基于WinCE的液位遙測系統軟件設計

　　引言

　　液位遙測系統是油輪和化學(xué)品船的核心部分[1]，直接關(guān)系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。目前國內該行業(yè)還處于低技術(shù)的惡性競爭，要改變這種狀況，只有通過(guò)提升技術(shù)水平才能實(shí)現。本系統就是在此背景下進(jìn)行研究設計的。

　　該系統是以ARM9為內核，在WinCE操作系統平臺下，以CAN通信為基礎，CANopen協(xié)議為規范，綜合應用EVC編程、CAN通信、數據庫、多線(xiàn)程等技術(shù)設計的一個(gè)智能液位遙測系統。

　　ARM9的工作頻率最高為200 MHz，微處理器內置彩色圖像處理電路，因此可以直接外接TFTLCD/VGA顯示屏。

　　CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)是一種多主從結構，具有報文仲裁，錯誤自檢測、處理機制，較強的通信能力，較強的短路保護能力，通信方式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。船舶液位遙測系統是一個(gè)局域網(wǎng)控制系統，選用CAN總線(xiàn)更能滿(mǎn)足其傳輸的高可靠性[2]。

　　1 CANopen協(xié)議

　　CANopen最初由從事工業(yè)控制的CiA會(huì )員開(kāi)發(fā)，由于CANopen是一種公共、開(kāi)放、通用的協(xié)議，而且精練透明、容易開(kāi)發(fā)，如今已經(jīng)被接受為CAN高層協(xié)議的標準之一。[3]

                                    圖1 CANopen設備模塊

　　一個(gè)CANopen設備模塊可分為3部分,如圖1所示。通信接口和協(xié)議軟件用于提供在總線(xiàn)上收發(fā)通信對象的服務(wù);不同CANopen設備間的通信都是通過(guò)交換通信對象來(lái)完成的, 這一部分直接面向CAN控制器進(jìn)行操作。對象字典描述了設備使用的所有數據類(lèi)型、通信對象和應用對象;對象字典位于通信程序和應用程序之間,用于向應用程序提供接口。應用程序對對象字典進(jìn)行操作,即可實(shí)現CANopen通信。它包括功能部分和通信部分,通信部分通過(guò)對對象字典進(jìn)行操作實(shí)現CANopen通信;而功能部分則根據應用要求來(lái)實(shí)現。

　　在CANopen網(wǎng)絡(luò )系統中每個(gè)節點(diǎn)都有唯一的一個(gè)對象字典,而且每個(gè)節點(diǎn)的對象字典都具有相同的結構；但具體的內容要根據不同的設備而定,包含了描述該設備及其網(wǎng)絡(luò )行為的所有參數。CANopen協(xié)議還定義了4種報文(通信對象),用于對不同作用的信息進(jìn)行處理,分別為管理報文（NMT）、服務(wù)數據對象（SDO）、過(guò)程數據對象（PDO）和預定義報文或特殊功能對象。

　　2 液位遙測系統總體結構

　　液位遙測系統主要實(shí)現2項功能：

　?、?對各艙的液位、溫度、壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；

　?、?當監測高于報警值時(shí)發(fā)出報警信號。

　　針對這2項功能，采用了CAN總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，系統總體結構框圖如圖2所示。

                           圖2 液位遙測系統總體結構

　　由圖2可知，整個(gè)系統以CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，然而CAN芯片只提供了開(kāi)放系統互連參考模型(OSI)中的物理層和鏈路層功能，一般用戶(hù)必須直接用驅動(dòng)程序操作鏈路層。不能直接滿(mǎn)足控制網(wǎng)絡(luò )的組態(tài)和產(chǎn)品互連要求。為了以CAN芯片為基礎構成完整的工業(yè)控制現場(chǎng)總線(xiàn)系統，必須制定相應的應用層協(xié)議，實(shí)現系統的組態(tài)、設備互連和兼容功能。下面分別介紹各部分的功能。

　　2.1 分布式處理單元DPU

　　DPU是采用模塊化設計、具有通信功能的智能化遠程I/O單元。DPU單元分布在船艙各處，作為傳感器和執行器的接口，直接與傳感器和執行器相連。各個(gè)DPU單元可以用兩根普通的雙芯屏蔽電纜（ 或雙絞線(xiàn)等）連接到CAN總線(xiàn)上，將定時(shí)采集的各船艙液位高度、溫度等各種實(shí)時(shí)數據發(fā)送到總線(xiàn)上。

　　目前，基于CANopen的DPU的各種模塊（模擬量輸入/輸出、數字量輸入/輸出等）可以根據具體的監測點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò )中，完成液位、溫度、壓力等的監測。

　　2.2 上位監測點(diǎn)

　　在本系統中，上位監測點(diǎn)主要實(shí)現通信和應用兩個(gè)方面功能，具體結構如圖3所示。

                                           圖3 上位監測點(diǎn)結構圖

　　ARM9的開(kāi)發(fā)平臺已將CAN驅動(dòng)嵌入，根據CAN2.0協(xié)議，可以直接完成物理層和數據鏈路層的通信，因此，在WinCE操作系統下，實(shí)現CANopen通信，解析通信對象，調用應用程序，完成整個(gè)上位系統的CANopen通信。