接口设计论文范文

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2OPC数据接口

（1）主要采用OPCServer嵌入控制软件或单独调用OPCServer程序。程序代码（略）。（2）燃气炉加载OPC接口数据见表1，电阻炉、离心机等设备的数据接口类似。

3应用效果

在电阻炉群控软件中，对每台炉窑添加多功能电量表，对每台炉的用电情况（三相电压、三相电流、瞬时功率、累计电量）进行实时监控，并对每炉次的用电量进行统计。为此，电阻炉的实时上传数据为：炉次，炉内各控制偶温度，炉内各监测偶温度，工件上各铠装偶温度，各区设定温度，各区输出功率，设定工艺参数，工艺运行参数，设备报警信息，电量信息等。在燃气炉群控软件中，对没有煤气流量计的炉窑添加了流量计，对每台炉的煤气用量情况（瞬时流量、累计流量）进行实时监控，并对每炉次的煤气用量进行统计。为此，燃气炉的实时上传数据为：炉次，炉内各控制偶温度，炉内各监测偶温度，工件上各铠装偶温度，各区设定温度，各区输出功率、设定工艺参数，工艺运行参数，煤气压力，助燃风压力，炉膛压力，设备报警信息，每支烧嘴控制大小火情况，每支烧嘴大小火信息，煤气消耗量信息等。通过以上实时数据的统计、分析和传递，在生产管理和设备管理等方面可达到以下效果：（1）生产调度方面。生产管理者可以快速了解各热处理设备的使用及运行情况，可以优化设备的使用率和生产工艺流程的顺畅。（2）能源调度调配方面。能源管理者可以快速了解设备的能源消耗情况，并可对能源消耗费用进行控制（对于电阻炉，可以实现错峰用电，实现能源成本的节约），对整个厂内耗能的热处理设备实现监控与调配，防止供电负荷变化过大和煤气消耗量不稳。（3）设备管理方面。设备管理人员可对炉窑设备进行实时监控，对存在的设备隐患和问题及时发现并处理，设备维修保养更快捷，设备运行更顺畅。（4）成品管理及质量跟踪方面。对出现问题的工件可以查看其在锻造加热和热处理工艺过程中各种工艺参数和温度参数，追溯到存在问题的环节。（5）安全管理方面。对于容易出现安全问题的设备进行实时监控，及时发现安全隐患并消除，防止安全事故的发生。对于发生安全事故的设备，通过查看其报警记录及其它相关参数，方便查找事故原因，并进一步针对事故原因进行分析解决。（6）成本管理方面。通过对炉窑设备的实时数据记录，可计算单支产品在加热锻造和热处理工艺流程中的能源消耗，实现单支产品的成本统计分析。（7）通过个人办公室全过程信息化联网计算机可以查看任何一个产品当前所在的生产流程位置、状态、已消耗费用等，另外设备总体使用率，各产品生产周期和生产成本等也一目了然。从而可根据生产数据信息化分析处理系统了解是否满足市场及客户需求，企业内部的运行效率如何，优化内部管理，企业系统如何有效的适应外部的变化。为企业发展管理决策提供第一手参考资料和依据。

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2信息接口设计

在第2节中，对系统应用的信息接口进行了介绍，并对其功能进行了较为详细的描述，根据其功能和作用位置的不同，可以将其分为信息接收接口、信息交付接口和信息扩展接口3类。

2.1信息接收接口信息接收接口的主要功能是:接收由硬件提交的信息，并对信息的格式进行检验和分类，最终递交给中央处理模块。其主要结构和工作流程如图5所示。如图5所示，在信息接收接口中，收到的信息首先存储在消息缓冲中，信息格式模式匹配单元通过预先定义的合法消息格式，对消息缓冲中的信息进行匹配，监测其合法性，当出现异常时，反馈控制单元调度消息缓冲，根据异常消息的来源，向相应的硬件接口做出反馈，进而将异常消息丢弃或封闭/重置相应的硬件接口。合法的消息被送入消息分类单元，该单元维护若干个列表，列表中存储格式化的消息数据。当中央处理模块或其他模块，调用相应的功能时，则通过相应的功能子接口，将对应的数据取出并交给相应的功能。信息接收接口是基础硬件设施和软件处理单元之间的桥梁，通过扩展消息格式化的适配功能，能够有效拓展支持的硬件种类，从而使得系统的功能更加强大。

2.2信息交付接口信息接收接口面向的是底层硬件设备和系统，而信息交付接口面向的是上层的用户和用户界面，其功能是:将中央处理模块处理完毕的数据和信息，按照不同的种类递交给用户界面，在用户界面中进行集成和显示。其主要结构和工作流程如图6所示。与信息接收接口的不同之处在于，交付接口担负了双向的信息传递功能。首先，通过数据调用单元可以将处理完成的数据交付给用户界面使用，根据类型的不同有图形化数据、字节化数据、GIS数据等，用户界面通过调用这些不同种类的数据，即可按照实际需求，合成和显示出包含丰富内容的导航信息图示。同时，用户通过用户界面对导航信息系统进行控制、设置或调用其需要的单个数据，此时用户指令被传递到用户指令解释单元，若用户指令合法，则通过编译器对指令进行解释，产生针对系统每个模块的具体指令，并通过控制信息产生单元将具体指令转换为系统模块能够识别的具体控制信息。然后利用系统控制接口，对系统的软件和硬件进行直接的控制或设置等操作。信息交付接口是实现用户界面的基础，其并不关心用户界面如何实现，终端用户有着怎样的具体需求，仅仅是提供了一系列标准化的数据交付接口，这样就可以根据不同类型的船舶和不同的应用场景，设计不同的用户界面，而不需要受到核心软件系统的束缚。

2.3信息扩展接口与前2种接口不同，信息扩展接口是向外部开放的接口，通过这个接口，例如卫星通信网、GIS系统、AIS系统等，均可以连接入导航信息系统，为系统提供更加丰富的信息和更加强大的功能。其主要结构和工作流程如图7所示。信息扩展接口同样需要担负数据的双向传递任务，一方面其运行有相应数据交换/传输协议的协议栈，如AIS数据传输协议栈、VSAT卫星通信协议栈等，以便通过相应系统的接口下载和传输消息，同时将接收到的消息转换为系统能够识别的数据结构，供中央处理模块处理。另一方面，系统根据需要，提出相应的信息下载请求，该请求通过请求处理单元，转换为相应系统的控制和请求指令，封装为合适的控制消息后，发送给对应的外部系统。信息扩展接口可以通过扩展外部数据交换协议栈来扩展其可以支持的外部系统种类，从而能够综合更多的外部信息，丰富导航信息系统的内容。

3仿真与实现

根据以上研究和设计，本文采用软件实现的方法对导航信息系统进行仿真和模拟。采用的环境是Corei31.8GHz，4G内存，Win764bit，采用Java作为程序开发语言。仿真的重点在于实现各个接口的功能，验证各个接口工作的有效性和高效性，依托当前较为成熟的中央处理模块［7］，实现对信息的处理和存储，并使用Java语言开发整个模拟系统，模拟系统界面如图8所示。通过编写相应的代码，模拟各种硬件设备，信息接收接口成功地收集和转换了不同种类的消息，并通过信息交付接口递交给用户界面，从图8可以看出其成功地实现了信息的收集和显示。如图9所示，进行信息设置的测试，通过设计控制面板，设置相应的参数，观察能否对系统进行有效控制。通过以上实践证明，在理论上本文所设计的接口能够发挥相应的功能，实现导航信息的收集、处理和交付等功能，说明了本文提出的方案具有一定的可行性。

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2软件设计

本接口设计选用开发环境MDK，在MDK环境下可以使用C/C++方便地开发Cortex－M3的应用程序．与其他开发程序相比，MDK具有入门容易、使用方便，并在调试程序、软件仿真方面也有很强大的功能．以太网收发数据程序流程如图3所示．主程序通过查询的方式发送数据，采取通过判断函数返回值方式是否接收到数据，若接收到数据，通过指针把数据包传递给上层的LwIP协议栈进行处理，完成数据包的收取．收发数据主程序主要包括系统及外设的初始化、以太网控制器的初始化、发送数据、接收数据和应用处理等部分．

2．1STM32库STM32库是由ST公司针对STM32提供的函数接口，即API(ApplicationProgramInterface)，开发者可以调用这些库函数接口来配置STM32的寄存器，使开发人员得以脱离最底层的寄存器操作，有开发速度快、易于阅读、维护成本低等优点．实际上，库是架设在寄存器与用户驱动层之间的代码，向下处理与寄存器直接相关配置，向上为用户提供平配置寄存器的接口［3］．本设计采用最新的STM32的3．5版库文件，相对于以往版本的库文件兼容性更好．

2．2LwIP协议栈要实现TCP/IP协议栈，代码可以自行编写，但一般都会移植更加稳定优良的代码．LwIP是LightWeightInternetProtocol的缩写，是由瑞士计算机科学院AdamDunkels等开发的适用于嵌入式领域的轻量级TCP/IP协议栈，它可以移植到含有操作系统的平台中，也可以在无操作系统的平台下运行．由于其开源，占用的RAM和ROM比较少，支持较为完整的TCP/IP协议，且十分便于剪裁、调试，被广泛地应用于中、低端的32位操作平台［4］．该协议栈提供了一组API函数应用程序调用，编程方便［5］．LwIP通过pbuf建立了与底层硬件收发数据包的数据结构，可以实现数据的管理;netif结构体则保存了网卡地址、IP地址、网关等设置的这些信息．下面例举部分LwIP_Init()函数，其主要功能是初始化LwIP协议栈，主要是把ENC28J60与LwIP连接起来，包括IP，MAC地址，接口函数。

3仿真与应用

MDK仿真工具强大，本设计软件调试部分利用MDK软件针对STM32进行仿真，执行工程中的代码．仿真结果如下图4所示．构成网络应用的软件有不同的结构，有B/S结构(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)．本网络接口设计中HTTP服务器其是基于B/S结构的，用户运行应用程序时通过访问Web调用服务器的应用程序，并通过浏览器把结果显示给用户．该以太网接口应用于校园能耗监控系统中，所以设计出一款可以远程控制LED灯亮灭的简单应用，其运行结果如图5所示．

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双向端口操作 接口部分采用地址和数据总线复用的方式以减少所需要的端口引脚数。当传输数据时低位地址保持在一个锁存器中，“Data1”用作数据输入总线输出总线和部分地址总线，对总线的复用需要对端口的配置进行动态改变使端口按需要设置为输入或输出。为了将一个端口引脚配置为输入，必须将其相应的端口配置寄存器位（PRTnCF.x）设置为“0”使其输出方式为“漏极开路”，寄存器锁存位（Pn.x）必须设置为“1”，使其输出状态为高阻态。例如下面的代码将端口0的所有引脚配置为输入：movPRT0CF，#00h；漏极开路输出方式movP0，#0ffh；高阻抗下面的代码将端口0的所有引脚配置为推挽输出方式：movPRT0CF，#0ffh；推挽输出方式SRAM_Read子程序（见程序代码部分）给出改变端口方向的一个例子，在程序执行的前一阶段“DATA1”口被配置为输出，将低字节地址输出到端口锁存器，在程序执行的第二阶段“DATA1”口被配置为输入，从外部SRAM读取数据。

二、接口电路程序控制实现

该程序控制系统由初始化SRAM接口逻辑程序、读外部SRAM程序、写外部SRAM程序等组成，功能是通过该接口电路程序实现硬件间的有效连接，实现稳定的通信，从而实现对记录盘的各种配置以及对记录数据进行精确管理。程序代码中的主程序概述了如何对该外部128KBSRAM的每一个字节进行读写，该程序向外部SRAM写入一个字节，再从写入的地址读回，然后比较回读的值与写入的值是否一致，程序接着处理下一个地址，直到整个64K的存储块写完，一旦低存储块写完，程序将“A16位”置1（见示例代码中“常数和声明”一节），切换到高存储块。程序将接着对高存储块的每个字节进行同样的读、写和校验操作。