价格低廉，运行于实时嵌 入式操作系统上，运行稳定抗干扰能力强，具有强大的通讯功能，且用户开发、 使用操作简单。 1 4 本课题的目的与意义 嵌入式组态软件的研究实际上是对嵌入式系统工业应用开发平台的研究，它 的成功将方便嵌入式系统上工业应用程序的开发，从而促进嵌入式系统在工业控 制领域的应用。目前，嵌入式系统在工控领域中的应用正处于高速增长的时期 对嵌入式组态软件有着巨大的需求。纵观国内外工控领域，现存的组态软件产品 虽多，但是主要是用于p c 机或工业p c 机，大部分厂家还只是停留在p c 平台上完 善其产品的功能，目前只有少数公司开始基于嵌入式设备的组态软件开发，如北 京昆仑通态自动化软件科技有限公司的m c g s e 嵌入版组态软件、北京红石同兴网 络技术有限公司开发的红石嵌入式组态软件( 基于微软最新的w i n d o w sc e n e t 平台) 。 由此可见，目前在该领域国内市场需求巨大但竞争者寥寥，这也正是本文研 究的意义所在。 在广东省科技厅重大专项基金( 项目号2 0 0 3 a 3 0 4 0 4 0 6 ) 和广州市科技计划项 目基金( 项目号2 0 0 4 2 3 一d 0 2 7 1 ) 的资助下 华南理工大学硕士学位论文 a m t - 4 磁化特性自动测量仪上测定粘结n d f e b 磁体的一些磁特性参数：剩磁 ( b ，) 、磁感矫顽力( h 。b ) 、内禀矫顽力( h 。i ) 、最大磁能积( b h ) 。为了测量方便， 测量时的单位均采用c g s 单位制。 a m t 4 磁化特性自动测量仪的工作原理是采用严格闭合磁路下的准静态扫 描磁化场，以高精度电子积分器拾取测量线圈所感应的b 、j 信号，以h 探头拾 取磁场信号，经放大处理，得到材料的j h 磁滞回线，再经由模拟和数字计算得 到各种参数和曲线，但为了消除样品本身退磁场及涡流对测量精度的影响，必须 保证“闭磁路”及“准静态”。 2 5 加速腐蚀实验 本文对予粘结n d f e b 磁体研究的重点是邋过对快淬磁粉谶行表面改性来提 高粘缕n d f e b 磁粉的抗氧化耐腐蚀性娩，以及磁粉包覆骺对牯结磁体磁性能的影 响。为了加快试样的腐蚀，研究和比较它们宏j 辩酶腐蚀行为，选择进行入工加谯 腐蚀实验。其中检验磁粉抗氧化耐腐蚀性的方法主要有高温氧化增重实验、湿热 试验、差示摇摇量熬分耩( d s c ) 等；嚣磁耪裁纯磊豹麓褶努褥逶常采耀x 一瓣 线衍射实验。 2 5 1 澄热氧化实验 憾定漫热蜜验是搀湛湿疫袭 孛在整个实验攒阕煌定苓变，实验撵晶瓣受潮未 要是由于吸附、吸收和扩散三种作用，漫热实验对实验样品产嫩的腐蚀效应是出 于每茅巾金属都宥一个峨界湿度，在临界湿度以上，提高温度或湿度都会烟速腐蚀 作用，实验条件中频繁凝露和再趣蒸发将会僵金属产生最严莛的腐镰变质。瞄 此当产品在使用时不考虑表面凝露和呼吸作用所引起的吸潮时，可用恒定湿热实 验。潞熬实验采雳莺家标准g 嚣2 4 1 5 。2 。8 l 帮g b 2 4 2 3 3 ，8 l 。 本论文漫热实验设备采用e l 0 2 a g t 型高低温恒定湿热实验箱，湿热实验 豹条移是滋度为8 0 ，粳对漫度为9 0 熬大气龌凌，逐续实验瓣霾魏登酝，实骏 的目的是确定湿热环境下样品的适应能力。 2 5 2 盐雾实验 考虑到皴结n d f e b 磁搏突躲豹使用工猛，磁传豹加速腐蚀实验采用魄较常见 的中健盐雾实辘，操作按j b l 7 7 4 7 6 的规定的中性盐雾实验进行。中做盐雾实骏 是一种广泛应用的人工加速腐蚀的方法，是模拟近海样气候环境下大气腐蚀的人 工船遴腐蚀试验，常厢于多种鑫属材糕帮涂镀朦的酪镶往麓的鬻蔑篦较。本论文 中盐雾实验的具体操作如下： x 华南理工人学硕士学位论文 基于w i n d o w sc e n e t 嵌入式操作系统，结合现有组态软件相关理论与组件化编程 技术，以微软最新发布的v i s u a ls t u d i o n e t 为开发工具开发而向废纸造纸废水 处理的嵌入式组态软件。 1 5 论文的组织结构 本文主要对关于过程控制嵌入式组态软件基于组件的开发进行了初步探讨。 全文内容共包括六个部分，具体安排如下： 第一章介绍了组态软件的产生、发展现状和发展前景以及嵌入式系统的定义、 构成、特点和发展现状，介绍了两者的结合一一嵌入式组态软件。介绍了本课题 的目的和意义。 第二章分析了通用和嵌入式组态软件的功能和结构，详细描述了基于 w i n d o w sc e n e t 的嵌入式组态软件功能模型的总体设计和模型中各个功能模块的 作用。回顾了软件开发所使用的关键技术。 第三章主要介绍嵌入式组态软件中h m l 人机界面模块、通讯模块和数据库模 块的设计和实现。模块设计中体现了嵌入式组态软件可重配置性。 第四章介绍了本文选择的嵌入式设备的结构及嵌入式微处理器的特点。阐述 了定制w i n d o w sc e n e t 操作系统的过程和注意事项。 第五章简单介绍了二次纤维造纸废水处理技术和废水处理一体化实验工艺、 设备，并利用所开发的软件建立了一个废纸造纸废水处理嵌入式监控系统。 最后总结全文内容，并且展望了本课题的进一步发展方向。 1 0 第二章基于w i n d o w sc e 的嵌入式组态软件总体设计 第二章基于win d o w sc e 的嵌入式组态软件总体设计 由于嵌入式组态软件的功能结构和通用组态软件具有较大共性，所以通过对 通用组态软件的功能结构分析来说明嵌入式组态软件的功能结构。并以此为依据， 将嵌入式组态软件划分为一些功能模块。组态运行环境是组态软件的重点，所以 给出系统运行环境的数据流程。提出嵌入式软件设计中需要特别注意的问题。然 后介绍本软件选择p c 机和w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 作为开发硬软件平台，选择开发 环境为v s n e t 以及开发语言为c # 的原因。并介绍了软件开发中所使用的关键技 术。 2 1 嵌入式组态软件的系统结构 组态软件，不管是用于嵌入式平台还是一般p c 平台，都具有基本相似的结构 和功能。但是，由于运行环境不一样，它们之间也不可避免的存在一些差异。 2 1 1 通用组态软件的功能及结构 2 1 1 1 通用组态软件的功能 所谓通用组态软件通常指基于p c 的组态软件。目前国内外都有大量此类的 组态软件，如国外的i f i x 、i n t o u c h 、w i n c c ，国内的组态王、m c g s 、力控等。这 些组态软件都是以工业p c 机为硬件基础，以m i c r o s o f t 的w i n d o w s 为软件平台 的。从功能上分析，他们都具有以下功能“”。1 ： ( 1 ) 强大的图形组态。目前，大多数组态软件基于w i n d o w s 平台，充分利 用其图形功能完备，界面美观的特点，提供给使用者丰富的绘图工具，可以简单 便捷地绘制复杂的工业画面。还有丰富的动画连接如“闪烁”、“旋转”、“填 充”、“移动”等，使工业现场的生产线情况一目了然地显示在组态软件的人机 界面上。 ( 2 ) 开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一 家公司的产品，“异构”成为当今控制系统的主要特点之一。而良好的开放性指 组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。向下它可以与底层的数据 采集设备通讯，向上能与管理层通讯，实现上位机与下位机的双向通讯。 ( 3 ) 丰富的功能模块。组态软件以模块形式挂接在基本模块上，提高了系 统的可靠性和可扩展性。利用各种功能模块，完成实时监控、生成报表、显示实 时曲线和历史曲线、提供报警等功能，并使系统具有良好的人机界面，易于操作。 系统猩这种结构下，既适用于单机集中式控制，d c s 分布式控制，也可以是带远 程通信能力的远程监控系统。 ( 4 ) 强丈戆数据库。负黉整个应矮系绫豹实时数攥处理、历史数据存镶、 报警处理，完成与过程昀取向数据通信。 ( 5 ) 脚本语言。也称为命令语言、控制语言。用户可以根榍自己的需要编 写脚本程序，进行二次开发。组态软件在脚本语言功能及提供的脚本函数数量上 不簌稳高。 ( 6 ) 提供多种数据驱动程序。用于和i 0 设备通讯，互相交换数据。叻e 和 o p cc l i e n t 是两个通用的标准i o 驱动襁序，用来支持d d e 标准和0 p c 标准的 i o 竣餐逶讽。 2 1 1 2 通用缌怒软件的结梅 按照甭嗣静划分方法，通用组态软俅珂以划分为不穗的结构。下疆是常用瓣 两耱翊分方法。 1 按使用软件的工作阶段划分。按照使用软件的蔗作阶段划分，组态软件是 由系统开发环境和系统运行环境两大部分构成。 ( 1 ) 系统秀发繇凌。它怒叁动诧工程没诗嚣蔑安濂英控裁方寨，在缰态软馋 的支持下开发应用程序系统生所必须依赖的工作环境。 ( 2 ) 系统运行环境。在系统运行环境下，目标应用程序被载入计算机内存并 投入突时运行。系统运行环境搬据工程画蕊上圈元豹动惑连接实珏雩烫蓊图形画黼， 将现场工程运行状况戳缝态黼影静方式鼗示出来。 自动化工程设计师首先利用系统的开发环境建立系列用户数据文件，然后 通过一定工作量的系统组态和调试，生成鞠标应用稷序，并最终将目标程序在系 统运行巧壤孛投入实辩运嚣，突成一令工疆矮基。 2 按照成员构成划分。缀态软件因为其功能强大，而每个功能模块相对来说 有具柯一定的独立性，因此熊组成形式愚个集成软件平台，由若干程序组件构 成。遗索豹典型缀 孚包括以下凡聱分： ( 1 ) 匿形器璐开发程序。它是自动纯工程设计筛为实麓其控制方案，在圈形 编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通激建立一系列工 程域丽文件生成图形目标应盟系统。 ( 2 ) 图形器瓣运行程黪。在系统运行瑗境下，黧形蓬标应焉系统疆圈形赛瑟 运行程序载入内存并投入实时运行。 ( 3 ) 实时数据库模块。主要具备实时数据库的建立、维护、访问以及历史数 摆生成等功能，它是整个系统瓣基礁和竣，。实射数掇痒中有鑫静袭撂，各个表 格由不同字段缎成，每个字段对应生产现场的一个采集量，所酞说它的基本举位 1 2 第二章基于w i n d o w sc e 的嵌入式组态软件总体设计 为变量( 点) ，从这种意义上讲，实时数据库就是按一定方式组织的监控和管理点 ( 变量) 的集合。组态软件的其它功能如报警、数据浏览等功能都是基于实时数据 库展开的。 ( 4 ) 历史数据库模块。历史数据库存储系统运行的历史数据信息。数据一般 是由实时数据库模块以一定的采样周期将其数据信息向历史数据库转储而来的。 因为实时数据库是在内存中，而且数据随着时间在不断更新，所以只有通过历史 数据库才有可能对系统在一段时间内的运行状态做出评估。历史数据库一般使用 关系数据库管理系统( d b m s ) ，如m i c r o s o f ts q ls e v e r ， o r a c l e 等。 ( 5 ) 通讯模块。通讯模块完成与过程硬件设备( 如p l c ) 的通讯任务。根据 系统需要选择直接使用微机串口或使用以太网络两种方式。 ( 6 ) 数据报表模块。数据报表模块以图表的方式向用户提供系统运行的历史 数据信息，并提供报表的打印输出功能。实现报表模块的技术路线有：自己开发 报表软件或者基于已有软件做二次开发。第一种方案程序功能容易控制，但实现 有一定难度