基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

田流芳

摘 要：本文是根據(jù)因特網(wǎng)（Internet）網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行異地監(jiān)測(cè)和控制。本系統(tǒng)硬件主要包括：計(jì)算機(jī)監(jiān)控使能終端，局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，基于ARM的CAN/TCP協(xié)議嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和各智能CAN節(jié)點(diǎn)。軟件部分是基于因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)的C/S結(jié)構(gòu)的監(jiān)控平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：因特網(wǎng) 局域網(wǎng) 遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）（03）（c）-0014-02

最近幾十年，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，企業(yè)聯(lián)盟和虛擬企業(yè)也相繼出現(xiàn)，因此對(duì)自動(dòng)控制領(lǐng)域有了更深層次的要求，于是，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)這一新的技術(shù)誕生了。遠(yuǎn)程控制技術(shù)就是將Internet技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制結(jié)合起來(lái)的一種技術(shù)，通俗的說(shuō)就是將現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息通過(guò)因特網(wǎng)傳輸?shù)目刂浦行牡囊环N復(fù)合型技術(shù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的出現(xiàn)也在很大程度上解決了很多大型企業(yè)的管理和安全問(wèn)題，一定程度上提高了企業(yè)的時(shí)效性。本課題是基于Internet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，由于該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易用、可實(shí)現(xiàn)無(wú)限互聯(lián)、易于再次擴(kuò)展、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，因此在高新開發(fā)技術(shù)中具有巨大潛能。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本課題是一種把嵌入式智能體、遠(yuǎn)程監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)傳感器等相關(guān)技術(shù)集于一體的綜合管理系統(tǒng)，在工業(yè)裝備的控制和監(jiān)測(cè)中體現(xiàn)的尤為明顯。從組成結(jié)構(gòu)上主要包括監(jiān)控中心（上位機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及現(xiàn)場(chǎng)信息采集終端（CAN節(jié)點(diǎn)）。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

監(jiān)控中心（上位機(jī)）是由VC++結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)編寫，主要功能是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并進(jìn)一步根據(jù)需要對(duì)向終端發(fā)送控制指令。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要的作用是完成以太網(wǎng)和CAN總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)采集終端，即CAN節(jié)點(diǎn)的作用是采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)將采集到的信息發(fā)送到因特網(wǎng)進(jìn)而發(fā)送到上位機(jī)，同時(shí)響應(yīng)應(yīng)來(lái)自上位機(jī)的控制指令，并完成相應(yīng)的動(dòng)作。

本系統(tǒng)的硬件組成上，主要包括：局域網(wǎng)設(shè)備、基于CAN/TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、監(jiān)控終端以及CAN節(jié)點(diǎn)。從軟件的角度本系統(tǒng)主要分為：上位機(jī)控制程序、外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序、數(shù)據(jù)庫(kù)程序。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括處理器、存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備三部分，它具有復(fù)雜性和多樣性等特點(diǎn)。由于嵌入式開發(fā)的對(duì)象是具體的應(yīng)用，并且各個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的硬件環(huán)境也具有針對(duì)性的特點(diǎn)，所以開發(fā)嵌入式必須根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境配置、設(shè)計(jì)和調(diào)試[1]。

核心板主要包括微處理器S3C2410A、隨機(jī)存儲(chǔ)器（SDRAM）和FLASH。其中，SDRAM即為操作系統(tǒng)和運(yùn)行程序的空間，F(xiàn)LASH用來(lái)保存移植的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的代碼。外圍板包括系統(tǒng)電源、CAN模塊、以太網(wǎng)模塊、JTAG模塊和串口。電源模塊用于輸入5 V電壓，提供3.3 V和1.8 V輸出的直流供電。CAN模塊用來(lái)收集和發(fā)送CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以太網(wǎng)模塊用來(lái)連接互聯(lián)網(wǎng)和硬件系統(tǒng)，JTAG和串口用來(lái)開發(fā)、調(diào)試和后期維護(hù)嵌入式服務(wù)器電路板，這些模塊都是為了滿足后續(xù)軟件實(shí)現(xiàn)交叉編譯方式而加入的。嵌入式服務(wù)器的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本課題在設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的過(guò)程中，涉及到很多步驟，綜合起來(lái)主要有五大階段，分別為。

（1）需求分析階段。在該階段中，可以比較準(zhǔn)確、及時(shí)地了解并分析用戶的某些需求，因此它是遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中最基礎(chǔ)的階段，同時(shí)也是必不可少的。

（2）總體設(shè)計(jì)階段。通過(guò)對(duì)前一階段獲取的用戶需求加以綜合、歸納與整理，形成一個(gè)與具體系統(tǒng)相獨(dú)立的總概念模型，它是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段。

（3）各個(gè)部分具體實(shí)現(xiàn)階段。在該階段中，借助具體的開發(fā)語(yǔ)言、工具及運(yùn)行環(huán)境，并依據(jù)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)建立各部分對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，并對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行多次運(yùn)行和調(diào)試，直到無(wú)誤為止。

（4）系統(tǒng)集成階段。這部分的主要工作是是對(duì)各部分實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行系統(tǒng)集成和整體測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試所得結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修改和完善，修改完畢之后再次試運(yùn)行。

（5）系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)階段。再次試運(yùn)行成功以后，即可進(jìn)行正式運(yùn)行操作，整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，很可能會(huì)出現(xiàn)一系列錯(cuò)誤或非錯(cuò)誤但不完善的問(wèn)題，必須針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行修改和調(diào)整將其全部解決。如圖3所示。

在連接創(chuàng)建的過(guò)程中，必須與嵌入式服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，只有這樣，這兩者之間才有可能正常通信，如果兩者未建立連接關(guān)系，則通信失敗。正確連接之后，下一步的工作是獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，這樣正確設(shè)計(jì)接收模塊就顯得尤為重要，使用Socket來(lái)接收數(shù)據(jù)需要下面三個(gè)步驟：（1）監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，同意網(wǎng)絡(luò)連接申請(qǐng)（即連接）。（2）獲取用于接收數(shù)據(jù)的Socket實(shí)例以接收遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送來(lái)的控制碼等數(shù)據(jù)信息。（3）根據(jù)遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送來(lái)的控制碼，斷開網(wǎng)絡(luò)連接，并將資源進(jìn)行清除。接收數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

在課題中，把CAN總線和嵌入式因特網(wǎng)技術(shù)結(jié)合之后應(yīng)用到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，從而使得測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的全分散、全數(shù)字化得以實(shí)現(xiàn)，此外，它還解決了因特網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備的無(wú)縫連接問(wèn)題。在此過(guò)程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)嵌入式服務(wù)器對(duì)CAN總線上的智能設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，記錄其在各個(gè)時(shí)刻的控制運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，并把所獲得的數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中以便于后續(xù)訪問(wèn)和獲取。此外，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)還支持智能CAN節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)配置與重構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1]任明偉.基于ARM的嵌入式視頻采集與遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].河北大學(xué)碩士論文，2011.

[2]王天輝.基于ARM嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[D].河北大學(xué)碩士論文，2009.

[3]蘇海霞.基于Internet的自動(dòng)化設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].河北大學(xué)碩士論文，2010.