基于Web 的通信電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究

鄭 冰

（河南工業(yè)職業(yè)技術學院電子工程系，河南 南陽473009）

遠程監(jiān)控系統(tǒng)是信息網絡與工業(yè)控制網絡結合的產物，它通過現(xiàn)場控制網絡、企業(yè)內部網和Internet ，把分布于各地的智能儀表系統(tǒng)互聯(lián)起來，實現(xiàn)控制設備間的遠程信息交互，完成遠程監(jiān)視與控制任務。將Web 技術應用到遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，可以提供比傳統(tǒng)遠程監(jiān)控更為強大的功能。用戶只需要通過普通的瀏覽器，就可以實現(xiàn)對遠程設備的監(jiān)視、控制、診斷、測試和配置。借助以太網和Internet 技術，把嵌入式系統(tǒng)連接到Internet 上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個地方。本文將利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術和遠程通信技術將遠程監(jiān)控應用于通信電源控制的領域。

1 動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術的分析

動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術，簡稱DDE，是一種 Windows系統(tǒng)中進程間的通信機制，建立在Windows 內部的消息處理機上，其實質為各應用程序間通過共享內存來交換信息。

目前，很多的工控軟件如iFix、RSVIEW32 都支持DDE 功能。通過DDE 功能實現(xiàn)組態(tài)軟件與其它應用程序的數(shù)據(jù)交換，可以擴展組態(tài)軟件的功能。Net－DDE 可以擴展組態(tài)軟件的網絡功能，在 Web 中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。iFix 軟件使用操作系統(tǒng)提供的NetDDE服務器與客戶支持，用NetDDE 從一個遠程DDE 服務器中獲取信息，NetDDE 地址語言不同于普通的DDE 編址，通過NetDDE 用于傳輸實時數(shù)據(jù)的語法為：

＝＼＼computername＼NetDDE＄｜DDEshare.DDE｜項

這里的computername 是服務器節(jié)點的計算機或工作站的名字，NetDDE＄是保留名，它確定用Net－DDE 進行能夠數(shù)據(jù)傳輸，Netshare 是共享名，代表一組本地的應用程序名＆主題名。項是用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫毩⒉糠帧１鞠到y(tǒng)用iFix 作為服務器，NetDDE 的實時數(shù)據(jù)語法中共享名為“＄DMDATA.DDE”，在共享名中應用程序的名字DMDDE，主題的名字為DATA。

2 遠程通信技術的分析

TCP／IP 通信協(xié)議是一套工業(yè)標準協(xié)議，它是Internet 最基本的協(xié)議，以它為基礎組建的Internet 是目前國際上規(guī)模最大的計算機網絡，Internet 的廣泛應用，使得 TCP／IP 成了事實上的標準。TCP／IP 實際上是由不同層次上的多個協(xié)議組合而成的協(xié)議組。其協(xié)議族層次如圖1 所示。

其中 TCP （Transmission Control Protocol ，傳輸控制通信協(xié)議）、UDP （User Datagram Protocol ，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是TCP／IP 在傳輸層上的協(xié)議都使用IP作為網絡層的協(xié)議。

當數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅鼙仨氉屛挥跀?shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、可控制性和可靠性時，TCP 協(xié)議是當然的選擇。例如文件傳輸、遠程登陸等；當強調傳輸性能而不是數(shù)據(jù)的完整性時，例如音頻、多媒體應用、數(shù)據(jù)庫查詢等，可靠性由應用程序提供，高效率的UDP 是最好的選擇。

圖1 TCP／IP 協(xié)議圖

3 通信電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

對于通信電源遠程監(jiān)控中心人員而言，能方便地將自己的控制信息實時地傳遞給所關心的設備，并以直觀、快捷的方式獲取所關心設備的實時狀態(tài)參數(shù)和信息是最理想的。因此，本文主要分析了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。

3.1 硬件系統(tǒng)的設計

本文設計的的遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構如圖2 所示。系統(tǒng)的硬件主要由兩大部分組成：嵌入式Web 服務器、底層傳感器和控制器設備。嵌入式Web 服務器是硬件系統(tǒng)的核心。上層瀏覽器與嵌入式 Web 服務器之間是基于TCP／IP 協(xié)議的網絡通信，底層嵌入式Web 服務器與設備之間的通信都是以嵌入式Web 服務器為核心的，并且由嵌入式Web 服務器將上層與傳感器和控制器設備通信聯(lián)系在一起，構成一個能實現(xiàn)完整功能的系統(tǒng)。

傳感器對被控對象的狀態(tài)進行監(jiān)測，通過Web 服務器將狀態(tài)信息反饋給用戶?？刂破鹘邮誛eb 服務器發(fā)給它的命令信息，實現(xiàn)對被控對象進行控制。以嵌入式Web 服務器為節(jié)點，將嵌入式 Web 服務器通過RJ45 接入局域網，再為每個嵌入式 Web 服務器分配一個局域網內私有的IP 地址，可以實現(xiàn)在局域網內訪問每個嵌入式Web 服務器，從而對它下面的設備或過程進行遠程監(jiān)控。

欲實現(xiàn)在互聯(lián)網上訪問嵌入式Web 服務器，現(xiàn)場局域網可以通過ADSL 專線、DDN 數(shù)據(jù)專線、ATM寬帶接入等方式接入互聯(lián)網，這樣就能獲取一個或一組真實的Internet IP 地址（固定IP），為每個嵌入式Web 服務器分配一個固定IP 地址，即可在遠程訪問這些嵌入式 Web 服務器。此種Internet 接入方式的缺點是IP 地址的需求量非常大，成本很高。比較好的辦法是在現(xiàn)場連成局域網，通過網關（Gateway）與外部連接。這樣，內部嵌入式Web 服務器及其下面的子系統(tǒng)與外部Internet 就隔離開來，對系統(tǒng)的安全提供了保障。網關功能類似一個路由器，這種網關不用PC資源，要求比較簡潔，用戶可以在遠程用瀏覽器通過網關與嵌入式Web 服務器連接，這樣可以遠程控制各個嵌入式Web 服務器。同時現(xiàn)場局域網上也可以掛接多個用戶瀏覽器，可以隨時監(jiān)測各個設備或過程的工作狀態(tài)。

圖2 基于嵌入式Web 服務器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構框圖

3.2 軟件系統(tǒng)的設計

本系統(tǒng)的軟件設計任務包括嵌入式 Web 服務器程序設計和網頁設計。其中主要是嵌入式Web 服務器程序設計。此程序包括以下幾個組成部分：系統(tǒng)定義與設置（包括開發(fā)工具的設置、方式地址、條件定義、變量、等式、宏定義等）、中斷服務程序、主程序和多個子程序。按功能分，主要分成以下幾大模塊：系統(tǒng)初始化模塊、TCP／IP 協(xié)議棧模塊、Internet 通信應用程序模塊、底層設備通信模塊、中斷服務程序模塊。由于系統(tǒng)要完成控制與狀態(tài)監(jiān)測這兩個主要功能，數(shù)據(jù)通信是雙向的，所以Internet 通信應用程序模塊、底層設備通信模塊、中斷服務程序模塊又各自劃分兩個子模塊。系統(tǒng)軟件結構框圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結構框圖

為了說明原理而避免重復描述，下面的設計中，底層設備專指智能傳感器和控制器。系統(tǒng)啟動時需要對系統(tǒng)進行初始化，這由系統(tǒng)初始化模塊完成。TCP／IP協(xié)議棧是本軟件系統(tǒng)的結構基礎，其它所有模塊均建立在此基礎上。欲實現(xiàn)遠程用戶對設備的控制，需要如下軟件模塊：Web 服務器接收遠程控制命令模塊，Web 服務器向底層設備發(fā)控制命令模塊，中斷服務程序發(fā)送信息模塊。Web 服務器接收遠程控制命令模塊是Internet 通信應用程序模塊的一個子模塊。嵌入式Web 服務器通過此模塊接收遠程用戶發(fā)出的控制命令。之后，系統(tǒng)調用Web 服務器向底層設備發(fā)送控制命令模塊。此模塊是底層設備通信模塊的一個子模塊。例如：欲實現(xiàn)對某被控對象的遠程控制，要求嵌入式Web 服務器向控制器發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，控制器接收到正確的命令和數(shù)據(jù)后執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)對該被控對象進行遠程控制的目的。在嵌入式Web 服務器與底層設備進行通信時，需要以固定的時間間隔重復執(zhí)行中斷服務程序，實現(xiàn)以固定的波特率收發(fā)數(shù)據(jù)。在Web 服務器向底層設備發(fā)送控制命令時，多次執(zhí)行的是中斷服務程序發(fā)送信息模塊，它是中斷服務程序的一個子模塊。

欲將底層設備的狀態(tài)信息發(fā)送給遠程的用戶，需要如下軟件模塊：中斷服務程序接收信息模塊，Web服務器接收底層設備反饋信息模塊，Web 服務器向遠程用戶發(fā)送信息模塊。在實現(xiàn)遠程用戶對被控對象的監(jiān)測與控制時，嵌入式Web 服務器對底層設備發(fā)出的狀態(tài)信息與通信成敗信息進行接收、識別與處理，這由Web 服務器監(jiān)測底層設備的信息來實現(xiàn)。而中斷服務程序接收信息模塊是用來以固定的格式和波特率接收底層設備發(fā)出的信息。嵌入式Web 服務器檢測出底層設備的當前狀態(tài)后，應能將控制成敗信息和設備狀態(tài)信息反饋給遠程用戶，代表設備當前狀態(tài)的指示開關狀態(tài)應正確，這由Web 服務器向遠程用戶發(fā)送信息模塊來實現(xiàn)。

4 小 結

本文全面介紹了基于Web 的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的信息通信、數(shù)據(jù)交換和總體設計方案，利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術的遠程通信技術設計了基于Web 平臺的監(jiān)控系統(tǒng)結構模式，充分體現(xiàn)了遠程監(jiān)控的特點。

［1］陽憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網絡［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［2］萬加富，張文斐，張占松.網絡監(jiān)控系統(tǒng)原理與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］唐鴻儒，劉人年，楊 鵬，等.基于Internet 的遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)技術研究［J ］.測控技術，2003 ，22（4）：48－52.

［4］陳 帥，林明秀.一種基于 Web 和OPC 技術的分布式遠程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)［J ］.長春理工大學學報，2003 ，26 （2 ）：65－67.

［5］胡十毅，魏 豐.Winsock 通信在Web 監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J ］.控制工程.2003 ，10（3）：222－225.