基于嵌入式技术的工程机械设备事件追踪系统设计

2018-06-28赵殿瑞裴振英张晓慧

中国设备工程 2018年12期

赵殿瑞，裴振英，张晓慧

（1.沈阳工程学院仿真中心；2.沈阳工程学院电力学院，辽宁沈阳 110136）

随着物联网技术的发展，其应用已经渗透到我们的生活和生产的各个角落，其中在工程机械领域，嵌入式技术得到了迅速的发展和应用。通过在嵌入式平台上综合全球定位系统、手机通讯网络、智能处理技术等实现了工程机械设备的智能化识别定位、跟踪、监控和管理，使工程机械、操作手、技术服务工程师、代理店、制造厂直接实现异地、远程、动态、全天候的“物物相连、人人相连、物人相连”。而作为实现工程机械物联网系统的最关键技术之一的事件追踪技术，直接关系到整个工程机械物联网系统的信息获取的准确性和实时性，影响着整个系统的稳定性，在开发阶段事件追踪系统的设计好坏，直接影响到开发进度和开发出来的系统的可靠性和可拓展性，目前国内外的工程机械设备生产商在实现其设备的智能化构建工程机械物联网系统的时候，都是以各自设备为中心，缺乏统一的事件追踪模型和报告模型，其产品很难具备兼容性，严重的影响了工程机械设备物联网的发展。针对这些问题本项目提出了一种通用的工程机械物联网设备事件追踪系统的设计，通过该系统能够有效稳定地实现对工程机械设备事件的追踪和报告，并生成符合工业标准的MMS报文。系统通过提供规范的接口和配置可以很方便的集成于各类不同的工程机械设备物联网系统，实现对不同设备的事件追踪和报告，极大的简化了工程机械设备软件开发的流程，有效的提高了系统的稳定性，降低开发成本，从而促进工程机械物联网系统的推广和应用。

1 系统总体方案设计

系统设计分为硬件设计和软件设计两个主要部分，硬件设计主要是完成对事件追踪软件系统的测试和系统性能评估，采用实验型系统硬件设计。其中硬件系统主要由嵌入式ARM系统实现，包括机械设计嵌入式子系统、设备数据采集子系统、设备控制响应子系统三个部分。软件系统设计是本项目的主要设计内容，整个软件系统由事件对象配置子系统、事件服务追踪配置子系统、事件报告配置子系统、事件追踪内核子系统和报文处理子系统五个部分组成，通过五个子系统的相互协调共同完成对工程机械设备的事件追踪报告和实现工程机械设备整体的智能化（图1）。

1.1 事件对象配置子系统

事件对象配置子系统主要完成对设备追踪的事件对象实体的信息配置，通过生成事件实体描述xml文件，传输给事件追踪内核，内核根据接受到的事件实体配置XML文件对内核追踪事件对象进行实体化。在内存中创建对应的事件实体并纳入监控链表，对事件参数进行监控完成对事件信息追踪的功能。

1.2 事件服务追踪配置子系统

图1 系统方案示意图

事件服务追踪配置子系统主要完成对设备事件追踪服务的相关参数的配置，通过接受服务器的配置命令，根据配置命令自动完成事件追踪服务的相关参数的配置和修改，并自动生成事件追踪内核所需要的配置XML文件。

1.3 事件报告配置子系统

事件报告配置子系统的设计主要完成对事件报告相关参数的在线配置和修改，服务器可以通过发送配置命令来实现对在线设备的事件报告参数的修改和重新配置。

1.4 事件追踪内核子系统

事件追踪内核子系统设计是系统的实现关键，内核子系统可以根据配置系统的配置XML文件对设备事件追踪进行智能化管理与配置，其主要包括事件参数的检测，事件参数的追踪记录和实时报告功能。能够将追踪对象发生的事件实时报告给报文处理子系统，实现对追踪对象的实时追踪报告。

1.5 报文处理子系统

报文处理子系统主要完成整个系统的报文处理功能和网络报文报告功能，通过该系统将内核产生的内核报文进行MMS报文映射，将报文处理成标准的工业MMS报文，并通过网络发送到指定目标的服务器。

2 软件系统设计

本系统软件设计主要包括嵌入式设备底层驱动设计和应用层系统功能设计，其中底层驱动接口设计主要完成工程机械设备事件信息数据的映射和规范化传输，将IIC、串口、485总线接口等驱动统一规范化成标准的工程机械设备事件数据模板进行数据采集和传输。应用层程序主要完成系统的功能设计和相应的接口设计，其中包括事件对象配置子系统、事件服务追踪配置子系统、事件报告配置子系统、报文处理子系统和事件追踪内核子系统，通过五个子系统相互协调工作共同完成对设备事件的追踪报告和实现标准的MMS报文传输，将设备事件实时的报告给指定的服务目标，其设计整体架构如图2所示。

图2 软件系统方案示意图

3 硬件系统设计

本项目设计的硬件系统主要是完成对系统设计方案的验证，模拟构建一个简单的工程机械物联网系统。其中包括两个工程机械设备的模拟，通过嵌入式ARM平台进行模拟，实现工程机械设备智能体的构建。主要实现设备信息采集和处理，实现设备事件服务追踪的实时报告等功能。服务器端以PC机器模拟，通过构建服务器端程序，实现对两个模拟的工程机械设备进行网络监控和在线配置功能。其设计架构原理如图3所示。