基于ARM9系統(tǒng)的無線發(fā)射臺智能化監(jiān)控設計

　1．概述

　　廣西廣播電視信息網(wǎng)絡股份有限公司按照“有人留守，無人值班”的設計思路開發(fā)了一套無線發(fā)射臺遠程網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)，對廣西1 6座邊遠廣播電視無線發(fā)射臺進行遠程集中監(jiān)控管理。原監(jiān)控系統(tǒng)采用下位機和上位機監(jiān)控的模式，下位機采用以8位單片機為處理核心的單片機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有集成度低外圍擴展電路多、系統(tǒng)主頻低、實時響應性慢的缺點，同時單片機與計算機交互需要許多專用的軟硬件，不同廠家的發(fā)射機甚至同一廠家的不同類別、不同功率等級的發(fā)射機對應不同程序，使系統(tǒng)備件增加，而且在需要更新升級的時候只能奔赴發(fā)射臺現(xiàn)場，這對于有著程序多樣性的各類發(fā)射機采集控制器來說顯得十分繁瑣，給維護管理帶來極大的不便。隨著大規(guī)模集成電路和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，自動控制領(lǐng)域向高集成、高速度、快速響應、易維護管理等方向發(fā)展。正因為如此 ARM9以其高集成的軟硬件系統(tǒng)和良好的可移植性及性價比走進了工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，我們將嵌入式ARM9系統(tǒng)很好地運用于無線發(fā)射臺尤其是高山臺智能化監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅進～步提高了發(fā)射臺發(fā)射機控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，也解決了程序更新難的問題。在更新程序或備份設備更換、新增設備燒寫的時候只需將該設備插上網(wǎng)線連入監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)，就可以在局域網(wǎng)的任何一地對其進行燒寫、更新軟件。系統(tǒng)改進后下位機、上位機以及采集控制器的維護與升級都變成了極其方便和簡單，進一步減少了發(fā)射臺管理和運行維護成本。

　　2．系統(tǒng)構(gòu)成

　　ARM (ADVANCED R I S C Machines)，原意為公司名稱，現(xiàn)泛指一類微處理器，一種技術(shù)，指采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器。它是一種先進的精簡指令系統(tǒng)微處理器，具有性能高、成本低和能耗省的特點。支持多任務操作系統(tǒng)，就是說在一塊ARM芯片上可以移植一套完整的操作系統(tǒng)，能夠完成類似個人計算機操作系統(tǒng)所能完成的基本功能，其內(nèi)核CPU采用AT91SAM9260的ARM芯片，該模塊出廠時已由廠家預裝了正版WinCE5．0實時多任務操作系統(tǒng)以及相關(guān)底層外圍驅(qū)動，這樣在開發(fā)基于該模塊的應用程序時，不用深入了解處理器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器、總線等，而只需借助廠家提供的API庫函數(shù)就能完成相關(guān)功能，大大節(jié)省了軟件的開發(fā)周期。我們通過外圍電路設計了模擬的A／D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出和四個串13，四個串口都可以通過跳線選擇RS232、 RS485和RS422方式進行現(xiàn)場通訊。

　　Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應用程序接13和與處理器無關(guān)等特點，其操作界面雖來源于Windows 95／98，但Windows CE是基于WlN32 API重新開發(fā)、新型的信息設備的平臺，是一個用于各種通訊、娛樂和移動式計算設備的操作系統(tǒng)平臺。WinCE5．0在2004年5月份推出，微軟宣布WinCE5．0擴大開放程序源代碼，開放了250萬行源代碼程序作為*估套件，它除了1 00％兼容于Windows CE外，還強化許多功能。ARM芯片及外圍電路結(jié)構(gòu)圖如圖1

基于ARM9的EM9260系列產(chǎn)品的開發(fā)工具就是著名嵌入式開發(fā)工具EVC，一款類似VC開發(fā)環(huán)境的專業(yè)嵌入式開發(fā)軟件，其編程風格幾近相同于VC編程，當開發(fā)在線調(diào)試時只需借助一根網(wǎng)線連接到目標設備即可，這點不同于單片機設備調(diào)試，需要取下處理器芯片并借助仿真器才能調(diào)試，顯得非常方便。整個系統(tǒng)具有程序移植比較方便、程序類型庫管理維護簡單等優(yōu)點。

　　3．1程序移植

　　在軟件開發(fā)完成后，需要對程序進行移植，也就是類似我們單片機設備的芯片程序第一次燒寫工作。進行程序移植，實際上也就是一個文件拷貝過程，一共需要拷貝或者存儲至少6個文件，它們是userinfo．txt、dbginfo．1xt、Onboot．ini、ComNet．ini、 Onboot．exe、ComNet．exe。其中CornNet．exe為設備正常工作的應用程序可執(zhí)行文件，它可以為任意名稱，但是對應．Ini后綴的名稱也要跟它一致，另~l,Onboot．ini內(nèi)部[run]鍵值下的對應名稱必須也要和它一致。當設備上電進入操作系統(tǒng)以后，系統(tǒng)根目錄下有一個文件名為“Nandflash”的文件夾，這就是所有以上6個文件需要存放的地方，它為系統(tǒng)的flash disk，設備掉電時只有存放在該文件內(nèi)部的文件不會丟失，存放到其他位置的文件都將丟失(見圖2)。

以上7個文件中除ComNet New．exe外，userinfo.txt內(nèi)部存放有該設備的IP地址，可以修改，相應bginfo．txt亦存放有設備lP地址信息，它必須與 userinfo．txt內(nèi)部IP地址一致，另外還有遠程調(diào)試主機IP地址，亦可以修改，但不建議做改動。Onboot.exe為引導應用程序，ComNet．exe為最終運行的應用程序，我們將該名字用于發(fā)射機采集控制器程序。Onboot．ini為引導程序配置說明，包括它所引導的將要運行的應用程序信息。ComNet．ini內(nèi)部包含有關(guān)設備的所有參數(shù)配置，包括開放串口、設備lD、發(fā)射機機型選擇、手自動以及故障倒機狀態(tài)、自動開關(guān)機時間表等重要信息。對新開發(fā)產(chǎn)品進行更新軟件的步驟是：在原有6個文件的基礎(chǔ)上，首先需要拷貝或者替換兩個文件ComNet_New．exe、 Onboot．ini，其中前者為更新文件，統(tǒng)一規(guī)定更新文件的文件名為在原有文件的名稱后面冠以_New未表示，Onboot．ini文件是在原文件中組名為[update]下新增鍵值0=更新文件名，原有文件名；然后給設備斷電重啟或者遠程控制設備復位重啟即可完成對設備程序的更新。

　　3.2程序類型庫

　　為了有效的避免因為發(fā)射機的種類多，導致采集器程序較多，我們建立了發(fā)射機程序類型庫，通過對所有發(fā)射機的采集施工后，將所有程序建庫，通過簡單的設置就可以達到發(fā)射機采集器的互用。當有新的發(fā)射機加入時只需要在系統(tǒng)中增加該發(fā)射機的采集程序。

　　4．軟件功能

　　軟件主要分為下位機軟件和服務器軟件兩個部分。下位機硬件結(jié)構(gòu)采用了嵌入式ARM，下位機的軟件采用win．dows CE系統(tǒng)，通過遠程的上位機可以進行在線式程序更新。操作簡單，管理方便。我們可以像在電腦上一樣嵌入設置網(wǎng)頁方便非專業(yè)人員對設置的更改。嵌入網(wǎng)頁可以設置各個通訊端口的參數(shù)、設備參數(shù)、倒備機、自動開關(guān)機等。

　　5．發(fā)射機采集監(jiān)控系統(tǒng)

　　發(fā)射機采集控制器采用先進的嵌入式ARM9作為核心單元，它不但具有發(fā)射機參數(shù)采集、主備機倒換控制、定時開關(guān)機、遙控開關(guān)機，而且提供了發(fā)射機程序類型庫、在線式程序升級等功能極大的減少了備件的種類，方便了設備維護。一臺采集器就可以完成一套節(jié)目包括主備發(fā)射機、主備激勵器參數(shù)的采集和監(jiān)視，以及故障倒備機控制等功能。上位機軟件采用B／S架構(gòu)，這種機構(gòu)具有升級維護方便，客戶端電腦擴展簡單等特點。通過上位機可以完成監(jiān)控各個環(huán)節(jié)參數(shù)的實時動態(tài)顯示、參數(shù)異常報警、發(fā)射機遙控開關(guān)機等功能，并能夠設定發(fā)射機自動開關(guān)機、倒備機的時間設置等功能。發(fā)射機嵌入式ARM9采集器具體實現(xiàn)功能如下：

　　1）采用主備發(fā)射機互為主備的工作方式，即主備機之間沒有明確的從屬關(guān)系，隨著發(fā)射機的工作情況發(fā)射機的不同主備關(guān)系也隨之變化，大大地提高了發(fā)射機的工作壽命。

　　2）可以分別定義A機和B機的工作時間段

　　3）A機、B機的高壓狀態(tài)，是彼此自動開關(guān)機的互鎖條件

　　4）天線位置為開機的必要條件

　　5）A機、B機的高壓狀態(tài)鎖定天線閘自動倒換驅(qū)動

　　6）可以預設倒機的功率門限以及延時時間

　　7）采集控制器根據(jù)監(jiān)測當前工作發(fā)射機的發(fā)射功率判別是否需要倒機

　　8）倒機流程：關(guān)閉并封鎖主機，倒換天線，開啟備機

　　結(jié)構(gòu)圖如圖3。

6．結(jié)束語

　　監(jiān)控系統(tǒng)用ARM處理器代替單片機，不僅使系統(tǒng)性能得以大大提高，而且在遠程升級維護管理上有明顯的優(yōu)勢。當連接發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)中斷時，嵌入在ARM9內(nèi)的網(wǎng)頁又可以滿足對臺內(nèi)設備的自動控制和平時應急式的設置與維護，不至于造成整個監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，提高了安全播出的可靠性，并大大減少了發(fā)射臺管理和運行維護成本。