基于嵌入式技術(shù)的工程機械設備事件追蹤系統(tǒng)設計

趙殿瑞，裴振英，張曉慧

（1.沈陽工程學院仿真中心；2.沈陽工程學院電力學院，遼寧 沈陽 110136）

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其應用已經(jīng)滲透到我們的生活和生產(chǎn)的各個角落，其中在工程機械領域，嵌入式技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應用。通過在嵌入式平臺上綜合全球定位系統(tǒng)、手機通訊網(wǎng)絡、智能處理技術(shù)等實現(xiàn)了工程機械設備的智能化識別定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，使工程機械、操作手、技術(shù)服務工程師、代理店、制造廠直接實現(xiàn)異地、遠程、動態(tài)、全天候的“物物相連、人人相連、物人相連”。而作為實現(xiàn)工程機械物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最關(guān)鍵技術(shù)之一的事件追蹤技術(shù)，直接關(guān)系到整個工程機械物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息獲取的準確性和實時性，影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在開發(fā)階段事件追蹤系統(tǒng)的設計好壞，直接影響到開發(fā)進度和開發(fā)出來的系統(tǒng)的可靠性和可拓展性，目前國內(nèi)外的工程機械設備生產(chǎn)商在實現(xiàn)其設備的智能化構(gòu)建工程機械物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的時候，都是以各自設備為中心，缺乏統(tǒng)一的事件追蹤模型和報告模型，其產(chǎn)品很難具備兼容性，嚴重的影響了工程機械設備物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。針對這些問題本項目提出了一種通用的工程機械物聯(lián)網(wǎng)設備事件追蹤系統(tǒng)的設計，通過該系統(tǒng)能夠有效穩(wěn)定地實現(xiàn)對工程機械設備事件的追蹤和報告，并生成符合工業(yè)標準的MMS報文。系統(tǒng)通過提供規(guī)范的接口和配置可以很方便的集成于各類不同的工程機械設備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)對不同設備的事件追蹤和報告，極大的簡化了工程機械設備軟件開發(fā)的流程，有效的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低開發(fā)成本，從而促進工程機械物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的推廣和應用。

1 系統(tǒng)總體方案設計

系統(tǒng)設計分為硬件設計和軟件設計兩個主要部分，硬件設計主要是完成對事件追蹤軟件系統(tǒng)的測試和系統(tǒng)性能評估，采用實驗型系統(tǒng)硬件設計。其中硬件系統(tǒng)主要由嵌入式ARM系統(tǒng)實現(xiàn)，包括機械設計嵌入式子系統(tǒng)、設備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、設備控制響應子系統(tǒng)三個部分。軟件系統(tǒng)設計是本項目的主要設計內(nèi)容，整個軟件系統(tǒng)由事件對象配置子系統(tǒng)、事件服務追蹤配置子系統(tǒng)、事件報告配置子系統(tǒng)、事件追蹤內(nèi)核子系統(tǒng)和報文處理子系統(tǒng)五個部分組成，通過五個子系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)共同完成對工程機械設備的事件追蹤報告和實現(xiàn)工程機械設備整體的智能化（圖1）。

1.1 事件對象配置子系統(tǒng)

事件對象配置子系統(tǒng)主要完成對設備追蹤的事件對象實體的信息配置，通過生成事件實體描述xml文件，傳輸給事件追蹤內(nèi)核，內(nèi)核根據(jù)接受到的事件實體配置XML文件對內(nèi)核追蹤事件對象進行實體化。在內(nèi)存中創(chuàng)建對應的事件實體并納入監(jiān)控鏈表，對事件參數(shù)進行監(jiān)控完成對事件信息追蹤的功能。

1.2 事件服務追蹤配置子系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)方案示意圖

事件服務追蹤配置子系統(tǒng)主要完成對設備事件追蹤服務的相關(guān)參數(shù)的配置，通過接受服務器的配置命令，根據(jù)配置命令自動完成事件追蹤服務的相關(guān)參數(shù)的配置和修改，并自動生成事件追蹤內(nèi)核所需要的配置XML文件。

1.3 事件報告配置子系統(tǒng)

事件報告配置子系統(tǒng)的設計主要完成對事件報告相關(guān)參數(shù)的在線配置和修改，服務器可以通過發(fā)送配置命令來實現(xiàn)對在線設備的事件報告參數(shù)的修改和重新配置。

1.4 事件追蹤內(nèi)核子系統(tǒng)

事件追蹤內(nèi)核子系統(tǒng)設計是系統(tǒng)的實現(xiàn)關(guān)鍵，內(nèi)核子系統(tǒng)可以根據(jù)配置系統(tǒng)的配置XML文件對設備事件追蹤進行智能化管理與配置，其主要包括事件參數(shù)的檢測，事件參數(shù)的追蹤記錄和實時報告功能。能夠?qū)⒆粉檶ο蟀l(fā)生的事件實時報告給報文處理子系統(tǒng)，實現(xiàn)對追蹤對象的實時追蹤報告。

1.5 報文處理子系統(tǒng)

報文處理子系統(tǒng)主要完成整個系統(tǒng)的報文處理功能和網(wǎng)絡報文報告功能，通過該系統(tǒng)將內(nèi)核產(chǎn)生的內(nèi)核報文進行MMS報文映射，將報文處理成標準的工業(yè)MMS報文，并通過網(wǎng)絡發(fā)送到指定目標的服務器。

2 軟件系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)軟件設計主要包括嵌入式設備底層驅(qū)動設計和應用層系統(tǒng)功能設計，其中底層驅(qū)動接口設計主要完成工程機械設備事件信息數(shù)據(jù)的映射和規(guī)范化傳輸，將IIC、串口、485總線接口等驅(qū)動統(tǒng)一規(guī)范化成標準的工程機械設備事件數(shù)據(jù)模板進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。應用層程序主要完成系統(tǒng)的功能設計和相應的接口設計，其中包括事件對象配置子系統(tǒng)、事件服務追蹤配置子系統(tǒng)、事件報告配置子系統(tǒng)、報文處理子系統(tǒng)和事件追蹤內(nèi)核子系統(tǒng)，通過五個子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)工作共同完成對設備事件的追蹤報告和實現(xiàn)標準的MMS報文傳輸，將設備事件實時的報告給指定的服務目標，其設計整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)方案示意圖

3 硬件系統(tǒng)設計

本項目設計的硬件系統(tǒng)主要是完成對系統(tǒng)設計方案的驗證，模擬構(gòu)建一個簡單的工程機械物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。其中包括兩個工程機械設備的模擬，通過嵌入式ARM平臺進行模擬，實現(xiàn)工程機械設備智能體的構(gòu)建。主要實現(xiàn)設備信息采集和處理，實現(xiàn)設備事件服務追蹤的實時報告等功能。服務器端以PC機器模擬，通過構(gòu)建服務器端程序，實現(xiàn)對兩個模擬的工程機械設備進行網(wǎng)絡監(jiān)控和在線配置功能。其設計架構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 硬件設計架構(gòu)原理圖

4 結(jié)語

本文提出和設計的嵌入式工程機設備事件追蹤系統(tǒng)有效的解決工程機械設備中事件模型的構(gòu)建問題，為設備事件追蹤服務軟件開發(fā)過程提供一套通用高效的事件追蹤方法，實現(xiàn)工程機械設備事件追蹤服務的可配置性，提高工程機械設備的智能化程度，能夠有效的促進工程機械物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和應用、效益明顯。

[1] 楊永生.基于狀態(tài)監(jiān)測的機械設備可靠性評估模型[J].四川兵工學報,2010,31(7):49-51.

[2] 夏曉雷,張元越,楊根喜.現(xiàn)代科技條件下機械故障診斷技術(shù)的發(fā)展[J].徐州工程學院學報,2012,21(9):67-69.