布光系統(tǒng)中采用基于Windows CE的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)解析

　布光系統(tǒng)是廣泛應用于電視演播廳、電影攝影棚、體育場館以及舞廳的一種機械化照明燈具及其控制系統(tǒng)，是為增強舞臺藝術效果的一種燈光控制設備。目前，布光系統(tǒng)存在的問題是：人機界面差，操作復雜;不能實時檢測故障部位及原因，系統(tǒng)故障率大，難以維護;不能實現對被控對象的全部控制，只實現了單一、局部控制;缺乏形象的吊桿、燈具動作顯示。
　　本文介紹的布光監(jiān)控系統(tǒng)采用數字化分布嵌入式控制系統(tǒng)實現布光任務。在布光系統(tǒng)中采用基于Windows CE的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時性好，可靠性高;速度快，大容量的特性可以適應不斷增長的系統(tǒng)數據處理需求;體積小，結構設計方便靈活，設備和軟件成本大幅下降;基于Windows的嵌入式開發(fā)技術相對普及，人才成本下降。
　　1 系統(tǒng)概述
　　應用于布光系統(tǒng)的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)為數字雙向串行通訊控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由控制臺、網絡控制器、提升設備、燈具控制器四部分組成。其中控制臺由專用控制臺、備份控制臺和無線遙控三部分構成;網絡控制器負責網絡數據的傳輸，包括控制臺向下傳輸命令和下位機傳感器信號的返回，同時負責各控制臺之間的切換;提升設備由提升機控制器、提升機和吊桿構成;燈具控制器控制燈具實現不同的動作。
　　系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
　　
　　主控臺是系統(tǒng)的主要控制平臺，硬件由PC/104和液晶顯示器組成，同時使用Microsoft的Windows CE操作系統(tǒng)。備份控制臺由普通PC機實現，刪減主控制臺功能，保留部分必要的功能，起到備份數據和輔助控制的作用。遙控器是手持式輔助控制器，在100m內可以可靠有效地控制系統(tǒng)。無線遙控模塊采用單片無線收發(fā)一體芯片nRF401。該芯片具有低發(fā)射功率和高接收靈敏度的特點。
　　網絡控制器負責主控臺、備份臺、遙控器三個控制臺直接控制權力的分配，同時負責由上而下控制命令的傳輸以及傳感器信息由下而上的傳遞。網絡控制器與主控臺和備份臺之間的通信分別采用RS-232串口和CAN總線實現。CAN總線具有抗干擾能力強和可靠性高的特點。
　　被控節(jié)點有兩種：一種是提升機控制器，采用變頻調速控制;另一種是燈具控制器。網絡控制器與被控節(jié)點之間通過CAN總線進行通信。系統(tǒng)可控路數需達到1000路。因此，為了擴展CAN網的節(jié)點數，6個CAN總線中轉器與網絡控制器相連，每個中轉器下接6個CAN子網，共有36個CAN總線子網。
　　2 Windows CE簡介及其特點
　　主控制臺的操作系統(tǒng)采用微軟公司的嵌入式Windows CE 3.0。Windows CE是一種緊湊、高效、可伸縮的操作系統(tǒng)。主要面向各種嵌入式系統(tǒng)和產品。它具有多線程、多任務、完全搶占式的特點，是專門為各種有很嚴格資源限制的硬件系統(tǒng)設計的。它的模塊化設計使嵌入式系統(tǒng)和應用程序開發(fā)者能夠方便地定制以適應一系列不同的產品。Windows CE操作系統(tǒng)包括以下主要模塊：
　?。?）內核模塊，支持進程和線程處理及內存管理等基本服務;
　?。?）內核系統(tǒng)接口模塊，允許應用軟件訪問操作系統(tǒng);
　?。?）文件系統(tǒng)模塊，支持持久穩(wěn)固的信息存儲;
　?。?）圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊，控制圖形和Windows相關的圖形用戶界面;
　?。?）通信模塊，允許同其他設備進行信息交換。
　　Windows CE支持多種外設和網絡系統(tǒng)，包括鍵盤、鼠標、觸摸屏、串行口、以太網卡、調制解調器、USB設備、音頻設備、并行口、打印機和存儲設備。Windows CE支持超過1000個常用的Microsoft Win32 API和一些附加的編程接口，可用于開發(fā)應用程序。這些接口包括COM、MFC、ATL等。此外，Windows CE支持用于管理時間關鍵任務響應的實時處理;各種串行通信和網絡通信技術，包括支持USB;為Windows CE用戶提供Web服務的移動頻道;用于進程間通信的Automation和其他方法;還支持管理可安裝設備等可選組件。
　　對于Windows CE而言，原始設備制造商（OEM）能開發(fā)硬件適配層OAL（OEM Adaptation Layer），其他開發(fā)者可以開發(fā)內部驅動程序、可安裝驅動程序及運行在嵌入式設備上的應用程序。獨立軟件提供商ISV（Independent Software Vendor）能獨立于硬件平臺開發(fā)應用軟件。與其他操作系統(tǒng)比較，Windows CE具有下列優(yōu)越性：
　?。?）32位多線程、多任務、完全搶占式的操作系統(tǒng);
　?。?）強大的圖形顯示功能支持，用戶能定制完全自己風格的操作界面;
　　（3）支持大部分Win32 API，使得基于其他Windows的應用程序能方便地移植到Windows CE上;
　?。?）體積小，并能夠從ROM直接啟動，無需硬盤，不存在系統(tǒng)崩潰和病毒感染問題。
　　Windows CE是為便攜式電腦設計的新型平臺。它提供Windows操作系統(tǒng)的堅實子集。同時，微軟公司為Windows CE的開發(fā)提供了一套完整且功能強大的系列工具，從硬件調試到軟件開發(fā)都為用戶提供了方便。