基于WinCE的液位遥测系统软件设计

　　引言

　　液位遥测系统是油轮和化学品船的核心部分[1]，直接关系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。目前国内该行业还处于低技术的恶性竞争，要改变这种状况，只有通过提升技术水平才能实现。本系统就是在此背景下进行研究设计的。

　　该系统是以ARM9为内核，在WinCE操作系统平台下，以CAN通信为基础，CANopen协议为规范，综合应用EVC编程、CAN通信、数据库、多线程等技术设计的一个智能液位遥测系统。

　　ARM9的工作频率最高为200 MHz，微处理器内置彩色图像处理电路，因此可以直接外接TFTLCD/VGA显示屏。

　　CAN（Controller Area Network）总线是一种多主从结构，具有报文仲裁，错误自检测、处理机制，较强的通信能力，较强的短路保护能力，通信方式灵活多样等优点。船舶液位遥测系统是一个局域网控制系统，选用CAN总线更能满足其传输的高可靠性[2]。

　　1 CANopen协议

　　CANopen最初由从事工业控制的CiA会员开发，由于CANopen是一种公共、开放、通用的协议，而且精练透明、容易开发，如今已经被接受为CAN高层协议的标准之一。[3]

                                    图1 CANopen设备模块

　　一个CANopen设备模块可分为3部分,如图1所示。通信接口和协议软件用于提供在总线上收发通信对象的服务;不同CANopen设备间的通信都是通过交换通信对象来完成的, 这一部分直接面向CAN控制器进行操作。对象字典描述了设备使用的所有数据类型、通信对象和应用对象;对象字典位于通信程序和应用程序之间,用于向应用程序提供接口。应用程序对对象字典进行操作,即可实现CANopen通信。它包括功能部分和通信部分,通信部分通过对对象字典进行操作实现CANopen通信;而功能部分则根据应用要求来实现。

　　在CANopen网络系统中每个节点都有唯一的一个对象字典,而且每个节点的对象字典都具有相同的结构；但具体的内容要根据不同的设备而定,包含了描述该设备及其网络行为的所有参数。CANopen协议还定义了4种报文(通信对象),用于对不同作用的信息进行处理,分别为管理报文（NMT）、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）和预定义报文或特殊功能对象。

　　2 液位遥测系统总体结构

　　液位遥测系统主要实现2项功能：

　　① 对各舱的液位、温度、压力等进行实时监测；

　　② 当监测高于报警值时发出报警信号。

　　针对这2项功能，采用了CAN总线的网络拓扑结构，系统总体结构框图如图2所示。

                           图2 液位遥测系统总体结构

　　由图2可知，整个系统以CAN总线进行通信，然而CAN芯片只提供了开放系统互连参考模型(OSI)中的物理层和链路层功能，一般用户必须直接用驱动程序操作链路层。不能直接满足控制网络的组态和产品互连要求。为了以CAN芯片为基础构成完整的工业控制现场总线系统，必须制定相应的应用层协议，实现系统的组态、设备互连和兼容功能。下面分别介绍各部分的功能。

　　2.1 分布式处理单元DPU

　　DPU是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程I/O单元。DPU单元分布在船舱各处，作为传感器和执行器的接口，直接与传感器和执行器相连。各个DPU单元可以用两根普通的双芯屏蔽电缆（ 或双绞线等）连接到CAN总线上，将定时采集的各船舱液位高度、温度等各种实时数据发送到总线上。

　　目前，基于CANopen的DPU的各种模块（模拟量输入/输出、数字量输入/输出等）可以根据具体的监测点连接到网络中，完成液位、温度、压力等的监测。

　　2.2 上位监测点

　　在本系统中，上位监测点主要实现通信和应用两个方面功能，具体结构如图3所示。

                                           图3 上位监测点结构图

　　ARM9的开发平台已将CAN驱动嵌入，根据CAN2.0协议，可以直接完成物理层和数据链路层的通信，因此，在WinCE操作系统下，实现CANopen通信，解析通信对象，调用应用程序，完成整个上位系统的CANopen通信。