根據(jù)ARM的電子負載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

? ?隨著電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，各種電源設(shè)備被使用，而電源設(shè)備運行可靠與否直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的安全性和準確性，因此對這些電源設(shè)備的檢驗非常重要。電子負載即針對電源系統(tǒng)中輸出電能的設(shè)備或轉(zhuǎn)換裝置，如發(fā)電機、AC／DC、DC／AC變換器、蓄電池、整流器及電感、電容等部件的輸出特性、可靠性(老化放電)進行全面測試的設(shè)備?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的電子負載存在許多不足，如只能工作在單機面板操作模式下，缺乏上位機監(jiān)控功能，數(shù)據(jù)顯示缺乏圖形界面，顯示不直觀，人性化；測試過程必須全程有人員進行操作，無法進行編程控制測試；沒有以太網(wǎng)絡(luò)接口，無法進行遠程通訊與控制。而基于網(wǎng)絡(luò)的電子負載系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)電子負載系統(tǒng)有以下突出優(yōu)點：
??? (1)測試工作在上位機集中進行，通過自動測試降低測試人員勞動強度，減少冗余人員，提高測試效率；
??? (2)便于及時、準確、全面直觀、高效、連續(xù)地反映電源測試狀態(tài)，利于科學(xué)管理；
??? (3)遠程監(jiān)控可長期保存大量工作數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)進行科學(xué)的測試分析。
??? 目前，傳統(tǒng)電子負載通常利用RS232，RS485或CAN等總線進行網(wǎng)絡(luò)通訊。但這些網(wǎng)絡(luò)的有效半徑較短，并且孤立于Internet網(wǎng)絡(luò)以外，無法采用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)大范圍高效率的遠程監(jiān)控。針對以上不足，文中采用三星公司高性能的ARM處理器S3C2440作為核心，開發(fā)了基于以太網(wǎng)電子負載監(jiān)控系統(tǒng)，對于實現(xiàn)電源設(shè)備遠程自動化測試有著重要意義。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
??? 電子負載監(jiān)控系統(tǒng)是一個以ARM為核心的通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

??? ARM在以太網(wǎng)通訊中作為服務(wù)器端構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，具有獨立的IP地址，上位機作為客戶端通過對不同IP地址的訪問實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)上不同節(jié)點的ARM服務(wù)器通訊，連接或監(jiān)控某個節(jié)點上的電子負載。上位機通過以太網(wǎng)發(fā)送給負載的控制命令由ARM網(wǎng)絡(luò)控制器接收，再通過ARM網(wǎng)絡(luò)控制器由RS232總線發(fā)送給電子負載。電子負載根據(jù)接收到的控制命令將被測電源的各種數(shù)據(jù)和負載工作的各個參數(shù)通過RS232總線上傳給ARM。ARM將來自負載的數(shù)據(jù)采用TCP／IP協(xié)議通過以太網(wǎng)上傳給上位機，ARM可以通過擴張串口連接多個負載，同時通過路由器擴展網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多個ARM系統(tǒng)并行工作，提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的負載能力。

2 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器硬件設(shè)計
??? ARM系統(tǒng)硬件部分采用三星公司的ARM芯片S3C2440，S3C2440基于32 bit ARM920T內(nèi)核，標稱工作頻率為400 MHz，配置一片64 MBytes Nand Flash和兩片32 MBtyes SDRAM，網(wǎng)絡(luò)芯片采用DM9000A，配置了MAX3232擴展串口與電子負載進行連接。結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

3 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器軟件設(shè)計
??? ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的操作系統(tǒng)采用WindowsCE 5．0，Windows CE 5．0是一個32位、多線程、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，同時也是模塊型的操作系統(tǒng)，可選擇、組合和配置windows CE 5．0的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。windows CE 5．0通過中斷嵌套與優(yōu)先級處理機制滿足了測控系統(tǒng)的實時性要求，同時具有類似于桌面系統(tǒng)的人機界面和應(yīng)用程序開發(fā)工具。
??? 在windows CE 5．0的開發(fā)中。有兩個重要的方面，一是內(nèi)核定制，二是應(yīng)用程序的開發(fā)。
3．1 Windows CE內(nèi)核定制
??? 由于應(yīng)用環(huán)境的多樣性，需要對Windows CE系統(tǒng)做不同的內(nèi)核定制。采用微軟公司的PlatformBuilder集成開發(fā)環(huán)境，針對電子負載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的特點，添加、刪除和修改某些系統(tǒng)模塊，包括添加串口通信支持，以太網(wǎng)通訊支持，ActiveSync支持(軟件調(diào)試時的通信支持)等。此外，注冊表模式修改為HIVE模式，使掉電后數(shù)據(jù)的存放到Flash中保存實現(xiàn)程序的自啟動，參數(shù)掉電保存等功能。
3．2 ARM端通訊軟件開發(fā)
??? ARM網(wǎng)絡(luò)控制器作為負載和上位機連接的橋梁，實現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的互聯(lián)完成電子負載的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。因此，ARM端通訊軟件功能包括：與多個電子負載的串行通信；與上位機基于TCP／IP協(xié)議的通信，提供可視化界面顯示當前網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)和狀態(tài)，用戶可以通過觸摸屏設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)如波特率和IP地址等，系統(tǒng)提供連接日志供用戶查閱。其中的核心功能是實現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的通訊互聯(lián)，互聯(lián)模塊采用多線程的調(diào)用方式，保證了系統(tǒng)通訊的實時性。
??? 通訊幀格式定義為長度26位，格式為：同步頭，負載地址，命令字，4～25 bit為相關(guān)信息內(nèi)容，校驗碼。
??? (1)同步頭為AAH，占l bit；
??? (2)負載地址范圍為0～FE，占1 bit，確定該幀發(fā)送的目標負載或接收源負載；
??? (3)命令字占1 bit，標示了該幀的功能；
??? (4)4～25 bit為命令參數(shù)和反饋參數(shù)。
??? 套接字即Socket是支持TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。通過Socket編程，可以方便的訪問TCP／IP開發(fā)以太網(wǎng)通訊程序。Embedded VC++中基于TCP的Socket編程的服務(wù)器端程序工作流程如下：
??? (1)創(chuàng)建套接字Socket()；
??? (2)將套接字綁定到一個本地地址和端口上bind()；
??? (3)將套接字設(shè)置為監(jiān)聽模式，接收上位機的請求(listen)；
??? (4)等待上位機請求，當請求到來后，接受連接請求，返回一個新的對應(yīng)于此次連接的套接字accept()；
??? (5)用返回的套接字于上位機進行通信(send／reev)；
??? (6)關(guān)閉套接字。
??? 串口通訊在Windows CE環(huán)境下與桌面Windows環(huán)境下類似，通過CreateFile函數(shù)打開串口，ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串口數(shù)據(jù)。
??? 修改注冊表使ARM系統(tǒng)上電后自動運行通訊軟件：首先進行串口和以太網(wǎng)的初始化，對每個串口創(chuàng)建單獨的接收線程和發(fā)送線程，Socket監(jiān)聽到上位機連接后，創(chuàng)建與上位機連接的數(shù)據(jù)收發(fā)線程。當串口的接收線程接收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，調(diào)用Socket的發(fā)送線程把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。當上位機發(fā)送數(shù)據(jù)給ARM服務(wù)器時，Socket的接收線程觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，根據(jù)幀中負載地址，調(diào)用對應(yīng)的串口發(fā)送線程向指定的目標負載轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。工作流程，如圖3所示。

??? 用戶界面提供了各項通訊參數(shù)設(shè)置，服務(wù)器控制，系統(tǒng)連接狀態(tài)顯示，日志記錄顯示功能。使用Embedded VC++中的Remote Zoomin抓取的軟件界面，如圖4所示。

4 上位機監(jiān)控軟件設(shè)計
??? 上位機監(jiān)控軟件采用Delphi作為開發(fā)環(huán)境，控制電子負載在不同的工作模式下運行如恒電流模式，恒電阻模式，恒功率模式等。依據(jù)電子負載的實時反饋數(shù)據(jù)，將整個工作過程中負載的電壓、電流、功率等參數(shù)的變化以圖像、文本等多種形式顯示和記錄，同時對負載瞬態(tài)運行數(shù)據(jù)進行綜合分析，計算相關(guān)的性能指標。上位機作為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的客戶端，采用Intelnet Direct(Indy)控件，Indy是一組開放源代碼的Internet組件，采用阻塞通訊方式，為避免通訊環(huán)節(jié)中阻塞主線程工作，所以創(chuàng)建單獨的接收線程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，軟件工作流程，如圖5所示。

??? 上位機在初始化過程中按照設(shè)置的IP地址和端口范圍對網(wǎng)絡(luò)進行掃描，得到網(wǎng)絡(luò)中ARM服務(wù)器的運行狀態(tài)，將可用ARM服務(wù)器IP地址和端口返回。用戶選擇可用的目標ARM服務(wù)器完成負載監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)上位機對負載的監(jiān)控。上位機監(jiān)控軟件按照設(shè)定時間間隔向目標負載發(fā)送控制命令，如狀態(tài)參數(shù)查詢命令，負載接收到命令后發(fā)送返回數(shù)據(jù)，監(jiān)控軟件根據(jù)返回數(shù)據(jù)得到負載當前運行狀態(tài)信息。
??? 上位機監(jiān)控軟件采用多頁面，對每個負載動態(tài)生成單獨的監(jiān)控界面，保證系統(tǒng)資源的有效利用。保留公共控制區(qū)域負載全局運行狀態(tài)的顯示和全局控制功能按鈕，便于對全體負載運行狀態(tài)進行觀察并且完成多負載同步操作。監(jiān)控軟件工作狀態(tài)；如圖6所示。

5 結(jié)束語
??? 文中提出了一種基于ARM的電子負載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)軟硬件的結(jié)構(gòu)，充分利用以太網(wǎng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)靈活、可靠的通訊。本系統(tǒng)可以完成對整個電子負載系統(tǒng)的運行監(jiān)控，彌補了當前市場上電子負載監(jiān)控系統(tǒng)的不足。本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某科研單位電源實驗室的電源測試系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，擴展了監(jiān)控范圍，提高了電源測試效率。