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品船的核心部分[1]，直接關系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。目前國內該行業還處于低技術的惡性競爭，要改變這種狀況，只有通過提升技術水平才能實現。本系統就是在此背景下進行研究設計的。

　　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協議為規范，綜合應用EVC編程、CAN通信、數據庫、多線程等技術設計的一個智能液位遙測系統。

　　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點。船舶液位遙測系統是一個局域網控制系統，選用CAN總線更能滿足其傳輸的高可靠性[2]。

　　1 CANopen協議

　　CANopen最初由從事工業控制的CiA會員開發，由于CANopen是一種公共、開放、通用的協議，而且精練透明、容易開發，如今已經被接受為CAN高層協議的標準之一。[3]

                                    圖1 CANopen設備模塊

　　一個CANopen設備模塊可分為3部分,如圖1所示。通信接口和協議軟件用于提供在總線上收發通信對象的服務;不同CANopen設備間的通信都是通過交換通信對象來完成的, 這一部分直接面向CAN控制器進行操作。對象字典描述了設備使用的所有數據類型、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行操作,即可實現CANopen通信。它包括功能部分和通信部分,通信部分通過對對象字典進行操作實現CANopen通信;而功能部分則根據應用要求來實現。

　　在CANopen網絡系統中每個節點都有唯一的一個對象字典,而且每個節點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絡行為的所有參數。CANopen協議還定義了4種報文(通信對象),用于對不同作用的信息進行處理,分別為管理報文（NMT）、服務數據對象（SDO）、過程數據對象（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現2項功能：

　　① 對各艙的液位、溫度、壓力等進行實時監測；

　　② 當監測高于報警值時發出報警信號。

　　針對這2項功能，采用了CAN總線的網絡拓撲結構，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，整個系統以CAN總線進行通信，然而CAN芯片只提供了開放系統互連參考模型(OSI)中的物理層和鏈路層功能，一般用戶必須直接用驅動程序操作鏈路層。不能直接滿足控制網絡的組態和產品互連要求。為了以CAN芯片為基礎構成完整的工業控制現場總線系統，必須制定相應的應用層協議，實現系統的組態、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DPU單元可以用兩根普通的雙芯屏蔽電纜（ 或雙絞線等）連接到CAN總線上，將定時采集的各船艙液位高度、溫度等各種實時數據發送到總線上。

　　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連接到網絡中，完成液位、溫度、壓力等的監測。

　　2.2 上位監測點

　　在本系統中，上位監測點主要實現通信和應用兩個方面功能，具體結構如圖3所示。

                                           圖3 上位監測點結構圖

　　ARM9的開發平臺已將CAN驅動嵌入，根據CAN2.0協議，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，實現CANopen通信，解析通信對象，調用應用程序，完成整個上位系統的CANopen通信。