基于A(yíng)RMCortex-A8的城軌能饋式供電系統綜合監控系統設計

城市軌道交通供電系統為城軌車(chē)輛的運行提供電力，是城市軌道交通運輸系統安全可靠運行的關(guān)鍵設備和重要保障，所以監控其運行參數并實(shí)時(shí)掌握其工作狀態(tài)非常重要?；谀芰糠答伿綘恳╇娤到y的綜合監控系統，是目前國內較為先進(jìn)的交流傳動(dòng)的監控方法之一。該監控系統基于新型牽引供電系統的特性，采用以太網(wǎng)通訊技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，并使用ARM及C#語(yǔ)言，通過(guò)虛擬儀器界面取代過(guò)去的監控方式，實(shí)現了對新型能饋式牽引供電系統的可靠實(shí)時(shí)監控。

文中研究的能饋式牽引供電系統綜合監控技術(shù)可以保障牽引供電系統的正常運行，對能饋式牽引供電系統動(dòng)態(tài)過(guò)程中的各個(gè)電氣參數，溫度值及開(kāi)關(guān)量等進(jìn)行測量、傳輸、顯示、存儲及故障診斷，方便用戶(hù)觀(guān)察分析數據?？朔藗鹘y的儀表測量帶來(lái)的不良影響，如干擾PWM整流器的正常運行、危及操作人員的人身安全，測試過(guò)程繁瑣程序復雜等問(wèn)題。該能饋式牽引供電系統的綜合監控技術(shù)的主要特征是，具有強大的控制、存儲、運算、邏輯判斷能力，及自動(dòng)操作等新能力，并且在監控的準確度、靈敏度、自動(dòng)化程度，使用能力及解決監控技術(shù)問(wèn)題的深度和廣度方面有很大提升。

1 系統整體方案介紹

能饋式供電系統的綜合監控主要是由外圍數據源設備、底層ARM數據采集部分、串行通信接口轉換模塊，PC上位機監控軟件，數據庫存儲5個(gè)模塊組成。

其中，底層ARM系統負責對于監控設備的實(shí)時(shí)數據采集，經(jīng)過(guò)串行接口轉換模塊與PC機通信接口相連。上位機基于C#語(yǔ)言的監控系統使用串口和以太網(wǎng)協(xié)議將所有采集數據匯總進(jìn)行顯示以及分析等，同時(shí)從數據采集卡接收數據波形，利用外圍數據庫進(jìn)行數據存儲，便于調用分析，進(jìn)而完成對整個(gè)系統的綜合監控以及故障診斷。

2 底層硬件設計

本監控系統底層處理器采用了TI公司推出的AM3359微處理器。AM3359在圖像、圖形處理、外設和諸如EtherCAT和PROFIBUS的工業(yè)接口選項方面進(jìn)行了增強，支持通用存儲器(NAND，NOR，SRAM，等)支持高達16位ECC，支持最多2個(gè)端口的10/100/1000以太網(wǎng)交換機，串口包括：2個(gè)控制器局域網(wǎng)端口(CAN)6個(gè)UART，2個(gè)McASPI.2個(gè)McSPI和3個(gè)I2C端口，具有良好的通信功能。

綜合監控系統平臺中以AM3359微處理器為核心，移植了Ubuntu Linux操作系統作為下位機，采用LabVIEW作為監控界面的PC作為上位機，通過(guò)數據采集結點(diǎn)采集能饋式牽引供電系統相應的數據量和模擬量，以ARM板中NANDFlash作為存儲單元存貯采集到的數據，并通過(guò)串口和網(wǎng)口傳輸以上數據到上位機進(jìn)行處理和故障診斷，從而實(shí)現了對于管軌牽引供電系統的實(shí)時(shí)監控。綜合監控系統的總體架構如圖1所示。

AM3359處理器針對工控領(lǐng)域產(chǎn)品對多串口，多網(wǎng)卡應用有針對性的優(yōu)化和增強。支持6個(gè)串口，2個(gè)以太網(wǎng)，并能方便對網(wǎng)口和串口的擴展。串行接口是計算機與外圍數據源設備之間進(jìn)行數據交換的重要介質(zhì)。本平臺中的核心處理器AM3359采用的是USB調試串口，是由USB信號線(xiàn)先經(jīng)過(guò)USB2412集線(xiàn)控制IC再經(jīng)過(guò)串口接口IC FT2232L轉換成UART信號。

本監控系統中ARM芯片應用TI公司的Correx—A8系列AM3359芯片設計了一個(gè)嵌入式Linux系統。串口通信設計了4路RS232，2路RS485，實(shí)現兩臺PC間的安全穩定通信。監控系統通過(guò)主控單元采集變流器各監控量信息，并通過(guò)SPI串口通信的方式以1 s的周期傳輸給ARM處理器，從而完成短距離、周期性的監控數據的傳輸。

監控平臺的以太網(wǎng)通信以TCP/IP為通訊協(xié)議，將從控制單元得到的電壓，電流等數據通過(guò)以太網(wǎng)的方式傳送給上位機的監控界面。TCP網(wǎng)絡(luò )沒(méi)變成是目前比較通用的方式，主要采用C/S模式，即服務(wù)器(S)、客戶(hù)端(C)模式，服務(wù)器模式創(chuàng )建一個(gè)服務(wù)程序，等待客戶(hù)端用戶(hù)的連接，接收到用戶(hù)的連接請求后，根據用戶(hù)的請求進(jìn)行處理;客戶(hù)端模式則根據目的服務(wù)器的地址和端口進(jìn)行連接，向服務(wù)器發(fā)送請求并對服務(wù)器的響應進(jìn)行數據處理。本文中ARM充當客戶(hù)端的角色，對上位機進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。具體的TCP/IP通信流程圖如圖2所示。

3 上位機軟件設計

綜合監控技術(shù)的核心為上位機軟件設計，通過(guò)串口和以太網(wǎng)接口與數據采集通信，完成設備實(shí)時(shí)數據的接收，然后做適當數據處理和分析后，進(jìn)行各個(gè)功能的正常工作。本上位機軟件是在Windows操作系統下Visual Studio 2005.NET編程環(huán)境中使用C#語(yǔ)言編程完成。

C#語(yǔ)言是一種安全、穩定、簡(jiǎn)單的，由C和C++衍生出來(lái)的面向對象的編程語(yǔ)言。它在繼承C和C++強大功能的同時(shí)去掉了一些它們的復雜特性(例如沒(méi)有宏以及不允許多重繼承)。C#綜合了 VB簡(jiǎn)單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強大的操作能力、優(yōu)稚的語(yǔ)法風(fēng)格、創(chuàng )新的語(yǔ)言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。

本文使用C#編程環(huán)境中的Setial Port類(lèi)來(lái)實(shí)現串口通信功能，使用Thread類(lèi)來(lái)完成多線(xiàn)程編程，數據庫模塊采用廣泛使用的SQL Server 2000來(lái)存儲數據。Serial Port類(lèi)為應用程序提供了通過(guò)串口收發(fā)數據的簡(jiǎn)便方法，具有功能強大、通信快速、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。圖3為監控軟件的系統結構流程圖。