SAE J1939協議在客車車燈控制系統中的應用研究
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設備監控系統是測控站的重要組成部分。在衛星地面測控站中，測控站監控系統（以下簡稱監控系統,MCS，Monitoring and Control System）負責查詢、顯示站內測控設備的工作狀態，為用戶控制站內相關設備提供簡捷方便的控制界面[1]。在測控站建設過程中，為了方便監控系統的開發、測試和培訓，迫切需要一套面向監控的測控站設備仿真系統。
在測控站監控系統的開發階段，作為監控對象的測控設備中的多數處于訂貨、研制階段。在監控系統的開發環境下，監控系統無法與這些設備進行數據對接，因而很難對軟件進行調試和測試。在現場測試階段，測控設備很難到達一些指定的狀態或者輸出指定的參數。在監控系統的培訓中，由于現場設備已經連接到測控系統中，隨意更改狀態，可能會影響設備的正常運行。
因此，在設計開發測控站監控系統中，設計面向監控的測控站仿真系統，有助于理解設備的監控協議，方便系統開發和調試，也有利于系統的測試和操作培訓。
2開發環境
仿真系統運行在基于局域網的微型計算機上，在Windows操作系統下，通過MFC構造設備接口協議庫，定義設備的連接方式、監控協議、顯示方式等，通過組件化的設計，構造各設備的監控模型。建立仿真控制總線，仿真設備通過仿真控制局域網連接到仿真控制主機。
這些設備以各自的監控接口與監控系統連接，構成一個完整的面向監控的仿真系統（如圖1所示，虛線部分為監控系統）。
圖1 面向監控的仿真系統的組成
3監控仿真系統的功能與結構
測控站主要的測控設備與部件有天線控制單元（ACU），跟蹤接收機（TRK）、低噪聲放大器（LNA）、下行變頻器（DC）、上行變頻器（UC）、高功率放大器（HPA）、基帶系統（BBE）以及波導開關、遠程加電開關、中頻開關矩陣等[2]。這些設備也是監控系統的監控對象，作為面向監控的仿真系統必須為這些設備定義仿真接口。
根據仿真對象的接口不同，仿真對象運行在若干計算機上。在計算機硬件資源不沖突的情況下，若干個仿真對象可以運行在1臺計算機上。如在多串口卡的支持下，具有串行接口的幾個設備的仿真程序可以運行在同一臺計算機上。對于網絡接口設備，可以通過IP地址復用來運行多個網絡接口設備的仿真程序。
各仿真設備在仿真控制計算機的統一控制下，協調一致地完成仿真功能。
仿真系統主要提供以下功能：
n 仿真對象的基本參數模擬；
n 故障模擬；
n 提供對仿真過程控制。
仿真系統的結構如圖2所示，底層支持為接口協議、組態顯示、通信接口，在此基礎上，建立各個設備的仿真對象，有條件的可以使用實物。通過故障模式，可以控制仿真對象的狀態,模擬各種故障；通過交互界面，可以人為地改變設備的運行參數；仿真控制提供對設備仿真過程的介入和干預，控制系統的運行。
在仿真系統中實現仿真對象的創建、以及通信接口、控制協議和人機交互接口的定義。
對象生成：根據需要，創建仿真對象，定義對象的類型、協議、物理接口地址、參數及其數值范圍、顯示方式等。
通信接口：根據接口定義，完成仿真設備各種接口的數據收發，定義接口類型、接口參數和其他的接口約定。
仿 真 系 統 | ||||||||||
故障模式 | 人機交互界面 | 仿真控制 | 實 物 對 象 | |||||||
ACU仿真 | TRK 仿真 | LNA 仿真 | DC 仿真 | UC 仿真 | HPA 仿真 | BBE 仿真 | 波導開關仿真 | 開關矩陣仿真 | 其它設備 仿真 | |
接口協議庫 | 顯示方法庫 | 通信接口 | ||||||||
圖2 仿真系統體系結構示意圖
控制協議：定義各對象的接口數據定義，參數個數，參數的量綱、量程。實現上采用動態庫的方法，或者組件庫，處理不同的控制接口協議。
人機接口：顯示各對象的參數與狀態，提供用戶人為修改對象參數和狀態的方法，通常是提供對話框來修改設備參數。
仿真控制：為了測試和調試的需要，在仿真控制計算機上，發送仿真控制命令，啟動設備的運行，統一設備間的定時和節拍，使系統協調一致。
4 關鍵技術
由于系統中的設備很多，其接口協議、硬件接口也不一定相同，如果采用針對單個設備逐個編寫仿真程序，設備仿真的工作量很大，會造成系統龐大，使得系統修改和維護困難，不利于系統的復用，因此在本系統中采用類似組態的方法，分解設備的各方面屬性，通過配置數據定義仿真設備，這就是組態化仿真模型。
組態化仿真模型就是在仿真設計中，對于繁多的仿真對象，采用統一定義的組態化仿真對象模型，把仿真對象定義為具有若干屬性的類。在仿真設備類中，定義設備的接口、數據處理方法（通信協議）、校驗方法等方法和屬性。對于網絡接口，可以定義其網絡地址、數據接收端口和發送端口。對于串行口，定義其幀頭、幀尾標記等。這樣靈活的定義，可以使仿真對象適應各種不同的應用環境。
顯示組態：為仿真對象定義其參數，并確定在人機界面上的顯示屬性，主要顯示方式有字符、圖形、列表等[3]。
校驗方式：對于網絡數據，在傳輸中已經考慮了校驗。對于串行數據，仿真程序需要自己處理幀校驗。通常要定義校驗字的生成和驗證方法，校驗算法有CRC、奇偶校驗等，還要區分校驗的位數，有的是字節校驗，有的是字校驗。
查詢方式：仿真對象的數據上報，有的采用查詢/應答方式，有的采用定時上報，時間隔可以改變。
對于設備的監控協議，構造協議處理庫，然后對仿真對象指定與其對應的協議。
故障模式：為了測試監控系統，分析監控系統的處理能力，通過分析測控設備的故障模式，人為改變設備的狀態或參數,如設備的故障、低限告警、高限告警、矛盾的狀態等。
通過組態定義，可以很方便地把復雜的設備分解為各個方面，通過化整為零，復用所定義的數據處理、顯示、控制等各個側面。
這樣，通過對仿真對象各個屬性的分解與組合，可以產生各種類型的仿真對象。把對象定義作為配置數據存儲起來，形成仿真配置文件。仿真處理程序依照配置文件生成相應的仿真對象，在仿真控制程序的統一調度下，完成測控設備仿真。同時，運行監控系統，通過仿真系統改變設備的狀態，在監控系統上可以得到顯示，通過監控系統改變設備的參數，則仿真設備接收后，修改設備參數，并把數據上報到監控系統。仿真系統還可以人為地設置一些異常的設備狀態，超限或臨界的參數，來檢查監控系統的處理邏輯的正確性。
在仿真環境下，通過在監控系統中進行操作，通過仿真系統模擬設備的執行，監控系統顯示操作的執行結果。這樣在不影響實際設備正常運行的情況下，進行全站設備的操作培訓，降低培訓成本，減小設備操作的風險。
5 結論
通過組態的方法構造測控設備仿真系統，為監控系統的調試、測試提供了靈活的環境，也為監控系統的培訓提供了一個方便、實用的操作、演示培訓平臺。
該系統的創新之處在于把組態化的設備仿真技術應用于監控系統的研制、開發和培訓，可以及早測試和檢查，提高開發效率，有助于提高系統的可靠性，降低建造成本和培訓成本。
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