基于IP技術的智能監控系統構架及裝置研究摘要：本文針對IP技術和控制技術相結合的發展趨勢，提出了一種基于IP技術的智能監控系統構架的實現方法，討論了該系統的構架原則和特點，設計了相應的監控裝置的硬件實現方案，并進行了實驗研究，對于開發一種具有較好開放性、靈活的擴展性和方便易用的網絡監控技術作了有益的探索。關鍵字：智能監控TCP/IP協議以太網控制網0引言當前自動化領域內的一個新趨勢是基于以太網/互聯網的網絡測控架構由于其優良的測控特性，正逐漸被廣泛采用，并取代傳統的串行通信而成為自動化系統網絡通信的主流。目前該領域的開發和研究特點主要表現在：①傳統的網絡測控技術在適應性、開放性、復雜性和價格成本方面的局限性日益受到挑戰，而以太網具有的高速、大容量、開放性和適應性強的優點與現代測控領域的要求相適應，工業以太網技術越來越廣泛地應用于智能測控領域[1-2]；②基于IP的Internet網絡技術已經很成熟，有完善的協議體系和豐富的應用層開發工具，采用基于IP的測控技術可以在很大程度上解決各種測控設備和計算機設備通過異種或同種網絡互聯的問題，為構造開放式測控系統提供有力支持，大大增加系統通信的靈活性[3-6]；③基于TCP/IP的測量、控制和管理一體化技術發展非常迅速，測、控、管一體化技術不同于單純的測控技術和信息管理技術，而是依托一個高效率、開放性的網絡系統，將測量、控制和信息管理結合起來，通過系統各要素之間充分協調配合，使系統整體達到最優目標[7-8]。可見，對以TCP/IP和以太網為代表的開放式網絡技術進行研究，并將其應用于自動化測控系統，有助于開辟智能測控技術和IP技術相結合的新的研究領域，對其原理和應用進行研究具有較大的研究價值。1基于IP技術的智能監控系統構建原則系統體系結構構建的目的是為了實現遠程化、智能化的測控目標，并在此前提下確定系統的工作原理和系統實現的硬件基礎，完成上述任務的前提是確定系統的構建原則。本文主要基于室內智能照明控制、室內環境調控的應用場合，將基于IP的測控技術結合以太網技術的特點來設計一種可行的系統構架及裝置的實現方法，并進行實驗研究。基于以上所述，本文確定了以下基于IP的智能監控系統構架原則：⑴系統應該具有較豐富的接口類型

把軟件和硬件兩方面結合起來考慮，建立與應用相適合的接口和規范，接口的類別主要有串行數據接口（用于擴展流量計、電度表和溫度濕度計等測量儀表）、開關量輸出接口（擴展控制信號輸出）、狀態輸入接口（用于擴展工作信號、報警信號和故障信號等狀態傳感器）、信號輸入接口（直接擴展傳感測量電路）、網絡接口（用于擴展遠程通信）等；⑵系統的裝置應具有網絡直接接入功能

監控裝置內部嵌入以太網通信接口和驅動程序，不需要采用專門的計算機作代理服務器或網關，通過監控裝置可以在任何可連接Internet的地方訪問被控設備；⑶系統的設計遵循模塊化的思想

在硬件結構和軟件結構上采用模塊化思想，不僅便于開發調試，而且增加了系統靈活性，為進一步的功能改變和系統擴充提供條件；⑷具有比較經濟的使用和維護成本

產品成本經濟易于在用戶中快速普及，有機會被各種類型的用戶使用，在性能上得到不斷改進從而最終被用戶接受；⑸系統的安裝、配置和操作簡明

簡明的特性使得即使是非專業的計算機操作人員使用起來也沒有較大困難，監控裝置在設置好相關參數后能即插即用，終端操作和監視界面也應直觀、簡明、友好。2系統構架模型設計基于以上原則，設計了圖1所示的基于IP的網絡化智能監控系統的構架，圖中描述了測量、控制設備與網絡相互連接組成一個系統的關系，整個系統構架基本分為以下三個網絡層次：第一網絡層次是各被控設備通過網絡化智能監控裝置連成一個監控網。各傳感器送來的狀態信號通過裝置的輸入端口輸入，供單片機處理、傳送；控制指令由輸出端口輸出到設備的執行控制機構；串行接口作為設備與監控裝置進行數據交換的擴展接口和連接微機的虛擬控制臺接口；第二網絡層次是區域以太網（局域網）。在這一層次中，同屬一個單位（或部門）的網絡設備和管理系統的網絡設備等連成一個局部區域內部的網絡，有較高的安全性，網絡的配置、管理及用戶的設備都可以明確地加以管理，網絡中用戶的身份是確定的；第三網絡層次是Internet網絡系統。這是一個全球范圍的廣域網，這個網絡將全球其他連在其上的網絡設備聯成一個整體，聯網的任何計算機終端設備可以通過Internet互相進行資源訪問，是實現真正的遠程監控必須依賴的媒介。在第二層次和第三層次之間設置局域網網關和防火墻，可對不必要的數據流量進行隔離。采用上述體系結構具有如下特點：勺⑴擋歪網絡化智能監貓控裝置成為一朱個監控信息匯葬集平臺注。老倒監控裝置是第盯一層次和第二唐層次的銜接點誠，其對輸入的鏟普通模擬信號界進行辯識并處誤理，然后進行春編碼并通過網詳絡響應遠方的勿請求，同時監溉控裝置也可對謎接收自網絡的姜有效數據指令扛進行解釋，以椅決定在相應的紋端口輸出操作特信號。通過這緒個平臺的處理伐和轉換，普通儲的設備不需處形理復雜的網絡義協議，就可實震現網絡測控；萬⑵存法該體系結構能城更高效地使用燦網絡資源弦。匹失裝置接入層與輪以太網連接，使采用星形拓撲柏結構，既可以剪工作在競爭占達用總線的工作政狀態下，也可乓以利用交換機許取代集線器，蝦采用專線連接潑來滿足特定場兄合的實時性要勿求；臥⑶穴況該體系結構一嚴定程度上解決捏了傳統設備與孟網絡互連的問剝題畏。永臥生產運行中控魂制設備種類多錯，通信標準不鉆統一，傳統設采備不具備網絡注訪問能力，利叫用本監控裝置府為平臺對傳統崇設備進行改造霧，使其具有基課本的網絡訪問軋能力，很有現縱實意義；晶⑷超竊該體系結構體衫現了信息網和器控制網相結合雪的特點玻。在很多測控披場合中，測控垃的數據量不大甜，對控制沒有秒非常嚴格的實霞時性要求，將他信息網和控制潔網相結合可構痰成一種質優價谷廉、靈活性高稻的綜合測控系薄統；乳⑸童濤系統具有良好淹的開放性和擴末展性凝。侵六充分采用可擴捕展。靈活性好漢的硬件結構，灌例如內部總線無普遍采堅用賴I鉛2且C疑通信總線，在蔬此基礎上可以熊擴展大量其它崖符齡合餡I渾2盼C吸總線標準的器屢件（例如擴留展杠I恢2險C簽總線標準的液婆晶顯示屏，外命部惰I/根O石接口巡和駝AD/D鋪A鍵轉換器等）；崗系統具有的多鬼種接口類型便泳于與其它硬件謹設備構成多層閣次的網絡結構怒。在軟件方面韻，系統采騰用弦C5鷹1碎實現了一個嵌儲入晌式略We頭b燕服務器，采溜用塘XM沖L雹語言封裝監控蒙狀態頁面數據謊，不僅可以嬌被磨I乞E帝瀏覽器處理，耽也為拓展新的而網絡應用擴展禍提供了統一規比范的數據接口左。竭3攜幸監控裝置的實坐現方案體本節重點從以設下三個方面簡標述硬件方案的玩實現問題。堵⑴牧烏核心處理器選淚擇勿浮目前測控系統獵常用的硬件類賤型有單片機系鞠統、嵌入式系葵統情和固DS桌P船系統等，本文牽方案是選用一亞款性價比較高律的單片機系統搞來組成系統的寨硬件基礎，主突要基于以下幾逢個優點：巖①閣來從實時性和通違信量的因素考氣慮稿肅愈本文討論的環族境設備控制場撤合，沒有視頻債類的實時數據軍，需要處理的賊信號流量比較寶少，監控數據艦量不大，以處債理開關量的邏己輯數據以及實失現相應的邏輯貪控制功能為主恩，采用性價比轟較高的單片機唱系統作為硬件禽核心，可以滿法足系統功能實辜現的需要；淋②法母從開發平臺考風慮盾5躲1竄系列微處理器摸有功能強大的伍開發平臺，例尤如基直于悅Keil勞士μ岔Visio峰n砍的開發平臺，燕相關參考資料苦豐富，開發設朱備和仿真設備寫都具有很高開潮發效率，有利展于高效完成設賓計目標；紋③馬虎從移植性和適和用范圍考湯慮幅備盈單片機是目前帥控制應用領域悠使用最廣泛的透控制核心，積蜻累了大量成熟于的應用經驗，醋運行中的大量浮智能控制裝置汽都是基于單片槐機的，采懶用宜C5遮1控進行程序代碼頃開發后，使代層碼移值性大大后增強，所以以捎單片機為控制笑核心進行本論喜文的研究對于示在其它應用場甩合的普遍推廣僅有積極的意義喂；哨④雕齡在實現網絡通添信協議冊上兼紋裹單片機完全能溉實現必要聾的燥TCP/I梢P嫌協議棧，為基更于司I妨P卻技術的測控體徹系提供數據通冠信接口。由⑵朽哪硬件組成結構矛設冬計騙律針對實現具有系網絡直接接入澇功能的測控平井臺的目標，本修文設計了駱圖臉2楊所示的電路結梳構：電路硬件嚇設計在總體上殼采用裝置一體冊化，功能模塊森化的方案，即妹裝置的各個電找路元器件和各傘種功能集成在惕一起，集成到備同一設備上，拔實現邏輯、運隊算、通信和輸評入輸出接口的撇各項功能。設趨計時把硬件電確路從組成上分蔥為微處理器及志存儲器模塊、夕網絡控制及接每口模塊、電可惜擦除存鳳儲器模塊、輸寄入輸出接口預及講RS23祥2尖接口模塊和外貝置直流電源等應。各模塊對應筋的軟件功能也戲實現模塊化，姓有利于在電路潮調試時分塊調弱試通過，也增恨強了程序代碼熟的可移植性。褲⑶市費網絡控制芯片卻及網絡接口方尋案設孩計組銅本裝置實現網悄絡直接接入功快能的關鍵是在家系統內直接驅類動網絡控制芯壟片，設計時通凱過方案對比，享沒有采茶用仁100感M旅的穗PC閘I蝕接口控制芯片塊，而選躍用伏10烈M濟速度浪的紋RTL801哥9A那S俱網絡控制芯片剪，具有以下優柳點祝：殖10榮M憲的數據傳輸速蝶率對沒有大量職實時數據的測繭控場合已經具街有很優秀的通蒜信質量；芯片巧的標準工作電撤平貌是滲DC-5音V頂，與單片機系侍統完全兼容；世芯片遵婦循行IS圾A胞總線標準，賴有泄8牲位列和蛋1領6巷位數據傳輸兩潔種工作模式，餃有利于昌與鉗8榮位單片機配合乎使用，單片機簽利用部分控制符總線、地址總脾線和數據總線訊就可直接操末作剩RTL801尼9A靜S質的內部寄存器臟，最大限度簡陰化了驅動電路初和驅動程序結非構伶。穴斃4喝手裝置樣機、實蠢驗與結論疑根據以上所述福方案原理，試稻制了基抄于遼I問P京的網絡化智能士監控裝置的實侵驗電路板模塊他（介圖面3誕），該模塊內礦置了以太網接裙口，有四路信步號輸入通道和喜四路控制輸出舌通道蹈，被RS-23辦2響接口可上作非網絡控制說設備的轉換接受口和測量儀表風擴展接口，較拔好地實現了前傾面所設計的硬牛件框架結構。論載入軟件系統征后，以本裝置夠為核心搭建了備一個網絡化溫壘室測控實驗驗幕證系統，聯網樂后首先進行網罷絡連通測試，非然后分網絡測孫量和網絡監控鉗兩個內容進行剝了實驗，實驗耕系統的主要構賞成要素見修表燙1鴨；揚表泡1柜冷實驗系統要素誦表躍Table軌1Elem輪entsl濫istof易exper蒜iment報system它要素名稱腔數量捉位置勁備注貨監控裝置幸1綁校園網教學暴樓彩1嫩溫度，濕度傳值感器括2究校園網教學嗚樓區1嶺連接監控裝置蓄模擬設備信號攏燈返4斑校園網教學獎樓富1找模擬控制電平盞輸出需狀態信號模擬沖開關祥4型校園網教學捕樓倉1縮模擬控制電平表輸入牢校園網絡系統咽

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產可推廣姐到擴Intern疤et榮監控終渣端耀1武1醬校園網教學枕樓豪2遮⑴萬隨網絡連通測試胞：珍①澤將監控終予端乳1槳切換豎到兄MSDO很S考狀態，輸勁入笑“棟ping2舉02.38.柱202.6裳3鏈”被，屏幕上顯犧示慧“李reply蕉from2蒸02.38.世202.63同:byte豆=32ti起me<10m巡sTTL=巖12卸6勺”要，由于監視終險端立1逗與裝置間在網殺絡拓撲上經過演了兩個網關，夸所扭以內TTL=12乎8-2=12蛇6鷹，說明裝置通染過災Intern青e挪t該通信的功能正隨常。年⑵漫網絡測量驗證粉：信號輸入選月用了溫度、濕唯度兩種傳感器飛檢測信號（茂圖怠4降），測量儀器帆以監控裝置為映平臺，通過網反絡實現了數據通傳輸和顯示，塊其中左圖為通殺過監控裝置進擾行數據傳送后緣顯示在計算機陡終端的數據，尊右圖為現場傳腰感器的顯示值償。蔽⑶筋嵌入院式辟We尊b落網絡監控驗證扔：出網絡監控設置欄了臉4京個狀態信號輸餡入蠻和進4拐個控制信號輸乘出，在網絡任要一臺終端上打挖開史I按E呆瀏覽器，在地蘿址欄輸入監控纏裝們置模I鞋P繼地漏址界/政訪問密碼，如弦圖悟5另所示成功顯示搏了熔以商XM畝L藏格式封裝的測微控狀態數據。宜從實驗結果看祥，本監控裝置美實現了網絡化赴測量功能，并古能完成嵌入矩式券We固b幅服務器功能，魄設計思想得到宗驗證，通過選氧用更強大的處情理器芯片，進壇一步完善功能嚼軟件，本監控啊裝置可以在智吧能家居、生產頑監控等領域有號更廣泛的應用咐。參考文獻：要[1]Ti訊an,G.稱Y.;Zh勤ao,Z.異X.;Ba亮ines,購R.W.A簽Field葬bus-ba乎sedin恰tellig勺entse絲nsor[J濫].Mec鑒hatron釣ics,2懶000,1票0(8):身83昆5廳–猜849.誰[2]呀娃金歡，阮冠春揚，徐凌宇，趙亭海框.累周基于嵌入泄式牲Intern編e事t狼技術臭的姥Webi際t臉體系結構研究茄與實燈現盲[J].舅金控制與決服策患.2002耽,1崖7主（穩5輕）青:541-5折45赤[3]LI業UGui-墻xiong,脖SHEN秤Bai-hu博a1,FE壁NGYun束-qing.部Rapid址devel疼oping除techno套logyf梳ornet海worked胳int