基于WSCN與E?Ethernet相結(jié)合的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架研究

摘 要： 深入分析遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的個(gè)性與共性，基于軟硬件構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，提出了一個(gè)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的基本通用框架。該框架具有無線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)（WSCN）與嵌入式以太網(wǎng)（E?Ethernet）無縫結(jié)合、WSCN節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)或移動(dòng)終端透明通信的特點(diǎn)。給出了以KW01?ZigBee微控制器為WSCN節(jié)點(diǎn)的主控芯片、以K64微控制器為WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)主控芯片的工業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作為實(shí)例。設(shè)計(jì)實(shí)例經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)合理、軟硬件可重用性高、穩(wěn)定可靠，可為同類系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 無線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)； 嵌入式以太網(wǎng)； 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)； 通用框架

中圖分類號(hào)： TN915?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）02?0053?05

Research of remote measurement and control system framework based on

WSCN and E?Ethernet

FAN Ningning， WANG Yihuai， CHEN Ruijie

（School of Computer Science and Technology， Soochow University， Suzhou 215000， China）

Abstract： Through a deep analysis on the universality and the individuality of remote measurement and control systems （RMCSs）， a general framework for RMCS is proposed on the basis of component based design idea for software and hardware. This framework is characterized by seamless combination of WSCN and E?Ethernet， and the transparent communication between WSCN nodes and PC or mobile terminal. As an example， a design scheme of industrial equipment utilization management system is proposed， in which KW01?Zigbee microcontroller is taken as the main control chip of WSCN nodes and K64 microcontrollers as the main control chip of WSCN?Ethernet gateway. The actual operation of this system demonstrates that the design of the system framework is reasonable and its software and hardware is stable， reliable and of good reusability， which provided a reference for the design of similar systems.

Keywords： WSCN； embedded Ethernet； remote measurement and control system； general framework

0 引 言

遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的集軟硬件為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，是目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近幾年，諸多工業(yè)制造強(qiáng)國、大國為爭(zhēng)當(dāng)行業(yè)領(lǐng)頭羊，先后提出信息物理融合系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）、“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”等國家級(jí)工業(yè)制造戰(zhàn)略，標(biāo)志著傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域已邁向信息化、智能化的道路，信息孤島問題將不復(fù)存在[1]，同時(shí)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑，也將其研究層次推上了一個(gè)新的高度。但是，由于遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)涉及的微控制器（Microcontroller Unit，MCU）種類繁多，而且不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求也不盡相同，如果每次開發(fā)新的系統(tǒng)都從頭開始，那么就會(huì)重復(fù)很多不必要的工作，導(dǎo)致開發(fā)成本增加、開發(fā)周期延長、開發(fā)效率降低[2]，違背了我國的工業(yè)智能化戰(zhàn)略目標(biāo)。統(tǒng)一軟硬件接口、數(shù)據(jù)通信協(xié)議，提高軟硬件構(gòu)件的可復(fù)用性、可擴(kuò)展性和可移植性，能夠避免許多重復(fù)工作；同時(shí)，嵌入式、軟件構(gòu)件、信息融合等技術(shù)是不斷向前發(fā)展的；因此對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究仍然是行業(yè)熱點(diǎn)。

本文通過分析遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的個(gè)性與共性，在采用嵌入式以太網(wǎng)（Embedded Ethernet，E?Ethernet）、現(xiàn)代無線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)（Wireless SensorControl Network，WSCN）、數(shù)據(jù)庫、Web等技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)基于WSCN與E?Ethernet相結(jié)合的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架，為工業(yè)制造業(yè)向信息化、智能化迅速轉(zhuǎn)型升級(jí)提供統(tǒng)一框架。

1 系統(tǒng)框架總體設(shè)計(jì)方案

1.1 測(cè)控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)分析

通過對(duì)各種應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)比與分析可知，一個(gè)典型的測(cè)控系統(tǒng)通常包括：模擬量輸入/輸出部分、開關(guān)量輸入/輸出部分、其他信號(hào)輸入/輸出部分、數(shù)據(jù)通信部分[3]以及MCU工作支撐電路部分，如圖1所示。

圖1 一個(gè)典型的嵌入式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

實(shí)際模擬信號(hào)一般來源于物理世界，如：光照、溫度、壓力等，通過各種類型的傳感器從外界獲取這些模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。但由于實(shí)際的電信號(hào)比較微弱，因此需要放大電路將微弱的電信號(hào)放大至MCU的可接收范圍，并通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換接口將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，交給MCU進(jìn)行處理；經(jīng)過數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換接口處理后的結(jié)果是無法直接驅(qū)動(dòng)模擬量執(zhí)行機(jī)構(gòu)，必須通過相應(yīng)的隔離和放大電路才可實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于實(shí)際開關(guān)信號(hào)來說，只有開和關(guān)兩種狀態(tài)，狀態(tài)可以用“0”或“1”進(jìn)行表示，信號(hào)一般來源于開關(guān)類傳感器（如：聲控開關(guān)）或手動(dòng)開關(guān)等，通過開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路調(diào)整信號(hào)范圍，然后送到MCU進(jìn)行處理；同樣的，由于MCU引腳驅(qū)動(dòng)能力有限，MCU送出的信號(hào)必須放大后方能驅(qū)動(dòng)開關(guān)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

MCU通過不同的通信接口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，常見的通信方式有：通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）、串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface，SPI）、無線、以太網(wǎng)等。由于以太網(wǎng)具有通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、傳輸數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的需求；因此本系統(tǒng)框架采用以太網(wǎng)作為主通信方式。

MCU工作支撐電路是嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的“心臟”，即MCU硬件最小系統(tǒng)，沒有它不僅MCU無法正常工作，整個(gè)系統(tǒng)也無法正常運(yùn)行，它主要由電源、濾波、晶振及復(fù)位等電路組成，也可以包含寫入器接口電路。

1.2 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架模型

遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)不僅要完成對(duì)實(shí)際物理數(shù)據(jù)的采集與控制，而且還要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通用性，通過盡可能少地修改，便能將整個(gè)系統(tǒng)框架應(yīng)用于多個(gè)不同企業(yè)的需求。遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架主要分為三個(gè)部分：eWSCN節(jié)點(diǎn)（數(shù)據(jù)傳輸格式為以太幀的WSCN節(jié)點(diǎn)）、WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)（使用以太網(wǎng)接口的網(wǎng)關(guān)）、服務(wù)器，如圖2所示。

（1） eWSCN節(jié)點(diǎn)

eWSCN節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)框架中直接與物理世界接觸的部分，處于框架最底層，其主要負(fù)責(zé)采集外界各種物理量信息并通過無線發(fā)送給WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)，同時(shí)負(fù)責(zé)執(zhí)行WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的控制指令。其無線數(shù)據(jù)幀格式為包裹MAC地址的以太幀格式，開發(fā)人員無需具有ZigBee相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，只要掌握以太網(wǎng)的基本知識(shí)，便可快速組建無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（2） WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)

WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)是基于eWSCN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的具有嵌入式以太網(wǎng)功能的設(shè)備，其中無線模塊與以太網(wǎng)模塊通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了WSCN與E?Ethernet的無縫結(jié)合，主要負(fù)責(zé)通過以太網(wǎng)模塊發(fā)送具有以太幀格式的無線數(shù)據(jù)，同時(shí)服務(wù)器發(fā)送給以太網(wǎng)模塊的以太幀，可以通過無線模塊發(fā)送至各eWSCN節(jié)點(diǎn)。

圖2 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架圖

（3） 服務(wù)器

服務(wù)器端主要由Web程序和偵聽軟件組成。Web程序是服務(wù)器前端，提供實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、配置節(jié)點(diǎn)信息、數(shù)據(jù)上傳等功能，用戶通過Internet可以從數(shù)據(jù)庫中查詢到各個(gè)eWSCN節(jié)點(diǎn)、WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)及詳細(xì)信息，還能通過圖形化的界面直觀地獲取各節(jié)點(diǎn)當(dāng)前和歷史的實(shí)際物理量信息，同時(shí)用戶可根據(jù)需要作出相應(yīng)操作，以控制、管理各節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)。偵聽軟件是服務(wù)器后端，利用異步Socket機(jī)制，實(shí)現(xiàn)與WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)之間的通信功能，對(duì)以太幀數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列邏輯處理并將結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)庫，同時(shí)負(fù)責(zé)給網(wǎng)關(guān)發(fā)送用戶通過Internet下發(fā)的控制指令。Web程序和偵聽軟件之間的數(shù)據(jù)接口通過數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)。

2 基于硬件構(gòu)件的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)硬件框架設(shè)計(jì)

測(cè)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)是位于系統(tǒng)底層的嵌入式硬件節(jié)點(diǎn)部分，它負(fù)責(zé)獲取和控制物理世界中實(shí)際的物理信號(hào)量，這些目標(biāo)信號(hào)量類型各不相同，在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)會(huì)花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間去重復(fù)相同或類似的工作，因此設(shè)計(jì)出具有可復(fù)用性的硬件構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員只需根據(jù)規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件組裝來繪制硬件電路圖，便可省去很多時(shí)間和麻煩。

硬件構(gòu)件是指一個(gè)可復(fù)用的硬件實(shí)體，其封裝了一個(gè)或多個(gè)硬件模塊、支撐電路以及相應(yīng)的功能描述，同時(shí)對(duì)外提供一系列規(guī)范的輸入/輸出接口和功能實(shí)現(xiàn)，易于復(fù)用和組裝。基于此本文提出一個(gè)硬件構(gòu)件模型，如圖3（a）所示。硬件構(gòu)件的類型一般可分為三種：核心構(gòu)件、中間構(gòu)件和終端構(gòu)件[4]。核心構(gòu)件是MCU的硬件最小系統(tǒng)；中間構(gòu)件則連接了核心構(gòu)件和終端構(gòu)件；而終端構(gòu)件在嵌入式系統(tǒng)中最為常見，例如：鍵盤構(gòu)件。然而，不論硬件構(gòu)件的類型是什么，都可以利用本模型作為理論指導(dǎo)對(duì)電路原理圖進(jìn)行繪制。

硬件支撐電路主要包含電容、電阻、電感、晶振、二極管等元器件。硬件功能模塊就是該構(gòu)件的具體功能實(shí)現(xiàn)部分，模塊描述主要包含構(gòu)件的中文名稱、英文引用名、使用說明等。接口由接口網(wǎng)標(biāo)和接口注釋組成，是整個(gè)構(gòu)件的精髓所在，是與外界交互的惟一部分，應(yīng)從服務(wù)與需求（即輸入與輸出）的角度考慮接口如何設(shè)計(jì)。進(jìn)一步考慮，可以將常用的硬件構(gòu)件收集、保存為一個(gè)硬件構(gòu)件庫，使用時(shí)只需從中選擇用到的硬件構(gòu)件，通過構(gòu)件接口之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系、修改接口網(wǎng)標(biāo)，將各構(gòu)件組裝為一個(gè)整體，從而縮短開發(fā)測(cè)控系統(tǒng)用于硬件部分的時(shí)長，提高開發(fā)效率。

3 基于軟件構(gòu)件的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分設(shè)計(jì)是相輔相成、息息相關(guān)的，軟件部分主要包括eWSCN節(jié)點(diǎn)、WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)中的嵌入式軟件和位于服務(wù)器端的上位機(jī)軟件。

3.1 構(gòu)件化嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法概述

嵌入式軟件構(gòu)件主要分為底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和高層軟件構(gòu)件[5]。底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件是與硬件構(gòu)件密不可分的，是實(shí)現(xiàn)硬件功能的軟件端最小執(zhí)行單位，而高層軟件構(gòu)件與硬件無關(guān)，是對(duì)底層構(gòu)件的調(diào)用。嵌入式軟件構(gòu)件一般由兩個(gè)部分組成：頭文件（.h）和源文件（.c）。頭文件通常包含：構(gòu)件功能概要、公共要素頭文件、宏定義以及函數(shù)聲明等，而源文件則主要包含內(nèi)部變量定義及函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)語句。

為實(shí)現(xiàn)各模塊的通用性，本文根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的封裝性、描述性、可移植性和可復(fù)用性四大基本原則，提出了軟件構(gòu)件模型，如圖3（b）所示。將對(duì)軟件構(gòu)件功能的實(shí)現(xiàn)、頭文件中函數(shù)定義及源文件中函數(shù)實(shí)現(xiàn)都封裝在可復(fù)用的構(gòu)件中，合理設(shè)計(jì)函數(shù)對(duì)外交互接口部分，使得開發(fā)人員通過構(gòu)件中文件描述便可獲知該構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的功能，而不必在意函數(shù)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)。

圖3 嵌入式軟、硬件構(gòu)件模型

遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中涉及到的模塊主要有：串口通信模塊、無線射頻模塊、以太網(wǎng)模塊、模擬量輸入/輸出模塊和開關(guān)量輸入/輸出模塊等。其中最后一項(xiàng)又稱為通用I/O模塊（General Purpose Input/Output，GPIO）。本文將系統(tǒng)所用到的常用軟件構(gòu)件列表進(jìn)行說明，見表1。

因此，實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件的構(gòu)件化，用戶可以在不同的測(cè)控系統(tǒng)中根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的嵌入式軟件構(gòu)件，只需對(duì)構(gòu)件頭文件進(jìn)行略微的修改甚至無需任何改動(dòng)，便可輕松地移植到同系列MCU內(nèi)，減少重復(fù)工作。

3.2 eWSCN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

eWSCN節(jié)點(diǎn)是具有采集和控制功能，并且采用以太幀格式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收的終端設(shè)備；因此，以太幀格式的WSCN節(jié)點(diǎn)（ethernet Wireless SensorControl Network Node）又稱作eWSCN節(jié)點(diǎn)。

eWSCN節(jié)點(diǎn)選用飛思卡爾公司于2013年正式推出的ARM Cortex?M0+內(nèi)核Sub?1 GB射頻微控制器MKW01Z128（簡稱KW01?ZigBee）作為主控芯片。KW01?ZigBee運(yùn)行速率高達(dá)48 MHz，功耗低達(dá)40 μA/MHz，

其包含128 KB FLASH和16 KB SRAM[6]，且工作頻率范圍十分寬廣，涉及工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療等頻段[7]。

表1 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)常用嵌入式軟件構(gòu)件列表

設(shè)計(jì)時(shí)秉持著合理利用資源的理念，硬件方面，除實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線收發(fā)外，也預(yù)留了常用的接口，如：AD、GPIO等，供連接各類型傳感器，采集和控制不同物理量時(shí)使用，軟件方面，調(diào)用3.1節(jié)所述的嵌入式軟件構(gòu)件。此外，為避免不同無線局域網(wǎng)互相產(chǎn)生干擾，特地將固定的MAC地址/端口映射表存儲(chǔ)在KW01?ZigBee的FLASH區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)了虛擬端口，保證了發(fā)送節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)同屬一個(gè)無線局域網(wǎng)，同時(shí)為提高無線局域網(wǎng)的整體性能，距離很近的節(jié)點(diǎn)之間就不進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。圖4（a）給出eWSCN節(jié)點(diǎn)的模型。

3.3 WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)是在eWSCN節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上搭載帶有以太網(wǎng)模塊芯片的設(shè)備；因此，帶有以太網(wǎng)功能的WSCN網(wǎng)關(guān)（Wireless SensorControl Network?Ethernet Gateway）又稱作WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)。它通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口能夠延伸WSCN的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)了WSCN與以太網(wǎng)的交織與融合。WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)選用飛思卡爾公司于2014年正式推出的ARM Cortex?M4內(nèi)核的微控制器MK64FN1M0VLL12（以下簡稱K64）作為主控芯片。K64主要面向物聯(lián)網(wǎng)、以太網(wǎng)及工業(yè)控制領(lǐng)域，其擁有1 MB FLASH、256 KB SRAM、66個(gè)I/O接口[8]，包含UART、I2C、SPI、以太網(wǎng)等豐富的通信接口[9]。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮到eWSCN節(jié)點(diǎn)若不采用以太網(wǎng)幀格式的無線數(shù)據(jù)，K64會(huì)出現(xiàn)還未處理完數(shù)據(jù)便接收新的無線數(shù)據(jù)這種情況，進(jìn)而引發(fā)緩沖區(qū)溢出甚至數(shù)據(jù)丟包等異常，為避免這些情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)的穩(wěn)定可靠，將無線數(shù)據(jù)分成以太網(wǎng)幀格式，因此WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)中的以太網(wǎng)模塊不需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接轉(zhuǎn)發(fā)即可，同時(shí)，能夠使得WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)通過路由器等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)eWSCN節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)或移動(dòng)設(shè)備之間進(jìn)行的透明通信。另外，考慮到串口是MCU最常用的通信方式、抗干擾能力強(qiáng)且較為簡單，因此WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)中無線模塊與以太網(wǎng)模塊之間選用串口作為通信方式。WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)的模型如圖4（b）所示。

圖4 eWSCN節(jié)點(diǎn)及WSCN-Ethernet網(wǎng)關(guān)模型

3.4 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

鑒于C/S結(jié)構(gòu)適用面窄、安裝步驟繁瑣、后期維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。本系統(tǒng)框架服務(wù)器端采用B/S結(jié)構(gòu)，其具有適用面廣、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)[6]，用戶不論是使用PC機(jī)還是移動(dòng)設(shè)備僅僅需要一個(gè)Web瀏覽器即可完成相應(yīng)的線上瀏覽、查詢、配置、控制、告警等操作。服務(wù)器端的偵聽軟件主要發(fā)揮著WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)與Web程序之間交互的橋梁作用，利用Socket中與編程語言無關(guān)性的特質(zhì)，通過設(shè)置協(xié)議類型和端口號(hào)，建立自頂向下式和自底向上式的數(shù)據(jù)傳輸方式，即一方面接收到來自Web程序的命令，解析命令后，轉(zhuǎn)發(fā)給WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)交由其控制下掛的eWSCN節(jié)點(diǎn)，另一方面接收到來自WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，上傳至Web程序，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控。偵聽軟件工作流程如圖5（a）所示。Web程序除能實(shí)現(xiàn)一些基本的功能外，關(guān)鍵是用戶可根據(jù)各應(yīng)用系統(tǒng)的不同需求進(jìn)行個(gè)性化定制，如對(duì)界面信息（包括企業(yè)名稱、LOGO、界面主題等）、節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)等進(jìn)行配置，從而實(shí)現(xiàn)通用框架到具體應(yīng)用系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。Web程序工作流程如圖5（b）所示。

4 應(yīng)用實(shí)例

在工業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率管理系統(tǒng)的研發(fā)過程中，應(yīng)用了本文提出的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)框架，取得了研發(fā)周期短、運(yùn)行穩(wěn)定等良好的效果。整個(gè)系統(tǒng)工作流程為：eWSCN節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集和控制車間光照度，同時(shí)獲取車間各設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器中，服務(wù)器的偵聽軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后上傳至數(shù)據(jù)庫，管理人員可通過PC機(jī)、平板或手機(jī)瀏覽Web頁面進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，獲取設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，也可獲得各生產(chǎn)部門、各類生產(chǎn)設(shè)備的利用率、故障率及生產(chǎn)率的日?qǐng)?bào)、周報(bào)和月報(bào)，同時(shí)可以進(jìn)行人工干預(yù)節(jié)點(diǎn)的燈控操作。工業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率管理系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 工業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié) 語

為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)向智能制造的快速轉(zhuǎn)型升級(jí)，本文對(duì)一般測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，在總結(jié)其個(gè)性與共性的基礎(chǔ)上，對(duì)嵌入式軟硬件構(gòu)件進(jìn)行建模，提出一個(gè)具有可復(fù)用性、可擴(kuò)展性、可配置性等特點(diǎn)的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)基本通用框架。該框架實(shí)現(xiàn)了WSCN與E?Ethernet的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、eWSCN節(jié)點(diǎn)與WSCN?Ethernet網(wǎng)關(guān)的透明通信。該框架已成功應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備稼動(dòng)率管理系統(tǒng)中，為現(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)提供了一個(gè)快速開發(fā)原型，對(duì)讀者有一定的參考價(jià)值。當(dāng)然，系統(tǒng)框架還存在不足之處，今后將著力提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

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