SAE J1939协议在客车车灯控制系统中的应用研究
设备监控系统是测控站的重要组成部分。在卫星地面测控站中，测控站监控系统（以下简称监控系统,MCS，Monitoring and Control System）负责查询、显示站内测控设备的工作状态，为用户控制站内相关设备提供简捷方便的控制界面[1]。在测控站建设过程中，为了方便监控系统的开发、测试和培训，迫切需要一套面向监控的测控站设备仿真系统。
在测控站监控系统的开发阶段，作为监控对象的测控设备中的多数处于订货、研制阶段。在监控系统的开发环境下，监控系统无法与这些设备进行数据对接，因而很难对软件进行调试和测试。在现场测试阶段，测控设备很难到达一些指定的状态或者输出指定的参数。在监控系统的培训中，由于现场设备已经连接到测控系统中，随意更改状态，可能会影响设备的正常运行。
因此，在设计开发测控站监控系统中，设计面向监控的测控站仿真系统，有助于理解设备的监控协议，方便系统开发和调试，也有利于系统的测试和操作培训。
2开发环境
仿真系统运行在基于局域网的微型计算机上，在Windows操作系统下，通过MFC构造设备接口协议库，定义设备的连接方式、监控协议、显示方式等，通过组件化的设计，构造各设备的监控模型。建立仿真控制总线，仿真设备通过仿真控制局域网连接到仿真控制主机。
这些设备以各自的监控接口与监控系统连接，构成一个完整的面向监控的仿真系统（如图1所示，虚线部分为监控系统）。
图1 面向监控的仿真系统的组成
3监控仿真系统的功能与结构
测控站主要的测控设备与部件有天线控制单元（ACU），跟踪接收机（TRK）、低噪声放大器（LNA）、下行变频器（DC）、上行变频器（UC）、高功率放大器（HPA）、基带系统（BBE）以及波导开关、远程加电开关、中频开关矩阵等[2]。这些设备也是监控系统的监控对象，作为面向监控的仿真系统必须为这些设备定义仿真接口。
根据仿真对象的接口不同，仿真对象运行在若干计算机上。在计算机硬件资源不冲突的情况下，若干个仿真对象可以运行在1台计算机上。如在多串口卡的支持下，具有串行接口的几个设备的仿真程序可以运行在同一台计算机上。对于网络接口设备，可以通过IP地址复用来运行多个网络接口设备的仿真程序。
各仿真设备在仿真控制计算机的统一控制下，协调一致地完成仿真功能。
仿真系统主要提供以下功能：
n 仿真对象的基本参数模拟；
n 故障模拟；
n 提供对仿真过程控制。
仿真系统的结构如图2所示，底层支持为接口协议、组态显示、通信接口，在此基础上，建立各个设备的仿真对象，有条件的可以使用实物。通过故障模式，可以控制仿真对象的状态,模拟各种故障；通过交互界面，可以人为地改变设备的运行参数；仿真控制提供对设备仿真过程的介入和干预，控制系统的运行。
在仿真系统中实现仿真对象的创建、以及通信接口、控制协议和人机交互接口的定义。
对象生成：根据需要，创建仿真对象，定义对象的类型、协议、物理接口地址、参数及其数值范围、显示方式等。
通信接口：根据接口定义，完成仿真设备各种接口的数据收发，定义接口类型、接口参数和其他的接口约定。
仿 真 系 统 |
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故障模式 |
人机交互界面 |
仿真控制 |
实 物 对 象 |
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ACU仿真 |
TRK 仿真 |
LNA 仿真 |
DC 仿真 |
UC 仿真 |
HPA 仿真 |
BBE 仿真 |
波导开关仿真 |
开关矩阵仿真 |
其它设备 仿真 |
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接口协议库 |
显示方法库 |
通信接口 |
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图2 仿真系统体系结构示意图
控制协议：定义各对象的接口数据定义，参数个数，参数的量纲、量程。实现上采用动态库的方法，或者组件库，处理不同的控制接口协议。
人机接口：显示各对象的参数与状态，提供用户人为修改对象参数和状态的方法，通常是提供对话框来修改设备参数。
仿真控制：为了测试和调试的需要，在仿真控制计算机上，发送仿真控制命令，启动设备的运行，统一设备间的定时和节拍，使系统协调一致。
4 关键技术
由于系统中的设备很多，其接口协议、硬件接口也不一定相同，如果采用针对单个设备逐个编写仿真程序，设备仿真的工作量很大，会造成系统庞大，使得系统修改和维护困难，不利于系统的复用，因此在本系统中采用类似组态的方法，分解设备的各方面属性，通过配置数据定义仿真设备，这就是组态化仿真模型。
组态化仿真模型就是在仿真设计中，对于繁多的仿真对象，采用统一定义的组态化仿真对象模型，把仿真对象定义为具有若干属性的类。在仿真设备类中，定义设备的接口、数据处理方法（通信协议）、校验方法等方法和属性。对于网络接口，可以定义其网络地址、数据接收端口和发送端口。对于串行口，定义其帧头、帧尾标记等。这样灵活的定义，可以使仿真对象适应各种不同的应用环境。
显示组态：为仿真对象定义其参数，并确定在人机界面上的显示属性，主要显示方式有字符、图形、列表等[3]。
校验方式：对于网络数据，在传输中已经考虑了校验。对于串行数据，仿真程序需要自己处理帧校验。通常要定义校验字的生成和验证方法，校验算法有CRC、奇偶校验等，还要区分校验的位数，有的是字节校验，有的是字校验。
查询方式：仿真对象的数据上报，有的采用查询/应答方式，有的采用定时上报，时间隔可以改变。
对于设备的监控协议，构造协议处理库，然后对仿真对象指定与其对应的协议。
故障模式：为了测试监控系统，分析监控系统的处理能力，通过分析测控设备的故障模式，人为改变设备的状态或参数,如设备的故障、低限告警、高限告警、矛盾的状态等。
通过组态定义，可以很方便地把复杂的设备分解为各个方面，通过化整为零，复用所定义的数据处理、显示、控制等各个侧面。
这样，通过对仿真对象各个属性的分解与组合，可以产生各种类型的仿真对象。把对象定义作为配置数据存储起来，形成仿真配置文件。仿真处理程序依照配置文件生成相应的仿真对象，在仿真控制程序的统一调度下，完成测控设备仿真。同时，运行监控系统，通过仿真系统改变设备的状态，在监控系统上可以得到显示，通过监控系统改变设备的参数，则仿真设备接收后，修改设备参数，并把数据上报到监控系统。仿真系统还可以人为地设置一些异常的设备状态，超限或临界的参数，来检查监控系统的处理逻辑的正确性。
在仿真环境下，通过在监控系统中进行操作，通过仿真系统模拟设备的执行，监控系统显示操作的执行结果。这样在不影响实际设备正常运行的情况下，进行全站设备的操作培训，降低培训成本，减小设备操作的风险。
5 结论
通过组态的方法构造测控设备仿真系统，为监控系统的调试、测试提供了灵活的环境，也为监控系统的培训提供了一个方便、实用的操作、演示培训平台。
该系统的创新之处在于把组态化的设备仿真技术应用于监控系统的研制、开发和培训，可以及早测试和检查，提高开发效率，有助于提高系统的可靠性，降低建造成本和培训成本。
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