SAE J1939協(xié)議在客車(chē)車(chē)燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

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(jié)構(gòu)

　　測(cè)控站主要的測(cè)控設(shè)備與部件有天線(xiàn)控制單元（ACU），跟蹤接收機(jī)（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(dǎo)開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程加電開(kāi)關(guān)、中頻開(kāi)關(guān)矩陣等[2]。這些設(shè)備也是監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象，作為面向監(jiān)控的仿真系統(tǒng)必須為這些設(shè)備定義仿真接口。

　　根據(jù)仿真對(duì)象的接口不同，仿真對(duì)象運(yùn)行在若干計(jì)算機(jī)上。在計(jì)算機(jī)硬件資源不沖突的情況下，若干個(gè)仿真對(duì)象可以運(yùn)行在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上。如在多串口卡的支持下，具有串行接口的幾個(gè)設(shè)備的仿真程序可以運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，可以通過(guò)IP地址復(fù)用來(lái)運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的仿真程序。

　　各仿真設(shè)備在仿真控制計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下，協(xié)調(diào)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(duì)象的基本參數(shù)模擬；

　　n 故障模擬；

　　n 提供對(duì)仿真過(guò)程控制。

　　仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，建立各個(gè)設(shè)備的仿真對(duì)象，有條件的可以使用實(shí)物。通過(guò)故障模式，可以控制仿真對(duì)象的狀態(tài),模擬各種故障；通過(guò)交互界面，可以人為地改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；仿真控制提供對(duì)設(shè)備仿真過(guò)程的介入和干預(yù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　在仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)仿真對(duì)象的創(chuàng)建、以及通信接口、控制協(xié)議和人機(jī)交互接口的定義。

　　對(duì)象生成：根據(jù)需要，創(chuàng)建仿真對(duì)象，定義對(duì)象的類(lèi)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(shè)備各種接口的數(shù)據(jù)收發(fā)，定義接口類(lèi)型、接口參數(shù)和其他的接口約定。

圖2 仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖

　　控制協(xié)議：定義各對(duì)象的接口數(shù)據(jù)定義，參數(shù)個(gè)數(shù)，參數(shù)的量綱、量程。實(shí)現(xiàn)上采用動(dòng)態(tài)庫(kù)的方法，或者組件庫(kù)，處理不同的控制接口協(xié)議。

　　人機(jī)接口：顯示各對(duì)象的參數(shù)與狀態(tài)，提供用戶(hù)人為修改對(duì)象參數(shù)和狀態(tài)的方法，通常是提供對(duì)話(huà)框來(lái)修改設(shè)備參數(shù)。

　　仿真控制：為了測(cè)試和調(diào)試的需要，在仿真控制計(jì)算機(jī)上，發(fā)送仿真控制命令，啟動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行，統(tǒng)一設(shè)備間的定時(shí)和節(jié)拍，使系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。

　　4 關(guān)鍵技術(shù)
　　
　　由于系統(tǒng)中的設(shè)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(duì)單個(gè)設(shè)備逐個(gè)編寫(xiě)仿真程序，設(shè)備仿真的工作量很大，會(huì)造成系統(tǒng)龐大，使得系統(tǒng)修改和維護(hù)困難，不利于系統(tǒng)的復(fù)用，因此在本系統(tǒng)中采用類(lèi)似組態(tài)的方法，分解設(shè)備的各方面屬性，通過(guò)配置數(shù)據(jù)定義仿真設(shè)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(shè)計(jì)中，對(duì)于繁多的仿真對(duì)象，采用統(tǒng)一定義的組態(tài)化仿真對(duì)象模型，把仿真對(duì)象定義為具有若干屬性的類(lèi)。在仿真設(shè)備類(lèi)中，定義設(shè)備的接口、數(shù)據(jù)處理方法（通信協(xié)議）、校驗(yàn)方法等方法和屬性。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接口，可以定義其網(wǎng)絡(luò)地址、數(shù)據(jù)接收端口和發(fā)送端口。對(duì)于串行口，定義其幀頭、幀尾標(biāo)記等。這樣靈活的定義，可以使仿真對(duì)象適應(yīng)各種不同的應(yīng)用環(huán)境。

　　顯示組態(tài)：為仿真對(duì)象定義其參數(shù)，并確定在人機(jī)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(yàn)方式：對(duì)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在傳輸中已經(jīng)考慮了校驗(yàn)。對(duì)于串行數(shù)據(jù)，仿真程序需要自己處理幀校驗(yàn)。通常要定義校驗(yàn)字的生成和驗(yàn)證方法，校驗(yàn)算法有CRC、奇偶校驗(yàn)等，還要區(qū)分校驗(yàn)的位數(shù)，有的是字節(jié)校驗(yàn)，有的是字校驗(yàn)。

　　查詢(xún)方式：仿真對(duì)象的數(shù)據(jù)上報(bào)，有的采用查詢(xún)/應(yīng)答方式，有的采用定時(shí)上報(bào)，時(shí)間隔可以改變。

　　對(duì)于設(shè)備的監(jiān)控協(xié)議，構(gòu)造協(xié)議處理庫(kù)，然后對(duì)仿真對(duì)象指定與其對(duì)應(yīng)的協(xié)議。

　　故障模式：為了測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)，分析監(jiān)控系統(tǒng)的處理能力，通過(guò)分析測(cè)控設(shè)備的故障模式，人為改變?cè)O(shè)備的狀態(tài)或參數(shù),如設(shè)備的故障、低限告警、高限告警、矛盾的狀態(tài)等。

　　通過(guò)組態(tài)定義，可以很方便地把復(fù)雜的設(shè)備分解為各個(gè)方面，通過(guò)化整為零，復(fù)用所定義的數(shù)據(jù)處理、顯示、控制等各個(gè)側(cè)面。

　　這樣，通過(guò)對(duì)仿真對(duì)象各個(gè)屬性的分解與組合，可以產(chǎn)生各種類(lèi)型的仿真對(duì)象。把對(duì)象定義作為配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，形成仿真配置文件。仿真處理程序依照配置文件生成相應(yīng)的仿真對(duì)象，在仿真控制程序的統(tǒng)一調(diào)度下，完成測(cè)控設(shè)備仿真。同時(shí)，運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)仿真系統(tǒng)改變?cè)O(shè)備的狀態(tài)，在監(jiān)控系統(tǒng)上可以得到顯示，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)改變?cè)O(shè)備的參數(shù)，則仿真設(shè)備接收后，修改設(shè)備參數(shù)，并把數(shù)據(jù)上報(bào)到監(jiān)控系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)還可以人為地設(shè)置一些異常的設(shè)備狀態(tài)，超限或臨界的參數(shù)，來(lái)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(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行操作，通過(guò)仿真系統(tǒng)模擬設(shè)備的執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)顯示操作的執(zhí)行結(jié)果。這樣在不影響實(shí)際設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，進(jìn)行全站設(shè)備的操作培訓(xùn)，降低培訓(xùn)成本，減小設(shè)備操作的風(fēng)險(xiǎn)。

　　5 結(jié)論

　　通過(guò)組態(tài)的方法構(gòu)造測(cè)控設(shè)備仿真系統(tǒng)，為監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試、測(cè)試提供了靈活的環(huán)境，也為監(jiān)控系統(tǒng)的培訓(xùn)提供了一個(gè)方便、實(shí)用的操作、演示培訓(xùn)平臺(tái)。

　　該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于把組態(tài)化的設(shè)備仿真技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)的研制、開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)，可以及早測(cè)試和檢查，提高開(kāi)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(xùn)成本。