基于Internet的嵌入式远程监控系统的研究

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随着网络化的发展,现代监控系统更强调数据的横向比较和统计性指标的分析,但传统独立的监测设备只能服务于现场,局限在一个很小的时空范围内,功能比较单一。而以Internet为代表的计算机网络突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍,使更大范围的通信变得十分容易。与此同时,高性能、高可靠性、低成本的网关、路由器、中继器及网络接口芯片等网络互联设备的不断进步,又方便了Internet、不同类型监控网络、企业网络间的互连。这就为监控网络的普遍建立和广泛应用铺平了道路。根据现代监控系统的需要,针对传统监控系统存在的不足,本文利用Internet技术来完成嵌入式远程监控系统的设计,采用了32位MCU+RTOS的构架;在此平台上对网络核心部件的硬件电路进行了设计;并重点分析了此平台的实时操作系统μC/OS-Ⅱ的内核体系结构,实现了μC/OS-Ⅱ在处理器上的移植;在深入研究了系统网络通信原理和TCP/IP协议栈的特点后,最终实现了系统网络通信的功能,同时也完成了系统多任务应用程序的设计。本系统最大特色是使孤立的现场设备成为网络节点,通过以太网有机地连接在一起,形成一个有机的整体。本文主要从以下几个方面展开具体的研究:(1)通过分析国内外的远程监控方案优点及不足,采用了基于Internet来实现远程监控的方案,即向下兼容现场总线的专用测控网络,向上以局域网接入Internet的监控方案。该方案有很强的实用性,也特别适合我国国情。(2)进行了嵌入式Internet技术平台的网络核心部件的开发设计工作。网络核心部件采用了基于ARM7的32位处理器,并以其为核心完成了外围硬件电路设计工作。(3)在实践的基础上构造了一个基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式应用系统,完成了μC/OS-Ⅱ在LPC2290的移植工作,使其能在Flash上独立运行,增强了系统可扩展性和运行的稳定性。(4)实现了一个嵌入式WEB服务器模型,完成了从网络驱动程序到应用层的通信工作。利用μC/OS-Ⅱ实时操作系统支持多任务实现的特性,进行了多任务应用程序的设计,完成了现场数据的采集、LCD上动态显示以及与以太网的数据交互,并可利用IE浏览器动态浏览现场数据的功能。(5)搭建完整的系统测试平台,对系统功能进行测试与分析,并对系统的功能特点进行归纳总结,指出了该平台的发展前景与应用领域。研究结果表明:由于本方案不需要网关和铺设专用线路,充分利用了廉价的网络资源,节约的布线和硬件成本。且具有支持TCP通信、界面统一、功能完备、代码量小的特点。因此本系统从性能方面、稳定性和可靠性方面以及性价比方面都具有很大的优势。在其它嵌入式监控领域,如工业过程控制,智能仪器仪表、机器人控制器、数控系统等应用都具有较强的借鉴作用和现实意义。
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