SAE J1939協(xié)議在客車車燈控制系統(tǒng)中的應用研究
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設備監(jiān)控系統(tǒng)是測控站的重要組成部分。在衛(wèi)星地面測控站中，測控站監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱監(jiān)控系統(tǒng),MCS，Monitoring and Control System）負責查詢、顯示站內測控設備的工作狀態(tài)，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(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)、測試和培訓，迫切需要一套面向監(jiān)控的測控站設備仿真系統(tǒng)。
在測控站監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)階段，作為監(jiān)控對象的測控設備中的多數(shù)處于訂貨、研制階段。在監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境下，監(jiān)控系統(tǒng)無法與這些設備進行數(shù)據(jù)對接，因而很難對軟件進行調試和測試。在現(xiàn)場測試階段，測控設備很難到達一些指定的狀態(tài)或者輸出指定的參數(shù)。在監(jiān)控系統(tǒng)的培訓中，由于現(xiàn)場設備已經(jīng)連接到測控系統(tǒng)中，隨意更改狀態(tài)，可能會影響設備的正常運行。
因此，在設計開發(fā)測控站監(jiān)控系統(tǒng)中，設計面向監(jiān)控的測控站仿真系統(tǒng)，有助于理解設備的監(jiān)控協(xié)議，方便系統(tǒng)開發(fā)和調試，也有利于系統(tǒng)的測試和操作培訓。
2開發(fā)環(huán)境
仿真系統(tǒng)運行在基于局域網(wǎng)的微型計算機上，在Windows操作系統(tǒng)下，通過MFC構造設備接口協(xié)議庫，定義設備的連接方式、監(jiān)控協(xié)議、顯示方式等，通過組件化的設計，構造各設備的監(jiān)控模型。建立仿真控制總線，仿真設備通過仿真控制局域網(wǎng)連接到仿真控制主機。
這些設備以各自的監(jiān)控接口與監(jiān)控系統(tǒng)連接，構成一個完整的面向監(jiān)控的仿真系統(tǒng)（如圖1所示，虛線部分為監(jiān)控系統(tǒng)）。
圖1 面向監(jiān)控的仿真系統(tǒng)的組成
3監(jiān)控仿真系統(tǒng)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(tǒng)（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(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象，作為面向監(jiān)控的仿真系統(tǒng)必須為這些設備定義仿真接口。
根據(jù)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(wǎng)絡接口設備，可以通過IP地址復用來運行多個網(wǎng)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(tǒng)一控制下，協(xié)調一致地完成仿真功能。
仿真系統(tǒng)主要提供以下功能：
n 仿真對象的基本參數(shù)模擬；
n 故障模擬；
n 提供對仿真過程控制。
仿真系統(tǒng)的結構如圖2所示，底層支持為接口協(xié)議、組態(tài)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(tài),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(shù)；仿真控制提供對設備仿真過程的介入和干預，控制系統(tǒng)的運行。
在仿真系統(tǒng)中實現(xiàn)仿真對象的創(chuàng)建、以及通信接口、控制協(xié)議和人機交互接口的定義。
對象生成：根據(jù)需要，創(chuàng)建仿真對象，定義對象的類型、協(xié)議、物理接口地址、參數(shù)及其數(shù)值范圍、顯示方式等。
通信接口：根據(jù)接口定義，完成仿真設備各種接口的數(shù)據(jù)收發(fā)，定義接口類型、接口參數(shù)和其他的接口約定。
仿 真 系 統(tǒng) | ||||||||||
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(xié)議庫 | 顯示方法庫 | 通信接口 | ||||||||
圖2 仿真系統(tǒng)體系結構示意圖
控制協(xié)議：定義各對象的接口數(shù)據(jù)定義，參數(shù)個數(shù)，參數(shù)的量綱、量程。實現(xiàn)上采用動態(tài)庫的方法，或者組件庫，處理不同的控制接口協(xié)議。
人機接口：顯示各對象的參數(shù)與狀態(tài)，提供用戶人為修改對象參數(shù)和狀態(tài)的方法，通常是提供對話框來修改設備參數(shù)。
仿真控制：為了測試和調試的需要，在仿真控制計算機上，發(fā)送仿真控制命令，啟動設備的運行，統(tǒng)一設備間的定時和節(jié)拍，使系統(tǒng)協(xié)調一致。
4 關鍵技術
由于系統(tǒng)中的設備很多，其接口協(xié)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(tǒng)龐大，使得系統(tǒng)修改和維護困難，不利于系統(tǒng)的復用，因此在本系統(tǒng)中采用類似組態(tài)的方法，分解設備的各方面屬性，通過配置數(shù)據(jù)定義仿真設備，這就是組態(tài)化仿真模型。
組態(tài)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(tǒng)一定義的組態(tài)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(shù)據(jù)處理方法（通信協(xié)議）、校驗方法等方法和屬性。對于網(wǎng)絡接口，可以定義其網(wǎng)絡地址、數(shù)據(jù)接收端口和發(fā)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(huán)境。
顯示組態(tài)：為仿真對象定義其參數(shù)，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(wǎng)絡數(shù)據(jù)，在傳輸中已經(jīng)考慮了校驗。對于串行數(shù)據(jù)，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(qū)分校驗的位數(shù)，有的是字節(jié)校驗，有的是字校驗。
查詢方式：仿真對象的數(shù)據(jù)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(jiān)控協(xié)議，構造協(xié)議處理庫，然后對仿真對象指定與其對應的協(xié)議。
故障模式：為了測試監(jiān)控系統(tǒng)，分析監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)或參數(shù),如設備的故障、低限告警、高限告警、矛盾的狀態(tài)等。
通過組態(tài)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(shù)據(jù)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(chǎn)生各種類型的仿真對象。把對象定義作為配置數(shù)據(jù)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(tǒng)一調度下，完成測控設備仿真。同時，運行監(jiān)控系統(tǒng)，通過仿真系統(tǒng)改變設備的狀態(tài)，在監(jiān)控系統(tǒng)上可以得到顯示，通過監(jiān)控系統(tǒng)改變設備的參數(shù)，則仿真設備接收后，修改設備參數(shù)，并把數(shù)據(jù)上報到監(jiān)控系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)還可以人為地設置一些異常的設備狀態(tài)，超限或臨界的參數(shù)，來檢查監(jiān)控系統(tǒng)的處理邏輯的正確性。
在仿真環(huán)境下，通過在監(jiān)控系統(tǒng)中進行操作，通過仿真系統(tǒng)模擬設備的執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)顯示操作的執(zhí)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(tài)的方法構造測控設備仿真系統(tǒng)，為監(jiān)控系統(tǒng)的調試、測試提供了靈活的環(huán)境，也為監(jiān)控系統(tǒng)的培訓提供了一個方便、實用的操作、演示培訓平臺。
該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于把組態(tài)化的設備仿真技術應用于監(jiān)控系統(tǒng)的研制、開發(fā)和培訓，可以及早測試和檢查，提高開發(fā)效率，有助于提高系統(tǒng)的可靠性，降低建造成本和培訓成本。
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