基于Winodws CE的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

時間：2024-09-19 09:32:08 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：該系統(tǒng)以Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)為核心，利用串口及CAN總線與底層I/O節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信，并實現(xiàn)對下層設備的實時監(jiān)控。主控制臺可以直接聯(lián)入Internet網(wǎng)，應用嵌入式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡功能，將系統(tǒng)故障信息向維修中心的服務器傳遞，實現(xiàn)遠程診斷。

布光系統(tǒng)是廣泛應用于電視演播廳、電影攝影柵、體育場館以及舞廳的一種機械化照明燈具有其控制系統(tǒng)，是為增強舞臺藝術效果的一種燈光控制設備。目前，布光系統(tǒng)存在的問題是：人機界面差，操作復雜；不能實時檢測故障部位及原因，系統(tǒng)故障率大，難以維護；不能實現(xiàn)對被控對象的全部控制，只實現(xiàn)了單一、局部控制；缺乏形象的吊桿、燈具動作顯示。

本文介紹的布光監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字化分布嵌入式控制系統(tǒng)實現(xiàn)布光任務。在布光系統(tǒng)中采用其于Windows CE的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時性好，可靠性高；速度快，大容量的特性可以適應不斷增長的系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理需求；體積小，結構設計方便靈活，設備和軟件成本大幅下降；基于Windows的嵌入式開發(fā)技術相對普及，人才成本下降。

1 系統(tǒng)概述

應用于布光系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)為數(shù)字雙向串行通訊控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由控制臺、網(wǎng)絡控制器、提升設備、燈具控制器四部分組成。其中控制臺由專用控制臺、備份控制臺和無線遙控三部分構成；網(wǎng)絡控制器負責網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸，包括控制臺向下傳輸命令和下位機傳感器信號的返回，同時負責各控制臺之間的切換；提升設備由提升機控制器、提升機和吊桿構成；燈具控制器控制燈具實現(xiàn)不同的動作。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

主控臺是系統(tǒng)的主要控制平臺，硬件由PC/104和液晶顯示器組成，同時使用Microsoft的Windows CE操作系統(tǒng)。備份控制臺由普通PC機實現(xiàn)，刪減主控制臺功能，保留部分必要的功能，起到備份數(shù)據(jù)和輔助控制的作用。遙控器是手掛式輔助控制器，在100m內可以可靠有效地控制系統(tǒng)。無線遙控模塊采用單片無線收發(fā)一體芯片nRF401。該芯片具有低發(fā)射功率和高接收靈敏度的特點。

網(wǎng)絡控制器負責主控臺、備份臺、遙控器三個控制臺直接控制權力的分配，同時負責由上而下控制命令的傳輸以及傳感器信息由下而上的傳遞。網(wǎng)絡控制器與主控臺和備份臺之間的通信分別采用RS-232串口和CAN總線實現(xiàn)。CAN總線具有抗干擾能力強和可靠性高的特點。

被控節(jié)點有兩種：一種是提升機控制器，采用變頻調速控制；另一種是燈具控制器。網(wǎng)絡控制器與被控節(jié)點之間通過CAN總線進行通信。系統(tǒng)可控路數(shù)需達到1000路。因此，為了擴展CAN網(wǎng)的節(jié)點，6個CAN總線中轉器與網(wǎng)絡控制器相連，每個中轉器下接6個CAN子網(wǎng)，共有36個CAN總線子網(wǎng)。

2 Windows CE簡介及其特點

主控制臺的操作系統(tǒng)采用微軟公司的嵌入式Windows CE 3.0。Windows CE是一種緊湊、高效、可伸縮的操作系統(tǒng)。主要面向各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。它具有多線程、多任務、完全搶點式的特點，是專門為各種有很嚴格資源限制的硬件系統(tǒng)設計的。它的模塊化設計使嵌入式系統(tǒng)和應用應用開發(fā)者能夠方便地定制以適應一系列不同的產(chǎn)品。Windows CE操作系統(tǒng)包括以下主要模塊：

（1）內核模塊，支持進程和線程處理及內存管理等基本服務；

（2）內核系統(tǒng)接口模塊，允許應用軟件訪問操作系統(tǒng)；

（3）文件系統(tǒng)模塊，支持持久穩(wěn)固的信息存儲；

（4）圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊，控制圖形和Windows相關的圖形用戶界面；

（5）通信模塊，允許同其他設備進行信息交換。

Windows CE支持多種外設和網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括鍵盤、鼠標、觸摸屏、串行口、以太網(wǎng)卡、調制解調器、USB設備、單頻設備、并行口、打印機和存儲設備。Windows CE支持超過1000個常用的Microsoft Win32 API和一些附加的編程接口，可用于開發(fā)應用程序。這些接口包括COM、MFC、ATL等。此外，Windows CE支持用于管理時間關鍵任務響應的實時處理；各種串行通信和網(wǎng)絡通信技術，包括支持USB；為Windows CE用戶提供Web服務的移動頻道；用于進程間通信的Automation和其他方法；還支持管理可安裝設備等可選組件。

對于Windows CE而言，原始設備制造商（OEM）能開發(fā)硬件適配層OAL（OEM Adaptation Layer），其他開發(fā)者可以開發(fā)內部驅動程序、可安裝驅動程序及運行在嵌入式設備上的應用程序。獨立軟件提供商ISV(Independent Software Vendor)能獨立于硬件平臺開發(fā)應用軟件：

（1） 32位多線程、多任務、完全抑占式的操作系統(tǒng)；

（2）強大的圖像顯示功能支持，用戶能定制完全自己風格的操作界面；

（3）支持大部分Win32 API，使得基于其他Windows的應用程序地方便地移值到Windows CE上；

（4）體積小，并能夠從ROM直接啟動，無需硬盤，不存在系統(tǒng)崩潰和病毒感染問題。

Windows CE是為便攜式電腦設計的新型平臺。它提供Windows操作系統(tǒng)的堅實子集。同時，微軟公司為Windows CE的開發(fā)提供了一套完整且功能強大的系列工具，從硬件調試到軟件開發(fā)都為用戶提供了方便。

3 系統(tǒng)組成及結構

3.1 主控臺

主控臺是整個系統(tǒng)的核心，主要由PC/104系統(tǒng)、控制臺面板（鍵盤）和液晶顯示器組成，需要接入互聯(lián)網(wǎng)。其結構如圖2所示。

3.2 網(wǎng)絡控制器

網(wǎng)絡控制器硬件如圖3所示。

處理器采用美國德州儀器有限公司（TI）的MSP430

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