1、 收稿日期:2007-06-10基于I nternet 功能的網(wǎng)絡傳感器系統(tǒng)的設計汪獻忠1,赫樹開2,呂運朋1(1.鄭州大學物理工程學院,河南鄭州450052;2.河南省日立信電子有限公司,河南鄭州450001摘要:提出了一種基于ARM 嵌入式系統(tǒng)的具有Internet 功能的網(wǎng)絡傳感器系統(tǒng)的設計方案。項目的開發(fā)可以實現(xiàn)工業(yè)氣體檢測傳感器的Internet 功能和集中遠程控制。用戶可以直接通過Internet 網(wǎng)絡對工業(yè)現(xiàn)場的氣體檢測報警系統(tǒng)進行瀏覽、查詢和控制。系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠等特點。關鍵詞:Internet ;組態(tài)軟件;通訊協(xié)議;氣體檢測;ARM中圖分類號:TP212.6文獻標識碼:A

2、 文章編號:1002-1841(200710-0037-02Design of N etw orking Sensor System B ased on the Function of I nternetW ANG X ian 2zhong 1,HE Shu 2kai 2,L Y un 2peng 1Abstract :A way using AR M embedded system to design the netw orking sens or system based on the function of Internet is introduced.T he research of

3、the scheme can realize the function of Internet and centralized and long 2range control of the gassy ins pecting sens ors.T he clients als o can browse and control the gassy ins pecting and alarming system by Internet.T he system is provided with stability and reliability.K ey w ords :internet ;con

4、figuration s oftware ;communication protocol ;gassy inspecting ;ARM 1系統(tǒng)框架和功能氣體檢測報警傳感器廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)控制過程,如電廠系統(tǒng)通過氫氣冷卻的過程中,需要對氫氣等參數(shù)進行檢測,來實現(xiàn)整個電廠的安全運行和生產(chǎn)。系統(tǒng)設計對企業(yè)內(nèi)部的氣體檢測點進行組網(wǎng)集中采集,然后以企業(yè)為單位對其數(shù)據(jù)通過Internet 進行遠程傳送和管理。這樣使氣體檢測儀表或傳感器的提供部門企業(yè)也可以通過Internet 查看儀表的工作狀況,可以及時的對其自身的故障報警提供相應的服務。具有Inter 2net 功能的氣體檢測報警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如

5、圖1所示 。圖1具有I nternet 功能的氣體檢測報警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架圖系統(tǒng)分為4部分:上位機報警系統(tǒng)網(wǎng)絡管理軟件、Internet 接口通訊模塊、無線通信模塊和下位機氣體檢測儀表或傳感器。上位機報警系統(tǒng)網(wǎng)絡管理軟件主要采用的是現(xiàn)行工控系統(tǒng)中廣泛應用的組態(tài)軟件進行的,可以提供友好的人機交互界面,顯示整個系統(tǒng)的運行流程以及參數(shù)情況;Internet 接口通訊模塊則以實時嵌入式操作系統(tǒng)為核心,負責檢測儀表或傳感器不同的輸出信號的統(tǒng)一采集,并且支持T CP/IP 協(xié)議,不僅可實現(xiàn)大范圍分散設備組網(wǎng)通信,而且可利用T CP/IP 支持的各種標準應用以及自行開發(fā)上層應用,實現(xiàn)對節(jié)點設備的遠程調(diào)度與

6、控制;無線通信則是利用無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送,系統(tǒng)異常時,可以向指定號碼的手持設備發(fā)送告警信息,同時對網(wǎng)絡進行控制;下位機氣體檢測儀表或傳感器則是采用精確的氣體測量儀表或者傳感器,以保證檢測數(shù)據(jù)的真實可靠。現(xiàn)場系統(tǒng)運行的監(jiān)控參數(shù),一般分為2類:(1模擬信號:一般是針對直接測量氣體參數(shù)的傳感器轉(zhuǎn)換后信號,如420mA 電流信號或者05V 的電壓信號。(2數(shù)字信號:一般是帶有微控制器的智能儀表,本身帶用RS 2232信號輸出接口,可以輸出RS -232數(shù)字信號,同時包括測量儀表工作是否正常的開關信號。圖2MCG S 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)2上位機報警系統(tǒng)網(wǎng)絡管理軟件上位機網(wǎng)絡管理軟件采用MCG

7、 S 組態(tài)軟件進行編制,運行于WI NDOWS 操作系統(tǒng)平臺上。MCG S 是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領域服務的通用計算機系統(tǒng)軟件,具有功能完善、操作簡便、維護性強等特點,整體結(jié)構(gòu)和功能如圖2所示。通過“連接設備”,與Internet 接口通訊模塊連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)向上位機的傳送。再利用MCG S 可對整個上位機系統(tǒng)功能進行2007年第10期儀表技術與傳感器Instrument T echnique and Sens or 2007N o 110 組態(tài),進而實現(xiàn):友好的人機界面;采集數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)和曲線、歷史曲線、報表等形式的顯示、存儲;報表的分時查詢和打印功能;參數(shù)報警界限設置;數(shù)據(jù)查詢和分析等

8、。另外通過MCG S WWW 網(wǎng)絡版,可以通過Internet 網(wǎng)絡實現(xiàn)對上位機采集的參數(shù)(實時數(shù)據(jù)和曲線、報警情況、報表以及初級的數(shù)據(jù)分析進行瀏覽,為高層決策、遠程數(shù)據(jù)處理和故障診斷提供保障。如圖3所示的系統(tǒng)運行畫面,通過MCG S WWW 服務器進行組態(tài),通過Internet 在客戶端進行瀏覽 。圖3系統(tǒng)運行主畫面3I nternet 接口通訊模塊設計Internet 接口通訊模塊以基于ARM 核的實時嵌入式系統(tǒng)為核心,支持多進程調(diào)度,內(nèi)存管理和文件系統(tǒng),可以直接實現(xiàn)與現(xiàn)代工業(yè)控制設備以及辦公軟件的互操作,與單片機程序相比功能強大。并且在嵌入式系統(tǒng)之上實現(xiàn)了T CP/IP 通信協(xié)議,從而可

9、以使用Internet 替代傳統(tǒng)的單片機串口、C AN 總線等通信方式。Internet 接口通訊模塊作為一個獨立的Internet 設備,對外提供Internet 的接口,通過Internet 接口向外發(fā)送打包的信息。系統(tǒng)軟件運行的PC 機和模塊之間的通訊是基于差分信號傳輸?shù)腞S -485總線遠距離通訊方案,采用了光電隔離有效地抑制遠距離傳輸中的噪聲干擾,通訊距離可達112km 3,解決了工作現(xiàn)場與控制室之間的分離。基于ARM 核的嵌入式系統(tǒng)采用的是ARM7系列內(nèi)核,它采用ARM V4T (Newman 結(jié)構(gòu),提供019MIPS/MH z 的三級流水,空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù)Cache ,具有嵌

10、入式ICE 2RT 邏輯,平均功耗為016mW/MH z.項目采用S3C4510B 芯片作為CPU ,再加上8M BS DRAM 和2M BFlash 及其它外圍芯片4。其中S3C4510B 采用ARM7T DMI 核,管腳封裝208QFP ,最高時鐘50MH z ,S3C4510B 提供了以下外圍設備:8K B 內(nèi)部cache/SRAM ,2通道UART ,2個通用DM A ,18個可編程I/O 接口,2通道H D LC ,1通道MII 接口E thernet 控制器,DRAM/S DRAM 控制器,ROM/SRAM 控制器,I 2C串行總線,中斷控制器,P LL 時鐘發(fā)生器,2個可編程定時

11、器,具有功耗低、網(wǎng)絡等功能。為網(wǎng)絡設備提供了高性能的微處理器解決方案。另外為方便模塊對外提供便攜式的數(shù)據(jù)接口,考慮在模塊中加入US B 接口功能。此設計采用是US B 從設備設計開發(fā)。選擇ARM +US B 接口芯片設計方案。4無線通信模塊G SM 的接入為了將報警等系統(tǒng)信息以最迅速、低廉的方式通知到系統(tǒng)負責人,從而由對方發(fā)出指令對整個系統(tǒng)進行控制,這里采用以手機短信的方式進行信息的傳送和接收。G S M 網(wǎng)絡是國內(nèi)覆蓋范圍最廣的無線通信網(wǎng)絡。短消息業(yè)務(S MS 是通過G S M 網(wǎng)的控制信道傳輸用戶分組信息的一種增值服務,經(jīng)短消息業(yè)務中心完成存儲和前轉(zhuǎn)功能。在系統(tǒng)無線通信設計中,模塊采用的

12、是基于西門子的T C35模塊的無線終端,性能穩(wěn)定且?guī)в蠷S232接口,可直接與PC 機相連(如圖1。模塊帶有5V 供電電壓模塊,采用的G S M AT 指令為G S M07105,同時支持文本和PDU2種模式的短消息。通過與上位機管理軟件的連接,信息可以通過人工或自動的方式發(fā)往負責人,發(fā)回的信息如按一定的格式可直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù),對于上位機報警系統(tǒng)網(wǎng)絡管理軟件發(fā)送和接收的信息均進行了存盤,可供查詢。5結(jié)束語在基于Internet 的網(wǎng)絡傳感器系統(tǒng)的開發(fā)、研究中,將Inter 2net 技術應用到工業(yè)控制領域,可以充分發(fā)揮設備的資源,實現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)和控制網(wǎng)絡的融合,促進企業(yè)整個信息的集成。有利于網(wǎng)絡的進一步擴展應用,同時Internet 接口通訊模塊為In 2ternet 絡在工業(yè)控制領域的應用和實現(xiàn)現(xiàn)場設備層的無縫連接提供了一種連接方法,實現(xiàn)企業(yè)對工業(yè)現(xiàn)場的管理控制一體化。參考文獻:1張學云,王元安.N ovell 網(wǎng)絡實用教程1.昆明:云南大學出版社,1996:1-17.大學出版社,2002.4北京微芯力科科技有限公司.ARM Linux Board 開發(fā)工具WS 2310用戶手冊,2004.下期要目預告基于MC68332的劍桿織機緯紗張力測試系統(tǒng)MCG S 在自動上卸料實時監(jiān)控中的應用一種便攜式多點溫