基于遠(yuǎn)程控制的電子網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　信息工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題目: 基于遠(yuǎn)程控制的電子網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 </p><p>　　專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　班 級： </p>

2、<p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p>　　2009 年 12 月 15 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

3、gt;　　自上世紀(jì)九十年代以來，互聯(lián)網(wǎng)在通信等領(lǐng)域得到了廣泛的使用，同時，原來的工業(yè)控制系統(tǒng)也越來越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要，鑒于此，對工業(yè)現(xiàn)場實行遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的一種必然趨勢。將Internet與現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備結(jié)合起來，搭建一個平臺，使之能對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在對采集系統(tǒng)電路的設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)控制平臺的搭建后，控制人員能在監(jiān)控站通過Internet對采集系統(tǒng)發(fā)送指令，而后，采集系統(tǒng)根據(jù)收到的指令，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將采集到的信

4、息返回給工作站或存儲于服務(wù)器，以便于工控人員的使用。不管是工控人員的指令還是采集系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)，都是在基于Internet的TCP/IP協(xié)議上，被封裝成MAC“幀”或“IP數(shù)據(jù)包”后進(jìn)行傳輸?shù)?。在這個過程中，控制人員可以根據(jù)需要，對系統(tǒng)相關(guān)的控制元素進(jìn)行調(diào)整，以滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。但是，數(shù)據(jù)在Internet上傳輸?shù)倪^程中，我們必須降低數(shù)據(jù)的誤碼率，才能保證采集數(shù)據(jù)有的有效性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)

5、，嵌入式，QoS，TCP/IP協(xié)議，遠(yuǎn)程監(jiān)控</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　1 方案設(shè)計與論證1</p><p><b>　　2 總體設(shè)計2</b></p><p>

6、;<b>　　3 詳細(xì)設(shè)計3</b></p><p>　　3.1采集系統(tǒng)硬件介紹3</p><p>　　3.2網(wǎng)絡(luò)平臺搭建與控制實現(xiàn)4</p><p>　　3.3相關(guān)軟件設(shè)計7</p><p><b>　　4 總結(jié)10</b></p><p><b>　　

7、4.1 總結(jié)10</b></p><p><b>　　4.2 展望10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：11</b></p><p><b>　　1 方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　第一種方案是通過MCU應(yīng)用系統(tǒng)的單片機內(nèi)部固化TCP

8、/IP協(xié)議。該方案的優(yōu)點：硬件電路相對簡單,也不需要其它中間環(huán)節(jié)支持便可以直接撥號上網(wǎng)。缺點：由于單片機使用了TCP/IP協(xié)議芯片,因此,需要大容量的程序存儲器,而且要求MCU有較高的運行速度；應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計人員必須熟悉TCP/IP協(xié)議和相關(guān)的接口,軟件設(shè)計復(fù)雜,工作量大；另外,每一個電子設(shè)備都要申請一個IP地址,而IP地址資源是有限的,而且使用還要付費,成本較高。</p><p>　　第二種方案是利用emWar

9、e公司開發(fā)的EMIT技術(shù)。根據(jù)emWare公司的電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,在應(yīng)用系統(tǒng)的單片機內(nèi)部使用emNet協(xié)議,再通過emGateway與Internet網(wǎng)連接。該方案的優(yōu)點：由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機上實現(xiàn)的,應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡單的emNet協(xié)議,因此對MCU的要求較低。缺點：應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計工程師必須熟悉emWet協(xié)議和相關(guān)的接口,而且原來客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求,并且軟硬件設(shè)計的工作量仍然較大;同

10、時,應(yīng)用系統(tǒng)的單片機處理emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。</p><p>　　第三種方案是MCU應(yīng)用系統(tǒng)通過WebchipPS2000網(wǎng)絡(luò)芯片與Gateway連接,再進(jìn)入Internet網(wǎng)。PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議,它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員完全不必考慮任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,只需要解釋并執(zhí)行PS2000傳送過來的指令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接,而MCUNe

11、t網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由PS2000來完成。同設(shè)計UART系統(tǒng)中選用UART接口芯片一樣,選用PS2000將電子設(shè)備與Internet連接,可以節(jié)省MCU的資源,設(shè)計更簡單[17]。</p><p>　　Webchip PS2000芯片使各類智能裝置和遠(yuǎn)程設(shè)備通過Internet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理變得十分方便，而且使系統(tǒng)的設(shè)計更簡單,設(shè)計人員無需熟知網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時降低了對應(yīng)用系統(tǒng)中MCU的性能要求和其它外圍設(shè)備的硬件需求

12、,減少了應(yīng)用系統(tǒng)硬件開支,且成本低廉,并縮短了軟硬件的開發(fā)周期。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心，該單片機具有電擦除片內(nèi)程序存儲器。此外還有以下特點：</p><p>　?。?）指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容；</p><p>　　（2）具有8K可重

13、復(fù)編程的閃爍存儲器；</p><p>　?。?）256字節(jié)內(nèi)部RAM，32線I/O接口；</p><p>　?。?）三個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源；</p><p>　?。?）全雙工串行口。</p><p>　　應(yīng)該說，設(shè)計一個完整的硬件系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的過程，從立項、開發(fā)、測試到批量生產(chǎn)需要一定的時間。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2—1所示：&

14、lt;/p><p>　　圖2—1 監(jiān)控系統(tǒng)的整體電路圖</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計</b></p><p>　　3.1采集系統(tǒng)硬件介紹</p><p>　　數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，它包括存儲器的擴展、數(shù)據(jù)采集切換、A/D處理、通信接口、I2C總線技術(shù)、抗干擾、看門狗及電源等部分。下面將通過采集系統(tǒng)的硬件電路對信號的采樣

15、、時鐘和Flash存儲三個重要方面分析介紹。</p><p>　　(1)硬件電路如圖3—1所示：</p><p>　　圖3—1 采集系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　(2)信號采樣</b></p><p>　　信號通過光隔、濾波等處理后，接入MAX378芯片。在單片機沒有收到命令時，系統(tǒng)就不斷地切換查詢每個采樣點的

16、值，當(dāng)MAX378每切到一個新的采樣點時，系統(tǒng)就通過B120的A/D轉(zhuǎn)換完成信號產(chǎn)生中斷，取出當(dāng)前采樣點的數(shù)據(jù)值，并與系統(tǒng)設(shè)定的閾值作比較，根據(jù)比較結(jié)果作相應(yīng)的處理。單片機收到上位機命令，就會產(chǎn)生中斷，根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的操作。另外，在整點時，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，完成對所有采樣的數(shù)據(jù)記錄。AD620主要完成采樣保持，以確保輸入信號不被拉伸。</p><p>　　（3）時鐘和Flash存儲</p><p

17、>　　時鐘和Flash存儲都用I2C總線與單片機通信。I2C總線在電子設(shè)計系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，這里作詳細(xì)的介紹。</p><p>　　I2C總線是飛利浦公司首先推出的芯片間串行傳輸總線，有兩根線實現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送。在I2C總線上可以掛接各種類型的外圍器件：RAM、I/O擴展、A/D、D/A及日歷/時鐘等。特別是近年的Flash存儲器和日歷/時鐘芯片，在I2C總線上都可以得到廣泛的應(yīng)用。</p>

18、;<p>　　I2C總線采用數(shù)據(jù)線SDA、時鐘線SCL連接各個器件。SDA和SCL都是雙向I/O線，采用器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選尋址方法。對于發(fā)送器和接受器而言，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時可以是主器件，也可以是從器件。主器件是用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。</p><p>　　主器件一般是單片機，每一個I2C總線上的從器

19、件都應(yīng)該有唯一的地址。I2C總線只有一根數(shù)據(jù)線，不另附地址線或外設(shè)選通線，而是利用啟動信號后的開關(guān)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送地址及控制信息。每次傳送數(shù)據(jù)由起始條件S、從器件地址、讀寫控制R/W位、被訪問單元地址、若干字節(jié)數(shù)據(jù)和應(yīng)答信號A組成。數(shù)據(jù)格式如表3—1所示：</p><p>　　表3—1 數(shù)據(jù)格式表</p><p>　　開始條件S后每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，接收器將SDA線拉成低電平以告知發(fā)送器已正確

20、接收數(shù)據(jù)，這就是應(yīng)答依賴A；發(fā)送器收到數(shù)據(jù)后就發(fā)送下一個字節(jié)數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.2網(wǎng)絡(luò)平臺搭建與控制實現(xiàn)</p><p>　　1、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用由企業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和提供人機交互的工作站實現(xiàn)，企業(yè)服務(wù)器主要是用來存放采集系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，對其實行數(shù)據(jù)庫管理，并起著系統(tǒng)通信中樞作用，所有上傳下達(dá)的數(shù)據(jù)都必須通過服務(wù)器。</p><p>　　工作站、監(jiān)控中心直接由

21、控制人員操作，友好的人機交互界面，顯示近地或遠(yuǎn)程地設(shè)備工作狀態(tài)及測量的數(shù)據(jù)，顯示打印報警信息，接受管理人員的指令，遙控設(shè)備的工作狀態(tài)。當(dāng)所監(jiān)控的設(shè)類型、用途不同時，也可以采用多個工作站，各付其責(zé)，并行工作。</p><p>　　如圖3—2所示，實際上它是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，具有完整的計算機體系結(jié)構(gòu)：有CPU、存儲器、網(wǎng)絡(luò)接口、單總線系統(tǒng)。使用單總線系統(tǒng)，測控模塊連接大為簡化。網(wǎng)站固化了嵌入式小型操作系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

22、的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層都是用以太網(wǎng)網(wǎng)卡實現(xiàn)的，這就大大的減輕了單片機微處理器的負(fù)荷，使得用8位機即可處理TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)IP、TCP、UDP、ARP等。</p><p>　　圖3—2 網(wǎng)絡(luò)平臺電路圖</p><p>　　網(wǎng)站提供兩種測控接口：一是通常的RS—232串行，若距離遠(yuǎn)達(dá)幾十米以上，也可以用RS—485；二是單總線系統(tǒng)接口，它為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化電測儀表帶來了很大的方便。</p>

23、;<p>　　單總線是指用一根信號線和一根地址線就能組建測控系統(tǒng)，該技術(shù)是美國Dellas半導(dǎo)體公司近年來推出的新技術(shù)。它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線全合為一根信號線，允許在這根信號線上掛多個測控對象，這些測控對象所用器件芯片是由該公司提供的。這些芯片有唯一的序列號，便于計算機識別。這些芯片在檢測點上就將模擬信號數(shù)據(jù)化，這樣在單總線上傳送的是數(shù)字信號，使系統(tǒng)的抗干擾性能好、可靠性高。Dellas半導(dǎo)體公司提供了A/D轉(zhuǎn)化器、D

24、/A轉(zhuǎn)換器、計數(shù)器、溫度計、電子開關(guān)等測控器件，可以對現(xiàn)場進(jìn)行直接測控。</p><p>　　2、網(wǎng)絡(luò)控制：上面以分析需要把儀表測量系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交換、通信等幾方面有效地有機地融合才能實現(xiàn)用于網(wǎng)絡(luò)上。為了實現(xiàn)這種融合，十分必要討論如何保證它們之間在一定范圍內(nèi)能具有良好的交換性、各自的獨立性和安全性，下面來討論具體實現(xiàn)的逐個關(guān)鍵點。</p><p>　　C/S工作模式作為分布式應(yīng)用程序

25、之間通信的一種有效方式，在近年來得到了非常廣泛的應(yīng)用。其特點是運行在服務(wù)器上的進(jìn)程能為發(fā)出請求的客戶所需的信息。正是由于有一套通用的標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)器和客戶總是運行在某種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)不同平臺、不同操作系統(tǒng)上。如果從分層體系的角度出發(fā)，C/S僅僅是一種應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：它是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的一個核心部分，為各種用戶提供訪問和修改數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)管

26、理：（1）由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和開放性，要保證網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性和安全性，必須有一套嚴(yán)格的管理方法和程序。與普通的Internet系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的管理其有特殊性。對于網(wǎng)絡(luò)管理，目前也有幾種不同的協(xié)議對于不同的應(yīng)用，其中基于TCP/IP的簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是最為流行的。SNMP主要是采用輪詢的監(jiān)控方式。</p><p>　　隨著Internet應(yīng)用范圍和空間的不斷拓展以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控本身發(fā)展的需要，

27、Internet測控信息網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)展。目前，監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展落后于信息網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步。信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中積累的經(jīng)驗和出現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)，將為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)提供有益的參考。但也要看到，當(dāng)前信息系統(tǒng)中也有不適合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的地方。只有認(rèn)真考慮各方面的問題并積極著手加以解決，實現(xiàn)測控、信息和監(jiān)控更好的融合，才可能得到一個全新的、有著更強大功能的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　圖3—3 網(wǎng)絡(luò)控制層次圖</p>

28、<p>　?。?）如圖3—3所示，整個硬件電路分為3個層次。網(wǎng)絡(luò)中心層、節(jié)點層、終端站層。網(wǎng)絡(luò)中心層由服務(wù)器、工作站、監(jiān)控PC、DDC構(gòu)成。其中服務(wù)器完成網(wǎng)絡(luò)中心與各節(jié)點服務(wù)器的通信。工作站用來收集數(shù)據(jù)、處理報警、數(shù)據(jù)庫管理、配置系統(tǒng)、顯示本地或下層節(jié)點的設(shè)備工作狀態(tài)及測量的數(shù)據(jù)、顯示打印發(fā)生的報警信息。此信息根據(jù)選擇可以是本地的，也可以是下層各節(jié)點的。監(jiān)控主要是負(fù)責(zé)收集DDC來的數(shù)據(jù)，并通過服務(wù)器送往工作站。另外接收工作

29、站發(fā)來的指令，對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行操作。DDC是用來采集本地設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)信息的。</p><p>　　節(jié)點層的硬件結(jié)構(gòu)和功能基本和網(wǎng)絡(luò)中心層類似。根據(jù)監(jiān)控對象的多少，控制人員也可將服務(wù)器、工作站合并，由一臺PC來完成。終端站層由工作站、監(jiān)控機、DDC構(gòu)成。</p><p>　　3、網(wǎng)絡(luò)通信及其接口PS2000</p><p>　　目前國內(nèi)外許多廠家正在研制和推廣網(wǎng)絡(luò)芯

30、片。Web接口芯片Webchip PS2000,正是采集系統(tǒng)和工作站連接Internet的“橋梁”,它可將Internet技術(shù)延伸到更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　（1）PS2000的結(jié)構(gòu)與原理</p><p>　　PS2000的Webchip網(wǎng)絡(luò)接口系列中的重要成員,通過它可以實現(xiàn)MCU應(yīng)用系統(tǒng)與基于PC平臺的網(wǎng)關(guān)（如emGateway TM）接口。PS2000芯片的原理結(jié)構(gòu)圖

31、如圖3—4所示：</p><p>　　它主要由核心控制單元、UART、嵌入式MODEM接口模塊、標(biāo)準(zhǔn)MODEM接口模塊、RS-485收發(fā)控制單元、LED顯示控制、DS2401接口、SPI接口模塊等組成。</p><p>　　核心控制單元主要實現(xiàn)通信和協(xié)議轉(zhuǎn)換，DS2401接口為電子標(biāo)簽接口,用于連接DS2401集成電路，為電子設(shè)備提供唯一電子標(biāo)識，通過SPI串行接口模塊,可與MCU應(yīng)用系統(tǒng)

32、方便連接;狀態(tài)顯示接口能直接驅(qū)動LED，有多種串行通信方式可供選擇：可外接RS-232、RS-485、嵌入式MODEM或標(biāo)準(zhǔn)MODEM等接口電路，也可選用RF或IRDA通信方式。PS2000為44腳MQFP封裝，采用單5V電源,具有體積小、功耗低、與emGateway TM的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兼容等特點。</p><p>　　圖3—4 PS2000原理圖</p><p>　　PS2000片內(nèi)駐留有網(wǎng)

33、絡(luò)協(xié)議解釋與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編譯程序模塊,MCU應(yīng)用系統(tǒng)與PC機網(wǎng)關(guān)交換信息時,由PS2000擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的解釋和轉(zhuǎn)換,通過17條簡單的指令進(jìn)行控制;與PC機網(wǎng)關(guān)通信時,負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行規(guī)范或解釋,由于PC機網(wǎng)關(guān)能提供HTTP服務(wù),可以與計算機瀏覽器接口,故MCU應(yīng)用系統(tǒng)通過PS2000上網(wǎng)十分方便,可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、管理、遠(yuǎn)程設(shè)備控制、在線診斷和服務(wù),以及自動將電子設(shè)備、智能儀器儀表等連入Internet網(wǎng)絡(luò)。</p>&l

34、t;p>　?。?）MCU應(yīng)用系統(tǒng)與Internet的連接</p><p>　　PS2000與基于PC平臺的網(wǎng)關(guān)通信：PS2000與PC機的連接十分靈活,可選用RS-232、RS-485、MODEM之一進(jìn)行通信,以滿足近程/遠(yuǎn)程、點對點或點對多點的通信要求,通過PS2000通信控制單元的通信控制字可選擇RS-232、RS-485、MODEM通信類型。</p><p>　　MCUNet協(xié)

35、議簡介：PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議,它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。MCUNet協(xié)議是MCU電子設(shè)備與計算機平臺上的Gateway建立聯(lián)系的一種軟件協(xié)議。</p><p>　　MCUNet協(xié)議首先規(guī)定了一種主從關(guān)系,Gateway 永遠(yuǎn)是叫主系統(tǒng),而電子設(shè)備永遠(yuǎn)是從系統(tǒng)。Gateway可以授權(quán)電子設(shè)備回?fù)堋Ｆ浯?MCUNet定義了電子設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)性能參數(shù)表和變量表。電子設(shè)備與Gateway

36、之間信息交換過程是建立在MCU系統(tǒng)狀態(tài)性能參數(shù)表和變量表基礎(chǔ)上的。</p><p>　　電子設(shè)備的系統(tǒng)表和狀態(tài)性能參數(shù)表的作用是把電子設(shè)備系統(tǒng)一些特性參數(shù)靠與人為善Gateway,如系統(tǒng)變量表中變量的個數(shù)、變量表所占用字節(jié)數(shù)、非易失性存儲器的大小、字符串的表達(dá)類型等。</p><p>　　電子設(shè)備的系統(tǒng)變量表的作用就是把MCU與Gateway之間需要交換的信息羅列出來,通過一個變量表來表達(dá)

37、。MCU與Gateway之間的所有交換信息都在這個變量表的表達(dá)范圍之內(nèi)。超出變量表的信息,Gateway將水予受理。</p><p>　?。?）PS2000與MCU接口</p><p>　　MCU應(yīng)用系統(tǒng)一般都是以單片機為核心的一個應(yīng)用系統(tǒng)。AT89C52單片機為例,PS2000與AT89C52單片機的連接如下圖3—4所示。</p><p>　　圖3—4 PS200

38、0與AT89C52的線路連接圖</p><p><b>　　3.3相關(guān)軟件設(shè)計</b></p><p>　　1、基于嵌入式TCP/IP協(xié)議的開放模型</p><p>　　以太網(wǎng)是基于報文分組的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常分不同層次進(jìn)行開發(fā)，每一層分別負(fù)責(zé)不同的通信功能，進(jìn)而使相鄰層按信息交換一致性原則通信。一個協(xié)議族，比如TCP/IP，是一組不同層次上

39、的多個協(xié)議的組合。TCP/IP這種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常被認(rèn)為是一個四層協(xié)議系統(tǒng)：數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。每一層負(fù)責(zé)不同的功能。</p><p>　　采集系統(tǒng)電路的程序設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，程序采用模塊化設(shè)計。系統(tǒng)在沒有上位機命令時，就循環(huán)檢測設(shè)備電壓、溫度等，當(dāng)檢測值不正常時，就上傳上位機，同時寫入AT24C64中。如果有上位機命令，就中斷作相應(yīng)處理。在

40、整點時，對所有采樣點值數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)本論文的設(shè)計思想，本人設(shè)計了分別對多通道采集系統(tǒng)和單通道采集系統(tǒng)進(jìn)行了分析，其程序流程圖如圖3—5所示：</p><p>　　多通道采集系統(tǒng) 單通道采集系統(tǒng)</p><p>　　圖3—5 采集系統(tǒng)程序圖</p><p><b>　　3、IP協(xié)議簡介</b>

41、;</p><p>　　IP是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。所有的數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報格式傳輸。IP協(xié)議主要功能有：無連接數(shù)據(jù)報傳送、數(shù)據(jù)報由路由選擇和差錯控制。IP不能保證數(shù)據(jù)報能成功地到達(dá)目的地，僅提供最好的傳輸服務(wù)。若發(fā)生某種錯誤時，如某個路由器暫時用完了緩沖區(qū)，IP有一個簡單的錯誤處理算法：丟棄該數(shù)據(jù)報，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。無連接意即IP并不維護任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)報的狀態(tài)消息。每個數(shù)據(jù)報的處

42、理是相互獨立的。IP數(shù)據(jù)報可以不按發(fā)送順序接收。</p><p>　　4、嵌入層協(xié)議棧對IP層的實現(xiàn)</p><p>　　在嵌入式控制模塊中開發(fā)協(xié)議棧，IP層的實現(xiàn)就是對要發(fā)送的消息進(jìn)行IP打包，即加上IP包頭，使之符合IP數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送到物理層：將接收到的來自物理層的數(shù)據(jù)包進(jìn)行IP解包，即去掉包頭，送到TCP層。對于MTU較小的網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)報應(yīng)分片，這可以通過軟件實現(xiàn)。</p>

43、;<p>　　針對嵌入式應(yīng)用的特點，該IP模塊不實現(xiàn)路由器對Ip模塊要求的功能，也不支持多IP地址。這樣就大大簡化了它的實現(xiàn)過程。這部分主要由1個分別處理輸出和輸入的子函數(shù)transmitIP（int length，u_int ip0，u_int ip1,char type）和receiveIP（u_intlength）組成。</p><p><b>　?。?）發(fā)送IP包</b

44、></p><p>　　待發(fā)送的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放于數(shù)組frame[frame_size]發(fā)送隊列中。發(fā)送時，transmitIP函數(shù)按照IP數(shù)據(jù)包格式將IP首部填入frame[]中，再調(diào)用網(wǎng)絡(luò)接口sendFrame()函數(shù)，操作8019AS，完成數(shù)據(jù)發(fā)送。</p><p><b>　　（2）接受IP包</b></p><p>　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口函

45、數(shù)已將收到的Ip包放入接受隊列中，由receiveIP函數(shù)完成數(shù)據(jù)的接收和對上層協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)。這里包括4個部分：對達(dá)到分組進(jìn)行驗證、選項處理、分組重裝和分用。</p><p>　　驗證部分主要包括：在數(shù)組Frag_ID中設(shè)定定時器，判斷分片部分是否超時，如果是則將分片緩沖區(qū)fragments[]釋放，丟棄整個數(shù)據(jù)包；調(diào)用checksum()函數(shù)計算包頭校驗和是否為。</p><p>　　vo

46、id transmitIP(int length,u_int ip0,u_int ip1,char type)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　static a int IDno=10;</p><p>　　u int*pframe=frame</p><p>　　length+=IP

47、HEADER LENGTH;</p><p>　　pframe[IP_VLT]=0x4500;</p><p>　　pframe[IP_LENGTH]=length;</p><p>　　pframe[IP_ID]=IDno++;</p><p>　　pframe[IP_OFFSET]=0;</p><p>　　pfr

48、ame[IP_TTL]=0x4000 I type;</p><p>　　pframe[IP_CHECKSUM]=0;</p><p>　　pframe[IP_SENDER_IPO]=ID.IP1;</p><p>　　pframe[IP_SENDER_IP1]=ID.IP1;</p><p>　　pframe[IP_TARGET_IPO]=

49、ip0;</p><p>　　pframe[IP_TARGET_IP1]=ip1;</p><p>　　if(type ==1)</p><p>　　frame[IP_CHECKSUM]=checksum(&frame[IP_VLT],IP HEADER LENGTH);</p><p>　　sendFrame(length,0x08

50、00,ip0,ip1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　分用是指當(dāng)對所有的分片都完整接收重組后，程序?qū)z查首部的協(xié)議類型字段，以此來調(diào)用上層接收函數(shù)，如下：</p><p>　　if((pframe[IP_TTL]&0xff)==1)</p><p><b>　　{<

51、/b></p><p>　　receiveICMP(frame,pframe[IP_SIP1]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if((pframe[IP_TTL]&0xff)==6)</p><p><b>　　{</b></p>

52、<p>　　receiveTCP((len-(hlen*2)),)pframe[IP_SIPO],frame[IP_SIP1]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if((pframe[IP_TTL]&0xff)==17)</p><p><b>　　{</b>&

53、lt;/p><p>　　receiveUDP(IP_VLT+headerLength,(lenqth-(headerLen*2));</p><p><b>　　}</b></p><p>　　pframe[IP_SENDER_IPO],pframe[IP_SENDER_IP1],</p><p>　　pframe[IP_T

54、ARGET_IPO],pframe[IP_TARGET_IP1];</p><p><b>　　（3）校驗</b></p><p>　　IP模塊處理分組的重要一環(huán)就是完成對IP首部的校驗和計算。由于對硬件的依賴，校驗和的有效計算相對較難。這里采用RFC1017中的校驗?zāi)Ｊ?，這是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中廣泛采用的校驗方式。</p><p>　　將被校驗的相

55、鄰字節(jié)成對配成16bit整數(shù)，形成這些整數(shù)的二進(jìn)制反碼的和；</p><p>　　為生成校驗和，把校驗和字段本身清零，把16bit的二進(jìn)制反碼的和以及這個和的二進(jìn)制反碼放進(jìn)校驗和字段。</p><p>　　為校驗校驗和，對同一組字節(jié)計算它們的二進(jìn)制反碼。如果結(jié)果全1，則校驗成功。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p>

56、<p><b>　　4.1 總結(jié)</b></p><p>　　在采集系統(tǒng)中，是基于單片機AT89C52對電路進(jìn)行設(shè)計的，這是由于該單片機的指令系統(tǒng)和MCS51單片機的相同。在硬件電路搭建過程中，根據(jù)要求和實驗的需要，只涉及了對電流、電壓和溫度3種數(shù)據(jù)的采集。但系統(tǒng)在實際的工程運用過程中，在單片機能承受的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)實際的需要對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行增加或更改。只對采集精度設(shè)計了一個要

57、求，沒有對采集點和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。</p><p>　　在通信系統(tǒng)的過程中，采用PS2000接口進(jìn)行設(shè)計的，這便于和當(dāng)今社會通用的RJ45進(jìn)行接口。也是由于便于控制者能在隨時隨地對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，但在該系統(tǒng)中，本文的數(shù)據(jù)傳輸和報警設(shè)置都是基于Internet的，這是由局限的，雖然，當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很發(fā)達(dá)，但是不是任何地方任何時間控制人員都能對系統(tǒng)出現(xiàn)的險情及時的知道，同時，手機的短信業(yè)務(wù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)。鑒于

58、此，可以在電路通信的整個設(shè)計過程中增加對短信報警的設(shè)計。這樣可以增加控制人員對系統(tǒng)的運行情況的了解。</p><p>　　在存儲系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)在工業(yè)控制過程中的實際需要，同時參考在硬件電路設(shè)計過程中通俗的可編程的設(shè)計方法，采用了AT24C64存儲芯片對整個電路的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。以便于，控制人員能根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實際需要，對數(shù)據(jù)和要求進(jìn)行更改。但是，在電路的設(shè)計過程中，沒有考慮存儲芯片的容量問題，這是不切實際的。同時

59、沒有設(shè)計程序?qū)Υ鎯π酒锏臄?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)移存儲后對芯片進(jìn)行清空。</p><p>　　另外，在整個電路的設(shè)計過程中，我采集系統(tǒng)采用的是工業(yè)用電，控制系統(tǒng)采用的是民用電力，沒有考慮斷電的情況，設(shè)計備用電源，這有可能對整個系統(tǒng)的運行帶來直接的影響，特別是可能造成存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)丟失。如果要在實際中加以運用，需要對系統(tǒng)進(jìn)行補充，增加備用電源，以維護系統(tǒng)的正常運行。</p><p><b>

60、　　4.2 展望</b></p><p>　　遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展歷程與網(wǎng)絡(luò)通信和傳輸技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。首先是基于專用網(wǎng)絡(luò)和專用控制協(xié)議和相應(yīng)的硬件實現(xiàn)。但是，由于它本身的缺陷，這種基于專用網(wǎng)絡(luò)和專用協(xié)議軟硬件的遠(yuǎn)程測控體系發(fā)展受到了限制。因為不僅需要大量的設(shè)備和資金的投入進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和專用軟硬件的配置，而且整個體系缺乏通用性。隨著客戶/服務(wù)器模式的廣泛應(yīng)用，局域網(wǎng)開始逐步取代專用網(wǎng)絡(luò)，通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也

61、相應(yīng)取代專業(yè)協(xié)議。</p><p>　　Internet的出現(xiàn)和爆炸式增長，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新之快令人目不暇接，這給遠(yuǎn)程監(jiān)控體系的發(fā)展注入新的活力，瀏覽器和HTTP協(xié)議在全球范圍的廣泛使用，給客戶/服務(wù)器模式的軟件安裝和配置問題提供了滿意的解決方案。只要有一個網(wǎng)絡(luò)接口和一臺安裝了瀏覽器的計算機，用戶就可以通過瀏覽器實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的監(jiān)控、診斷和維護。由于Internet遍及全世界，已經(jīng)連接了龐大的電信網(wǎng)絡(luò)，正在連接有線電

62、視網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)，而且Internet擁有成熟的通信協(xié)議，用較少的資金和設(shè)備投入，較短的開發(fā)周期就可以構(gòu)建整個系統(tǒng)。此外，任何適用于Internet的技術(shù)均可以加以利用，來實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴充而不需要修改遠(yuǎn)端軟硬件。</p><p>　　基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)可以為遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護等系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：

63、</b></p><p>　　[1]岳東,彭晨,Qinglong Han.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與綜合[M].北京：科學(xué)出版社,2007:3—9.</p><p>　　[2]MontestruqueLA, Antsaklis P.Stabilities of model-based networked control systems with time-varying transm

64、ission times[J].IEEE Transactions on Automatic Control, 2004, 49:1562—1572.</p><p>　　[3]康華光,陳大欽,張林.模擬電路[M].北京：高等教育出版社,2005:434—454.</p><p>　　[4]康華光,陳大欽,張林.數(shù)字電路[M].北京：高等教育出版社,2005:392—398.</p&