基于WinodwsCE的嵌入式网络监控系统的设计与实现.

1、基于Winodws CE的嵌入式网络监控系统的设计与实 现摘要：该系统以Windows CE嵌入式操作系统为核心，利用串口及 CAN 总线与底层 I/O 节点进行数据通信，并实现对下层设备的实时监控。主控制台 可以直接联入 Internet 网，应用嵌入式系统中的网络功能，将系统故障信息向 维修中心的服务器传递，实现远程诊断。关键词： Windows CE 嵌入式系统 网络监控 控制器 布光系统布光系统是广泛应用于电视演播厅、电影摄影栅、体育场馆以及舞厅的一 种机械化照明灯具有其控制系统，是为增强舞台艺术效果的一种灯光控制设 备。目前，布光系统存在的问题是：人机界面差，操作复杂；不能实时检测故

2、 障部位及原因，系统故障率大，难以维护；不能实现对被控对象的全部控制， 只实现了单一、局部控制；缺乏形象的吊杆、灯具动作显示。本文介绍的布光监控系统采用数字化分布嵌入式控制系统实现布光任务。在布光系统中采用其于Win dows CE的嵌入式网络监控系统。该系统实时性好， 可靠性高；速度快，大容量的特性可以适应不断增长的系统数据处理需求；体 积小，结构设计方便灵活，设备和软件成本大幅下降；基于Win dows的嵌入式开发技术相对普及，人才成本下降。1 系统概述应用于布光系统的嵌入式网络监控系统为数字双向串行通讯控制系统。整 个系统由控制台、网络控制器、提升设备、灯具控制器四部分组成。其中控制 台

3、由专用控制台、备份控制台和无线遥控三部分构成；网络控制器负责网络数 据的传输，包括控制台向下传输命令和下位机传感器信号的返回，同时负责各 控制台之间的切换；提升设备由提升机控制器、提升机和吊杆构成；灯具控制 器控制灯具实现不同的动作。系统总体框图如图 1 所示。主控台是系统的主要控制平台，硬件由P C/104和液晶显示器组成，同时使用Microsoft的Windows CE操作系统。备份控制台由普通 PC机实现，删减主 控制台功能，保留部分必要的功能，起到备份数据和辅助控制的作用。遥控器 是手挂式辅助控制器，在100 m内可以可靠有效地控制系统。无线遥控模块采用 单片无线收发一体芯片n RF4

4、01该芯片具有低发射功率和高接收灵敏度的特 点。网络控制器负责主控台、备份台、遥控器三个控制台直接控制权力的分 配，同时负责由上而下控制命令的传输以及传感器信息由下而上的传递。网络 控制器与主控台和备份台之间的通信分别采用 RS-232串口和CAN总线实现。 CAN总线具有抗干扰能力强和可靠性高的特点。被控节点有两种：一种是提升机控制器，采用变频调速控制；另一种是灯具控制器。网络控制器与被控节点之间通过 CAN总线进行通信。系统可控路数 需达到1000路。因此，为了扩展CAN网的节点，6个CAN总线中转器与网络控 制器相连，每个中转器下接6个CAN?网，共有36个CAN总线子网。2 Windo

5、ws CE 简介及其特点主控制台的操作系统采用微软公司的嵌入式 Windows CE 3.0。 Windows CE 是一种紧凑、高效、可伸缩的操作系统。主要面向各种嵌入式系统和产品。它 具有多线程、多任务、完全抢点式的特点，是专门为各种有很严格资源限制的 硬件系统设计的。它的模块化设计使嵌入式系统和应用应用开发者能够方便地 定制以适应一系列不同的产品。 Win dows CE操作系统包括以下主要模块：内核模块，支持进程和线程处理及内存管理等基本服务；内核系统接口模块，允许应用软件访问操作系统；文件系统模块，支持持久稳固的信息存储；(4)界面；图形窗口和事件子系统模块，控制图形和Win dow

6、s相关的图形用户通信模块，允许同其他设备进行信息交换。Windows CE 支持多种外设和网络系统，包括键盘、鼠标、触摸屏、串 行口、以太网卡、调制解调器、USB设备、单频设备、并行口、打印机和存储 设备。Windows CE支持超过1000个常用的Microsoft Win32 API 和一些附加 的编程接口，可用于开发应用程序。这些接口包括 COM MFC ATL等。此外， Win dows CE支持用于管理时间关键任务响应的实时处理；各种串行通信和网络 通信技术，包括支持USB为Windows CE用户提供Web服务的移动频道；用于 进程间通信的 Automation 和其他方法；还支持

7、管理可安装设备等可选组件。对于Windows CE而言，原始设备制造商(OEM能开发硬件适配层OAL ( OEM Adaptation Layer )，其他开发者可以开发内部驱动程序、可安装驱动 程序及运行在嵌入式设备上的应用程序。独立软件提供商 ISV(Independent Software Vendor) 能独立于硬件平台开发应用软件：1) 32 位多线程、多任务、完全抑占式的操作系统；强大的图像显示功能支持，用户能定制完全自己风格的操作界面；（ 3）地移值到支持大部分Win 32 API,使得基于其他Win dows的应用程序地方便Win dows CE 上；（4）体积小，并能够从RO

8、M直接启动，无需硬盘，不存在系统崩溃和病 毒感染问题。Win dows CE是为便携式电脑设计的新型平台。它提供 Win dows操作系统的 坚实子集。同时，微软公司为 Win dows CE的开发提供了一套完整且功能强大的 系列工具，从硬件调试到软件开发都为用户提供了方便。3 系统组成及结构3.1 主控台2 所示。主控台是整个系统的核心，主要由 P C/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

9、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。灯具控制器接收解释上位机发来的命令，然后执行命令。若上位机

10、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：AD 采样各个自由度的角位移量；根据设定位置值，通过算法反自由度调到相应位置；实现各自由度的限位功能；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，结构紧溱，系统模块化；与单片机系统相比，P C/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