嵌入式设备的通信故障检测研究

摘要：本文基于嵌入式硬件平台研究了故障防范实时监控系统设计，提高了故障防范实时监控系统的可移动性、实时性、快速性，通过在被诊断设备中嵌入故障诊断 Agent，实时采集设备元件的工作电压，电压异常时通过诊断客户端进行诊断，帮助维修人员迅速、准确地进行故障定性，有效提高设备的故障监测和诊断水平。

关键词：嵌入式设备；通信故障；检测研究；

中图分类号：G258文献标识码： A

引言

电力专用通信网是随着电力系统的发展逐步形成的，对现代设备进行人工实时监测和故障检测，往往需要大量专家和技术人员，难以对设备故障进行快速响应，并要承受过高的人工成本。嵌入式设备故障防范实时监控系统，可以实时监控设备的运行，运用智能推理方法完成故障监测和诊断，即使普通技术人员也可以利用嵌入式设备故障防范实时监控系统有效进行设备故障实时监控和防范。本文基于嵌入式硬件平台研究了故障防范实时监控系统设计，本文的研究对于现代设备故障防范和诊断技术的智能化、自动化、微型化、快速化发展，具有重要的实践意义。所以，防止嵌入式设备发生故障，保证嵌入式设备能够正常、持续地工作是十分重要的，在应用嵌入式设备时需要对嵌入式设备进行及时的故障检测和监测，在应用中有着极为重要的现实的意义。

一、嵌入式设备故障防范实时监控系统诊断方法

传统的故障树检测方式，对于现代技术复杂的设备来说步骤过于繁琐，复杂的设备故障树可能达到十几层的深度，通过故障树查找故障效率很低。嵌入式设备故障防范实时监控系统诊断方法，基于以下原理。现代设备工作时，内部元件电压应在某一狭小范围，如元件工作点电压值不正常，说明元件工作不正常。在设备中应用嵌入式设备故障防范实时监控系统，可以实时采集元件的电压值，通过自动分析电压值是否正常，准确快速地判断设备故障。嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断，包括诊断 Agent 和诊断客户端两部分。嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断 Agent 实时采集被监测设备的状态，将监测到的数据传送给诊断客户端进行诊断。嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断 Agent由微处理单元、数据采集接口电路、通信接口、存储器构成，实时采集设备运行数据，即采集被诊断设备的各监测点电压，监测设备工作状态。如果 Agent 采集到的电压值超出设定范围，说明被监测设备工作不正常，Agent 将采集到的数据发送到通信接口，通过报警指示灯发出信息，嵌入式设备故障防范实时监控系统根据故障征兆列表确定设备故障源。嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断客户端，由推理机、知识库、征兆数据库、知识获取机构、解释机构、人机接口、通信接口构成，嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断客户端由技术人员在维护时使用，嵌入式设备故障防范实时监控系统系统诊断客户端能通过人机交互界面提示故障诊断的方法等信息。

二、嵌入式无线移动通信系统的硬件设计

（一）硬件结构设计

PRS终端与微控制器之间的连接需要MAX232模块完成，这是因为GPRS模块在SIM卡的驱动之下获取的信号只是模拟信号，该模拟信号并不能为微控制器直接处理，经过MAX232模块将模拟信号转变为数字信号之后，与微处理器的I/O接口进行串联。除此之外，微控制器还需要通过一系列的工作单元实现LCD显示驱动、音频驱动、键盘驱动等等。

（二）硬件的选择

1.微控制器芯片的选择

作为嵌入式无线移动通信系统的核心硬件，微控制器芯片从低端到高端有很多种，考虑到系统的成本以及功耗的问题，文章选择了Microchip公司所生产的PIC18F452芯片，该芯片作为一款8位的低端芯片其结构设计比较简单，指令系统非常精炼，虽然只有两级流水线，但是最高运行频率却可以达到10MPIS，完全能够满足小型系统对于实时性运行的需求。而且该芯片内部还包含了哈佛结构，能够提供32kb的程序存储以及256b的EEPROM，自身带有8×8硬件乘法器，除此之外终端资源也非常丰富。更为重要的是PIC18F452芯片还有许多能够与之进行匹配的模块，这就使得本系统的硬件结构设计相对较为简单。

2.GPRS通信模块的选择

作为本次系统的无线通信核心，GPRS模块能够为微控制器芯片接入到互联网提供底层的数据链路，同时也是文章构建的嵌入式系统与互联网进行数据交换的桥梁。为了确保数据通信效率和稳定新，文章采用的是Cellon公司提供的CMS91-90/1800通信模块，该模块能够提供GSM/GPRS双频段数据支持，同时该模块是一种10级模块，因此也能够比2级模块或者4级模块提供更为高效的数据传输能力。除此之外，该模块还具有功耗相对较低，体积非常小，接口比较简单，与第三方硬件的相容性较好等特点。

三、嵌入式无线通信系统的网络协议框架设计

（一）框架设计思想

由于嵌入式系统本身对软硬件资源的要求不高，本文选择的硬件基于成本的考虑，性能也不是很强，因此在实现网络协议的时候，面对TCP/IP等相关的大型协议簇需要进行一定的裁减和简化，以满足系统的需求。构建嵌入式无线通信系统的网络协议框架的基本思想如下：1.要能够满足系统硬件资源有限条件下的基本性能要求，而且无需操作系统支持，能够方便进行测试；2.代码可移植性、通用性较高；3.支持UML状态机的基本技术；4.能够便捷的依据状态机的UML视图进行代码的编写。

（二）嵌入式网络协议栈设计

采用了函数和报文缓冲区再加上全局标志变量三者结合起来的实现方法。之所以采用这种方法，是为了有效克服嵌入式系统本身资源有限的缺陷，每一个模块的代码编写都以精简作为基本的要求，同时将内存进行固化存储，一共只需要占用5M存储空间。同时，由于文章对协议栈的设计完全设计与框架设计思想和模块化设计方式完成的，因此其扩展性也得到了保障，能够根据实际需要随时进行功能的扩展，具有较强的便利性。

（四）通信故障的检测和恢复的实现

以下以耦合器通信故障的检测和恢复的实现为例进行分析

耦合器是该仿真系统的核心，它控制分布在不同计算机上的任务模块输入输出数据的收发和仿真时序。耦合器根据各任务模块的仿真状态，准确地推算出能进行下一步仿真的任务模块，并通过网络通知相应的执行机，耦合器和执行机之间的通信工作流（如图1）所示。UDP在传输数据前不与对方建立连接，在传输过程中对发送的数据不需要发送确认信号，这就减少了时间开支，而且UDP比较简单，头包含的字节少，传输的数据也少，这不仅减少了时间开支也减少了系统开支，并且该仿真系统运行在局域网中，程序对仿真过程中的可靠性、流控制和故障恢复都有一定的考虑。基于以上特点，该仿真系统采用UDP。由于系统采用UDP，在仿真过程中由于通信设备故障或通信繁忙等原因会导致耦合器和执行机之间出现通信故障，主要表现在仿真系统运行终止、无法继续进行下一步仿真等。为避免上述问题的存在，拟采取如下的处理方法：1.首先检测仿真系统的当前状态，也就是判断当前是否出现了仿真运行终止的现象。2.其次在出现故障之后，准确定位故障原因。3.最后是故障恢复，确保系统仿真能够继续进行。

图1耦合器和执行机之间的通信数据工作流

结束语

目前，嵌入式设备被大量运用于工业生产当中，它的发展前景是实现嵌入式设备的计算机远程控制和智能化。而嵌入式设备在进行改造后，大大提升了嵌入式设备自动化控制性能，从而保证了嵌入式设备正常安全运行，本文针对嵌入式软件的特点，提出按故障模型分类的嵌入式软件缺陷分类方法，在嵌入式软件测试中能有效的发现一些极易疏忽的软件故障，希望能给大家帮助。

参考文献

[1]周青云，王建勋.嵌入式系统的应用与发展[J].工业仪表与自动化装置，2008，03：16-20.

[2]李明.嵌入式互联网络接口的设计与开发[J].工业控制计算机，2002，08：39-42.

[3]王勇.嵌入式Internet的技术实现及其安全问题的研究[D].浙江大学，2002.

[4]郑文波，曹金安.嵌入式系统产业化发展――市场、技术与前景[J].自动化博览，2005，01：21-26+30.