自动化技术与应用 2006年第25卷第2期仪器仪表与检测技术Instrumentation and Measu rement综合导航显控台综合检测系统设计戴运桃,万扬,刘利强(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:综合导航显控台是船舶综合导航系统的核心导航设备,文章针对综合导航显控台设计了综合导航显控台综合检测系统,给出了综合检测系统的结构模型,在充分研究VxWorks操作系统的基础上提出了综合检测系统检测软件的功能设计与结构设计思路。
本系统已经应用到实践,能够很好的完成对综合导航显控台的系统检测及故障点定位。
关键词:综合检测;系统设计;嵌入式操作系统中图分类号:TP274 5文献标识码:B文章编号:1003 7241(2006)02 0062 03A S upervisio n System for Integrated Navigatio nDisplay and Contro l Co nsoleDAI Yun-tao,WA N Yang,LIU Li-qiang(School of Automation,Harbin Engineering University,Harbin150001,China)Abstract:Integrated Navi gation Display Control Console is the core navi gation equipment of INS.This paper introduces a supervision system for Inte grated Navigation Display and Control Console.It presents the basic structure of the in tegrated supervision sys tem based on the Vxworks real -time operating system.The system has been put into practice.Key words:Integrated supervision;System design;Embedded system1引言综合导航显控台是综合导航系统的核心导航设备,是应用组合导航技术和信息融合技术把各个导航设备有机地组合起来,在不改变各导航设备的情况下,采用滤波技术,对各种导航信息进行处理,实现各种导航信息互相取长补短,提高导航定位精度;通过对导航信息进行集中显示,集中控制和综合处理,实现最大限度发挥每一个导航信息的作用,实时向使用部门提供全面的、最佳的导航信息,在综合导航系统中起着非常重要的作用。
综合导航显控台综合检测系统是为了对综合导航显控台进行系统硬件功能检测而研制的。
在综合导航显控台出现硬件故障后,维修保障人员可应用!替换法∀使用综合检测系统对综合导航显控台进行系统检测、模块检测和电路板检测,定位出故障点或故障模块,从而进行有针对性的维修或更换。
收稿日期:2005-07-212系统结构及功能综合检测系统应该尽量搭建与用户实际使用环境相同的检测平台,保证被检测系统的完整性,对临时没有的系统设备部件,也应有相应的模拟手段[1]。
系统检测时,应该参考面向对象分析的结果,对应描述的对象、属性和各种服务,检测软件是否能够完全!再现∀问题空间。
系统可以给维修部门对设备故障进行排除提供方便。
其总体检测流程如图1:图1总体检测流程2.1综合检测系统结构综合检测系统主要由主检测平台和辅助检测平台两部分组成,系统的结构模型如图二所示。
主检测平台硬件系统采用嵌入式PC104架构,是综合检测系统的主控制单元,包括整机检测平台和单板检测平台。
其中,整机检测平台具有与装舰设备相同的配置,以保证完全实现舰上设备的所有功能,达到故障复现的目的;单板检测平台用于对系统模块中的各个电路板进行检测,将故障点定位到板卡上。
存储在主检测平台计算机中的程序统筹控制综合检测系统的检测流程,进行数据处理,以及故障诊断等。
辅助检测平台由通用PC 机、多串口卡、模拟量采集卡组成,辅助主检测平台完成对综合导航显控台的系统测试、模块测试与单板测试,根据检测系统采用的故障诊断方法将故障点定位到系统模块的板卡上。
图2 综合检测系统结构框图2.2 综合检测系统功能根据对综合检测系统的功能要求,综合检测系统应采用独立或交互式检测方式对综合导航显控台各个模块、部件和板卡进行检测和故障定位。
其主要功能如下:(1)能完全实现舰上设备的所有功能,这样在对综合导航显控台数字机模块、航迹仪模块、海图模块等功能模块检测时,能够快速定位出故障模块。
(2)检测综合导航显控台的键盘、电源模块、EL 显示器、摸球等部件是否能正常的工作。
(3)模拟其他导航设备,输入各种接口信息,检测综合导航显控台各功能模块中的主板、多功能显示卡、八串口卡、I/O 板、航迹标绘仪接口板等电路板工作是否正常。
3 综合检测系统软件设计3.1 软件开发环境为了保证系统的稳定性与实时性,主检测平台的检测软件基于VxWorks 操作系统进行开发。
VxWorks 操作系统是美国风河公司(Wi nd Ri ver Sys tem 公司)推出的一款运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式强实时操作系统。
操作系统包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分,只占用了很小的存储空间,并可高度裁减,保证了系统能以较高的效率运行。
它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中[2][3]。
VxWorks 主要有以下特点[4]:#具有高度可剪裁的操作系统微内核Wind,有效的多任务调度;#具有灵活的任务间通信手段,确定的、微秒级的中断延迟时间;#具有比较优秀的网络处理能力,适用于多种物理介质的TCP/IP 协议族支持;#具有极其丰富的BSP,支持多处理器系统,最多可以支持20个CPU;。
辅助测试平台采用的是稳定性好且易于操作的win dows2000操作系统。
其开发环境采用Visual Basic,V i sual Basic 是一种可视化的、面向对象的、采用事件驱动方式的高级程序语言,使用VB 提供的控件可以很容易的编写各种界面,方便实现人机界面的操作。
3.2 软件功能设计综合检测系统能完成对综合导航显控台系统的系统检测、模块检测及单板检测,找出综合导航显控台的故障点。
因此需要设计完备的软件,实现系统各种功能。
根据综合检测系统的功能要求,综合检测系统检测软件应完成如下功能:(1)在辅助检测平台上完全模拟综合导航系统所有外部导航设备的信息通讯功能,配合综合导航显控台完成系统检测。
(2)在主检测平台上完成对数字机模块、航迹仪模块及海图模块中各板卡的驱动,使各接口板工作在正常状态下。
(3)检测软件运用交叉测试的思想对所有被测板卡接口进行检测,根据交叉检测的要求,分别在辅助检测平台和主检测平台上完成对各个端口的交叉检测功能。
(4)检测软件采用图形化交互界面,构成良好的人机交互操作环境,使检测工作更好的进行。
3.3 软件结构设计系统软件设计的目的是向用户提供直观的操作界面,控制检测系统工作,完成检测任务。
为提高软件稳定性、可靠性,便于系统的维护与功能扩展,综合检测系统软件采用了层次化模块结构设计方法,软件体系结构图如图三所示。
整个软件系统分为三个层次,用户能看到的交互作用层,核心程序层(即中间层,用来连接和控制上下两层,同时包含了数据执行时的软件逻辑)和软件驱动层。
图3 综合检测系统软件体系结构图(下转第67页)7 结束语串行时钟芯片PCF8563由于它体积小,与MCU 接线少,精度高,且具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片,所以它广泛应用在智能仪器仪表领域。
本系统将PCF8563用于火灾报警系统,计时准确而且不会因为系统断电而丢失时间参数,可靠性高,使用方便,收到良好的效果。
由于时间参数在火灾报警系统中是一个重要的参数,它对于分析探测器发生的故障和火灾的原因,追究当事人的责任都具有重要意义。
8 参考文献:[1] 赵亮,侯国锐.单片机C 语言编程与实例[M ].北京:人民邮电出版社,2003.9.[2] Real-time clock/calendar PCF8563[Z].PHILIPS,1999.[3] 秀玲,周欣,陈黎平.I 2C 总线数据传输的设计及其应用[J].微型电脑应用,2003,(5):42-45.[4] 龙世瑜,林汉,陈新源.基于PCF8563户外型倒计时系统的设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2004,(2):64-66.作者简介:杨效余(1975-),男,中国科学院合肥智能机械研究所硕士研究生,从事火灾报警、智能控制的研究工作。
(上接第63页)核心程序层的系统总控程序模块作为外部模块,而应用模块作为内部模块,程序的调用只能由外到内,使系统不会产生递归调用,避免死锁的发生。
系统总控程序实现对各应用模块的调度,每个应用模块结束后都返回总控,将控制权交给总控程序[5][6]。
下面以系统总控程序下的单板检测平台软件为例,具体介绍设备检测的实现过程。
程序流程图如图4所示:图4 单板检测程序流程图单板检测平台采用交叉测试方法检测各板卡是否工作正常,是否能够提供设计所描述的功能。
检测平台软件主要包括人机交互模块、自检模块、功能检测模块和故障分析及报告模块四部分。
单板检测平台启动后根据用户的选择对指定的板卡进行初始化,然后进行数据输入或通过板卡进行数据输出,同时对板卡的数据通讯进行实时的监控,并对采集的数据进行详细的分析,把所得出的测试结论按需要显示在人机交互的界面上,以便检测人员可以直观的查看检测过程和结果。
如果检测结果为故障,则报警,提示检测人员更换板卡。
4 结束语开发检测系统,首要问题是根据系统检测任务的性质,决定该系统的结构并选取合适的系统模型。
该检测系统的检测方式主要是模仿实际的工作环境实现对综合导航显控台的系统检测;采用交叉检测方法实现对综合导航显控台的模块检测与单板检测,通过比较检测结果得出检测结论,定位故障单元。
该检测系统已经应用到实践,能够很好的完成对综合导航显控台的系统检测及故障点定位,在综合导航显控台故障检测中起着不可或缺的作用。
5 参考文献:[1] 吕波,任继平,吴欣,崔宗学.系统测试平台的设计与实现[J].计算机工程与应用,2001,(15):168-172.[2] VxWorks Programmer ∃s Guild 5.4.1[Z].Wind River Sys te m.Inc.1998.[3] VxWorks Guide to Wri ti ng and Porting Device Dri vers[Z].Wind Ri v er System,Inc.1995.[4] 孔祥营,柏桂枝.嵌入式实时操作系统VxWorks 及其开发环境Tornado[M].北京:中国电力出版社,2002.[5] 戴每萼,史嘉权.微型计算机技术及应用[M ].北京.清华大学出版社,1996.[6] 谭浩强.C 程序设计[M ].北京.清华大学出版社,1998.作者简介:戴运桃(1980-),女,湖北省红安县人,哈尔滨工程大学自动化学院导航制导与控制专业硕士研究生,主要研究方向为导航自动化,嵌入式系统。