远程监控终端（精选12篇）
远程监控终端 篇1
0 引言
随着技术的进步, 远程监控成为一项应用非常成熟的技术。它大多用于对无人值守, 不便作业的复杂偏远环境下的系统进行监控。远程监控系统的应用在大大降低了人力资源的同时, 还对那些不需要经常巡视或者人力无法长期生存的区域都能保持了及时可靠的监控, 极大的满足了人们生产生活的需要[1,2]。
沼气站建设是一项历史悠久、利国利民的好政策。农村沼气建设把可再生能源技术和高效生态农业技术结合起来, 对解决农户炊事用能, 改善农民生产生活条件, 促进农业结构调整和农民增收节支, 巩固生态环境建设成果具有重要意义。
但是, 目前由于沼气站由于处在比较远的养殖场或是农村, 有关监管部门及运营商们对下面沼气站的运行没有一个直观的检测, 也不能每天都去沼气站现场监督, 所以需要一套全面的、适合的监控系统来对下面的一个或是几个沼气站进行监控及信息的处理。
本文介绍了一种面向终端用户开发远程监控系统, 并将其应用于沼气站的远程监测和控制中。该系统利用沼气站现有的控制系统采集数据, 通过有线或是无线传输网络, 送到每位能源操作者、管理者和决策者面前, 使他们随时监测沼气站的运行状态、配备专家诊断系统以达到提高能源效益、减少能源损耗、稳定运行的目的。
1 系统架构
图1所示为沼气远程监控平台硬件部分的拓扑结构方案图。其中, 外部网络是与Internet相连接的, 存在病毒与骇客的不安全区域, 外部网络与系统服务器使用硬件防火墙进行隔离。
代理服务器负责隔离Internet与处于各安全区域的服务器。所有用户提出的请求都提交给代理服务器, 由代理服务器进行处理, 将其中合法、安全的请求交由应用服务器进行处理, 再将应用服务器处理结果以及数据反馈给用户。这保障了应用服务器与数据服务器的安全[3,4]。
应用服务器是本系统的核心服务器。它负责处理请求-响应及各类业务逻辑。主要包括接收代理服务器转递的请求、处理SMS收发模组提出的数据请求、向数据库服务器发出数据操作请求并接收数据库服务器的反馈数据、生成人机界面并响应用户提出的请求[5]。
数据库服务器应用关系型DBMS进行数据的存储与处理。备份服务器负责定时进行数据双机备份, 以便发生意外情况时进行数据恢复[6]。
2 系统操作流程
系统操作流程如图2所示。从系统操作流程图可以看出, 本系统包括沼气站远程运行监控子平台、预警信息管理子平台、在线技术服务三大子平台[7,8]。其中, 远程监控子平台包括沼气站站点管理系统、监控管理、数据统计、设备管理、设备全寿命周期管理五个模块;预警信息管理子平台包括预警信息发布、实时报警、报警数据管理及报警日志四个模块;在线技术服务包含数据分析、专家诊断、视频协助、在线技术培训及新技术信息发布五个模块, 具体各模块功能简单介绍如下。
1) 沼气站站点管理系统
沼气站站点管理子平台主要用于各个沼气生产站点进行管理, 要求能够通过GIS地理信息查询各站点的地理分布, 在GIS图像上能够显示各站点主要情况说明, 并且能够通过点击图像直接进入站点监控的主界面。此功能主要包含GIS地理信息、站点主要资料说明、站点资料管理、各站点实时监控画面动态链接四大功能。
2) 监控管理
此功能模块要求用于对各个沼气站点的实时监控画面进行管理。此功能包含实时监控画面、对话窗口两个功能。
3) 数据统计
提供所采集数据的查询功能, 可以实时显示用户所需要的数据值, 可以查询历史分类数据的统计值, 并以曲线图或报表的形式体现出来。
4) 设备管理
设备管理功能用于对各个沼气站的运行设备进行管理。该功能包括设备清单与设备运行管理两大模块。
5) 专家分析及诊断
主要包括对历史数据的分析、运行与管理建议以及对话视频和在线支援。
6) 预警信息管理
预警信息管理系统是用于当某个沼气站发生意外情况时, 实时向平台发出信息, 由平台对外根据报警级别做出反应。预警信息管理应当包含预警信息发布管理、实时报警、报警数据管理与报警日志四个功能模块。
3 软件配置
开发环境:
系统采用B/S三层架构, 开发工具:.NET (2005) 、ASP.NET (C#) 。数据库设计工具:Sybase Power Designer 11.0, SQL Server2005。网页制作工具Macromedie Dreamweaver发布环境:.Net Framework3.0、IIS 6.0、SQL Server2005。
4 结果
本监控系统已经投入运行, 运行中能够实现对每个沼气站生产工艺过程进行远程实时监测;在沼气站发生故障时, 能及时发布报警信息;能为沼气工程企业提供远程管理服务等, 达到了预期的目标。
摘要：本文主要介绍了一种面向终端用户开发的远程监控系统。分别从系统架构和操作流程设计两个方面对该系统做了具体的阐述, 并将此系统应用于沼气站中, 实际运行结果表明, 该系统能实时高效的实现远程监控的任务。
关键词：远程监控,面向客户端
参考文献
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[8]刘英豪, 代莉莉, 黄耀谆, 等.基于模块化的远程健康智能监护系统[J].新型工业化, 2013, 3 (5) :54-61.
远程监控终端 篇2
一、采取个人自学、集中学习、座谈讨论、专题辅导、举办活动和实地观摩等方式，积极利用远程教育网络开展党员经常性教育。
二、学习期间严格签到、请假制度，不准迟到、早退，不准无故缺课，农村党员干部每次集中学习出勤率要在90%以上。
三、做好学习记录，详细记录收看时间、内容、参学人员、座谈交流、情况反馈等信息，根据需要撰写学习心得。
四、结合实际制订学习计划，搞好节目预告，认真做好集中组织学习工作，做到学前有计划、学习有要求、学后有反馈。
五、合理安排学习时间和方式，采取集中学习和个别学习、实时学习和非实时学习、定时学习和随时学习相结合的办法，做到学习和生产两不误、两促进。
六、定期对农村党员干部远程教育学习出勤、学习记录、学习心得、学习总结等情况进行检查，并将检查结果作为党员干部考核和民主评议的重要内容。
实时监控 分辨不同终端设备 篇3
最近我家的Wi-Fi好像接入很多不明来历的Android设备，可是进入路由器查看后，都是类似“android XXXXX”的设备显示的，我也分不清到底哪些是自家的设备，哪些是别人的设备。有没有什么方法可以标示属于自己的设备？（题号：20142202）
解题思路
现在网上有很多防蹭网的软件以及智能管理路由器的软件，它们都可以实时监控连接到路由器无线Wi-Fi的移动终端。借助于这些软件我们就可以分辨出哪些移动设备是自家的，哪些移动设备是别人家的。在分辨出这些移动设备以后，再对设备名称进行重命名，从此以后就可以方便地进行识别了。同时也可以对别人的移动设备进行拦截，防止他们进行非法的蹭网操作。
解题方法
现在针对路由器的智能管理软件有很多，包括“瑞星路由安全卫士”、“路由卫士”等，这里我们以“瑞星路由安全卫士”这款软件为例来介绍。
安装运行后，首先根据软件提示，在窗口中输入路由器后台的登录账号和密码，当登录成功后就会显示出路由器的型号等基本参数，同时也标志着管理软件已经接管路由器的后台操作（图1）。
点击软件界面下方的“路由监控”按钮，在弹出的窗口中根据需要开启对应的监控功能（图2）。这里建议大家一定要开启“新设备无线接入提醒”选项，这样一旦发现有移动设备连接到路由器的Wi-Fi，就会弹出一个警示框来提醒用户注意（图3）。
正如上面的网友所说的那样，通过移动设备的名称很难进行分辨。所以现在点击操作界面工具栏中的“设备管理”按钮，接着点击右上角的刷新按钮，这样就可以显示出当前所有连接到路由器的设备。然后关闭自己移动设备的Wi-Fi连接功能，再点击右上角的刷新按钮，注意观察那些剩下的设备名称。
接下来再次打开自己移动设备的Wi-Fi连接功能，点击右上角的刷新按钮，多出来的那几个移动设备名称当然就是自己的了，而且管理软件会识别出移动设备的生产商，这样也可以从一个侧面印证它是自己的设备。确定以后点击设备名称后的修改按钮，在弹出的对话框中就可以设置一个全新的名称（图4）。
通过类似的方法就可以找出所有自己的移动设备的名称并进行重命名，那些剩下的当然就是别人的蹭网设备了。只需要点击这些设备名称后面的“禁止”按钮，或者在这些设备连接Wi-Fi的时候，点击提示框中的“禁止”按钮，即可通过路由器自身的MAC过滤功能对其进行屏蔽操作。
远程监控终端 篇4
智能路灯远程监控系统结构示意图如图1所示。监控终端是路灯远程监控系统的重要组成部分,其性能直接决定了路灯远程监控系统性能优劣。智能化的监控终端涉及微机控制、无线通讯和传感检测等方面的技术,是现代路灯远程监控系统设计的重点和难点。
1 远程监控终端组成原理
监控终端采用模块化思想设计,结构组成如图2所示。终端采用双MCU架构,MCU1主要负责完成现场信息采集、通信管理和控制功能;MCU2负责单灯节能控制、检测和人机界面显示。
监控终端采集路灯现场数据并对路灯进行控制和调整,根据需要将采集的内容传送至监控中心,同时接受来自监控中心的远程控制指令,对现场进行控制。监控终端具有独立的运行能力,当与监控中心通信中断时,不影响其数据采集和控制功能。终端采用二级通信机制,与监控中心之间采用GPRS方式通信,和各路灯之间采用电力线载波方式通信,实现超越传统的“四遥”功能———遥控、遥测、遥信、遥调。
2 远程监控终端硬件设计
2.1 MCU选型
综合考虑监控终端的功能要求及各种MCU的性能指标和资源,采用MSP430F149作为主MCU,PL3106作为辅助MCU。
德州仪器(TI)推出的MSP430微处理器是一种基于RISC的16位混合信号处理器,它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。MSP430MCU将智能外设、易用性、低成本以及业界最低功耗等优异特性完美结合在一起,广泛应用于工业/楼宇自动化、设备跟踪、工业监控和防篡改监控、警报安全系统、无线键盘/鼠标产品、无线游戏配件以及自动仪表测量基础设施(AMI)等领域。
PL3106除了具有功能强大的微处理器外,还提供了丰富的片内资源,尤其在电力线载波通信方面具有更大的优势,它的扩频通信单元是PL2000系列专用电力线载波通信集成电路的升级内核,具有更强的抗干扰能力、更高的数据通信速率和更大的软件可配置灵活性。PL3106已经替代了PL3105产品并完全兼容了PL3105的功能,载波调制输出可软件配置为正弦波输出或方波输出。
2.2 电力载波通信电路设计
GPRS通信和电力载波通信是监控终端实现其功能的重要保障,相关电路设计亦是监控终端硬件设计的重点。由于GPRS采用现成模块,电力载波通信电路设计便成了硬件设计的关键。
PL3106芯片采用直接序列扩频的BPSK调制解调方式,相比于ASK和FSK调制解调方式,具有较低的误码率。载波通信电路包括功直序扩频调制解调电路、功率放大与滤波电路、载波耦合与接收电路,如图3所示。其中直序扩频调制解调电路集成在PL3106芯片内部,只需设计外围配置电路(功率放大与滤波电路、载波耦合与接收电路)。
发射电压影响发射功率的大小,为简化电源设计,发射电压直接由12V的直流开关电源提供。D1和D2有稳压的作用,D3和D4用于电路保护,发射回路电容C1、电感L用于调整发射电流和波形。减小C1和增大L1将减小发射电流和改善波形,反之则增大发射电流和波形失真情况。由于线圈的带载能力一定,调整C1和L1将影响线圈的发射功率和自身功耗。
载波耦合与接收电路中,C5、C6和L3组成并联谐振电路,具有对120kHz信号的选频作用;D10和D11起限幅的作用,使接入PL3106SIGIN引脚的电压小于700mV。
3 远程监控终端软件设计
监控终端采用双MCU架构,两者在软件上相互配合共同实现路灯监控系统的各种功能。主MCU控制软件依据控制策略对从MCU发出控制命令,从MCU控制软件响应并执行控制命令实现对单灯的控制和人机界面显示。从MCU控制软件相对简单,主要介绍主MCU软件控制策略和控制流程。
3.1 控制策略
路灯控制需要考虑到各种不同情况,比如四季更替、天气异常变化、特殊节假日和意外交通事故等。此外,同一个监控终端所控制的路灯中,对照明控制的要求也有不同。系统若采用单一的控制策略[7],比如时间控制策略(按预设时间对路灯进行开关控制)或者照度控制策略(按光照对路灯进行控制),难以按人们的需求对路灯进行开关、亮度调节、电压调节以及亮电灯率的控制,无法获得理想的控制效果。要实现路灯“随需而控”,必须将多种控制策略相结合,采用复合控制策略。
监控终端在现场照明控制过程中,优先考虑监控中心发送过来的控制命令,再以实际照度和路面信息检测作为依据,结合预设的时间控制策略,确定照明需求,根据需求进行控制。这种控制策略满足了路灯照明多样化的需求,实现了路灯监控的动态智能化,从而提高了路灯照明控制的合理性和实时性。
3.2 主程序控制流程
监控终端主MCU通过GPRS模块与监控中心进行通信,其实时性与可靠性是整个远程监控的保障,与GPRS通信有关的部分由中断程序处理,并把优先级设为最高级。采样间隔时间对于路灯节能控制具有一定的影响,程序启动了定时器并在初始化阶段对其进行设置,利用定时中断程序对现场信息进行采样。程序控制流程如图4所示。
参考文献
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远程教育示范终端站点申报材料 篇5
站点申报材料
油槐街道机关支部现有党员33人，机关全体干部47人。机关站点设在财政所会议室内，面积27平米，最多可容纳30余人观看学习，油槐街道机关站点远程教育学用工作的开展，始终坚持以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，全面贯彻落实科学发展观，紧紧抓住“让党员干部受教育，让人民群众得实惠”这一主线，加强组织领导，完善工作机制，保障硬件设施，突出学用结合，使远程教育终端站点在街道机关全体党员干部的日常学习工作中发挥了重要的作用，有效提升了街道机关党员干部不断坚持政治理论及业务能力学习的积极性。
一、以提升优化资源，夯实基础条件为抓手
自远程教育终端投入使用之日起，油槐机关站点就以提升机关站点运行基础设施条件为着手点，不断整合优化街道机关各类资源，大力加强远程教育站点的硬件设施建设，有效夯实远程教育学用工作开展的基础。
1、抓硬件资源的整合优化。我们立足自身资源条件，充分利用现有办公场所，将机关播放站点与防汛指挥中心进行整合，保证了站点正常运转所需的场所和配套桌椅，配备了干粉灭火器、闭路监视器、空调等配套设施，做到了防火、防盗、防潮、防尘、防雷的“五防”要求，积极筹措资金，配备了全新的电视机、投影仪、电脑、音响等基础电教设备，1使远程教育场所设施得到有效优化提升。
2、抓人力资源的夯实强化。针对机关站点的工作开展需求，由街道办事处党政办负责机关站点的运作，安排专人对远教设备进行日常维护，实行“AB岗”制，保证机关站点能够按时按量开展学用工作，包括对远程节目接收播放、站点设施管理建设、组织准备各类学用活动、学习记录资料档案整理和教学信息收集反馈等，以确保站点学用工作保持最佳的运行状态。
二、以加强组织领导，完善学习制度为保障
搞好远程教育学用工作，在做好基础设施建设的同时，只有加强组织领导和管理,创造良好的学习环境和氛围,这项工作才能顺利推进并取得预期成效。为此，油槐街道机关站点不断总结工作开展经验，多方面入手，完善日常学习制度，优化远程教育的学用工作环境。
1、加强远教组织领导。街道党工委及机关党支部对远程教育工作高度重视，把做好远程教育学用工作作为开展和提升基层党建工作的重要内容和载体，成立了远程教育工作领导小组，进一步明确责任分工，明确机关站点由党政办做好日常学用维护工作，为远程教育学用工作的开展推进奠定了强有力的组织基础。
2、加大远教舆论支持。我们结合机关工作实际，把远教学用工作作为提高机关支部党员和入党积极分子政治素质的学习阵地、强化机关工作人员业务工作能力的充电平台、拓展基层干部社科知识广度的信息渠道。加大对学用工
作开展的宣传力度，在日常工作中鼓励党员干部积极利用远程教育平台提升强化自身，为远教工作的全面开展营造上下齐心、众志成城的良好氛围。
3、健全学用工作制度。坚持以制度管人管事，能够有效保障学用工作开展，在学用工作“五项制度”的基础上，结合日常工作实际，健全细化了工作制度及方法，促使远教学用工作不断规范化，结合工作实际，制定了更为详细的学习考勤制度。在教学组织上，坚持落实学习收看、信息反馈、学习情况记录等制度。
三、以调动干部参与，保证学用效果为重心
如何调动党员干部积极参与学用活动，保证学用工作开展的质量和效果，是机关站点做好学用工作的核心问题，我们坚持学用结合，围绕机关党员干部是学用工作的主体的特点制定计划，结合时事热点及上级政策导向，以开展政治理论学习、时代主题宣传为主要内容，抓好政策学习贯彻落实工作，致力提高党员干部参与的积极性和学用工作的实效。
1、结合日常基础工作，调动机关党员干部积极性。让更多的党员干部愿意参与，是学用工作顺利开展和取得实效的基本前提。在日常学用工作开展中，我们把调动机关党员干部参与的积极性作为重心，努力将被动接受向主动学习转变，深化学用工作开展方式，将学用工作与党性学习、普法工作等日常活动相结合，促使各业务科室有意愿利用远教设备开展工作，从而有效调动了机关党员干部的积极性，扩大了远教的覆盖面和影响力，提升了远教站点在日常学用工作
和个性化教育中的积极作用。
2、依托热点时事政策，增强学用工作开展针对性。远程教育要取得效果，必须在学用内容上增强针对性和时效性，努力使机关党员干部感兴趣、用得着。为此，我们始终坚持结合各阶段中心工作及党员干部需求，有的放矢的进行播放。如结合群众路线教育实践活动开展，组织学习党的基本方针政策学习；结合反“四风”转作风工作的开展，组织学习廉洁从政教育学习；结合习仲勋同志诞辰100周年纪念活动的开展，组织收看纪录片《习仲勋》，都取得了很好的效果。
3、丰富学习使用形式，保证学用工作有效性。丰富灵活学用开展形式，能够有效保证学用效果。在努力开展个性化学习的基础上摸索学用工作开展的新形式，利用投影仪、音响等设备拓展站点学用工作开展形式，组织利用远教设备开展业余时间活动呢，以实现远教成效的最大化。
远程监控终端 篇6
【关键词】视频监控；无线传输；GPRS；
引言
随着计算机技术、无线通信技术的飞速发展，互联网的广泛普及，实时动态图像的采集、压缩和远程无线传输技术等为研究无线传输的视频监控提供重要的支持。远程监控技术的出现，是计算机网络技术与故障监控技术相结合的必然结果，它具有灵活性好、移动性强、布点灵活、工程量小与工程周期短等优点。与有线视频监视系统相比，无线视频监视系统具有很大的优越性，其研究也具有重大的经济意义和现实意义。考虑到传统的视频监控系统的不足，本文提出一种基于无线网络的视频监控系统。
1.系统原理框架
本系统设计的任务主要是针对传统的视频监控系统的缺点，研究出新型的嵌入式视频监控，在功能上达到传统的视频监控系统的要求，同时解决了传统的视频监控系统的不足。主要是从这几个方面做出了研究与分析，首先是在功耗方面，是采用的低功耗的嵌入式ARM平台，对于视频监控的大数据量问题，针对图像进行了压缩编码以及本地存储，根据监控中心的需求有选择性的传输数据，监控信息的传输不是采用传统的传输方式，而是采用的中国移动提供的GPRS无线传输服务进行传输，主要能实现高性能、适应性强、应用领域广等特点。
根据功能要求，本设计基于ARM的无线监控系统是有以下几个部分构成：嵌入式监控终端设备，联网的监控中心。 在视频监控过程中，监控终端首先通过视频采集设备采集到图像信号，经过嵌入式系统完成图像的处理工作，包括图像采集，本地存储，最后通过GPRS模块传输到远程的用户端，从而完成整个系统的工作。
2.终端硬件设计
分析监控系统需要完成的功能，视频监控终端的主要任务为：图像采集，图像处理，信号的传输等，需要进行视频图像的处理，传输过程中需要使用到一些网络通信协议，有操作系统的支持会给这些软件的实现缩短开发周期，而系统选择在嵌入式平台下完成，因此需要可以支持嵌入式操作系统的微处理器。
由于硬件电路设计过程周期较长而且工作量大，因此本系统设计选择可以移植嵌入式操作系统的硬件开发平台，通过其外围电路以及相应的接口扩展功能模块，保证整个系统的硬件开发环境。根据系统的整体方案，USB摄像头作为视频信号的采集设备，完成图像的采集，而视频信号是采用的中国移动的GPRS网络服务进行传输的，系统选择了通过串口扩展一个GPRS模块，嵌入式系统通过GPRS模块连接到互联网，最后连接到用户端进行信号传输。
3.嵌入式处理器体系结构
完整的嵌入式系统包括嵌入式硬件系统和嵌入式软件平台，一个嵌入式硬件系统主要包括微处理器、时钟与电源模块、外部存储器、通信模块、I/O接口以及其他功能模块，其核心是嵌入式微处理器，S3C2440是三星公司为手持设备和一般应用推出的低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案，存储器系统采用了哈佛结构，将数据总线和指令总线分开，使读写速度更快，工作效率更高。采用低功耗、全静态设计等特点，丰富的外设资源，适合于便携式视频监控终端的设计需求，支持Linux等操作系统。
3.1摄像头选择
嵌入式视频监控系统需要图像的采集，首先需要的是摄像头，USB摄像头是现在视频监控系统的主要应用器件，因为其使用方便，大不多数的嵌入式设备都支持USB接口，同时价格低廉、性能也非常良好，被广泛应用于视频监控领域。
本系统采用了中星微公司的USB摄像头ZC301摄像头作为视频采集设备，S3C2440芯片内部提供了USB接口，只要在芯片外部扩展USB接口电路，再与USB 摄像头相接就可实现USB摄像装置的硬件连接。
3.2 Nand Flash 模块设计
Nand Flash采用非线性存储结构，代码不能在Flash上直接运行，需要把代码读到RAM中运行，Flash中代码读取需要专用控制器接口；Nand Flash芯片提供单元密度大，可以实现高密度存储，它的擦除和写入的速度很快，非常适合于大容量数据存储，在存储卡和U盘等存储设备中得到广泛的应用。S3C2440处理器自带Nand Flash控制器，而且支持Nand Flash启动，只需扩展一片Nand Flash芯片即可。
3.3 SDRAM 模块设计
S3C2440自带SDRAM控制器，具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可以方便扩展SDRAM芯片。系统选用HY57V561620BT容量为32M字节，为了增大数据吞吐能力，选取两片芯片扩展为32位数据宽度的总线。HY57V561620BT 内部是一个存储阵列，总共有13根地址线，采用行地址线、列地址线复用方式减少芯片引脚数，分别由行地址选通信号 nCAS、列地址选通信号nRAS区分行地址列地址，13根行地址线与9根列地址线复用组合成22根地址线访问空间是4M，另外两根区间选择信号BA0、BA1组合就可以访问4个 Bank。
3.4 电源模块设计
根据系统设计需求，微处理器S3C2440、SDRAM、Nand Flash 等采用3.3V供电，而一些外围电路是5V供电。因此整个系统需要两组电源，采用直流稳压电源提供5V电源，由5V电源转换出3.3V电源。5V电压经过滤波、线性稳压器AS1117芯片后输出3.3V电压，再经过滤波后向系统供电。AS1117是高效率低压差三端线性稳压器，提供电流限制和热保护，以确保芯片和功率的稳定性，从而更好地保证电源供电的稳定性。
3.5 GPRS无线通信模块
GPRS是一种能够短消息、语言通信以及是数据传输功能的无线通信模块，通过RS232串行接口可以微处理器、计算机以及单片机等实现数据交换通信。 GPRS无线通信模块通过RS232接口可直接接收上位机系统的串口发送AT指令，根据相应的指令完成相关的操作。计算机作为数字终端设备，GPRS模块作数字电路设备，两者间通过一套AT指令集完成相互之间的通信，GPRS的各种功能都有赖于上位机发送过来的AT指令实现。
3.6 GPRS模块控制
无线传输设备GPRS模块主要是通过串口与嵌入式平台连接，两者间的相互通信都是通过RS232串口进行的，最高通信速度可以达到115200b/s，嵌入式Linux平台下的串口程序设计也是无线传输设备驱动设计的一部分，设计串口驱动程序主要是保证嵌入式平台与GPRS模块的正常通信，主要是嵌入式平台对GPRS模块的控制，GPRS模块都支持AT指令集，因此应用软件只需要使用这些指令集编写相应的应用程序可以控制模块，并且可以将需要发送的数据送到GPRS模块，通过AT指令集控制信号的发送。
本系统采用的是支持TCP/IP协议的GPRS模块，通过串口将模块与嵌入式系统连接后，首先需要通过AT指令集要对GPRS模块进行一定的设置，主要的设置工作有：设置通信波特率、设置接入网关、设置终端的类别、测试GPRS服务是否开通，完成上述步骤后，且测试表明GPRS服务已经开通，就可以开始进行数据传输了。
4.总结
本文是针对传统的视频监控的不足，设计了基于ARM的远程视频监控系统，通过减少数据量方面的研究，设计嵌入式Linux平台的软件视频压缩方式，在一定程度上控制数据量，在网络环境好的的条件下可以实现图像的传输。
参考文献：
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[5]彭铁钢，刘国繁，曹少坤，等.基于ARM的嵌入式视频监控系统设计.
注：
远程家庭心电监护终端 篇7
国外的远程家庭医疗更加注重远程“看医生”，个人/患者在家中就可与医生进行实时语音、图像信息交流, 可实现在线检测人体生理信号并给出诊断。这种系统是以视频会议系统为核心，但目前还难以在我国普及，原因一是该系统的价格太贵，一般家庭承受不起;原因二是受到通信信道带宽的限制，国外一般使用综合业务数字网 (ISDN) ，而我国现在普及到家庭的是普通电话系统 (P O T S) , 尽管通过这也可实现双向视频传输，但在图像分辨率、每秒传输图像桢数等方面，难以达到远程医疗的要求。作为远程医疗的重要内容之一的远程监护，其传输的只是人体生理信号，其所需的通信速度通过普通电话线就可以满足。因此，考虑到我国互联网用户呈逐年增长趋势，发展远程监护更加符合我国国情。
系统结构与功能
系统采用B/S (Browser/Server，浏览器/服务器) 模式设计，使用该模式的最大好处是减少开发工作量、运行维护比较简便。将B/S模式引入嵌入式网络设计，改变了过去需要同时开发上位机和下位机软硬件的做法，现在只需要在下位机 (服务器端) 的嵌入式设备中集成一个微型服务器，利用H T M L (超文本标记语言) 设计网页模块，就可在上位机 (浏览器端) 使用I E等浏览器接收和解析此模板，从而为用户提供一个视觉效果好、操作方便的工作界面。
首先基于ARM9处理器S3C2410A和嵌入式L i n u x操作系统, 设计出支持嵌入式Web Server的开发平台, 再通过移植嵌入式Web Server—boa, 配合数据采集和处理等模块, 构造一套适用于家庭的便携式远程医疗监护终端。在监护终端, 利用生物电引导电极采用标准三导联方式将人体心电信号拾取出, 经导联线传输到信号调理模块, 经该模块的滤波、放大后得到初级的生物电信号, 再经由S 3 C 2 4 1 0自带的ADC引脚送入Web服务器模块, 心电信号在此模块中经过各种运算分析后得到反映心脏特征的信号, L C D上实时的显示心电波形和病人的个人信息, 同时将心电信号存储于片外F l a s h R O M中, 终端通过以太网口接入以太网, 以实现与监控中心的远程交互。系统框图如图1所示。
硬件电路设计
信号调理电路模块
心电信号的检测是属于强噪声背景下的微弱信号检测，信号具有微弱、低频、高阻抗、不稳定和随机等特点。此信号的主要频率范围为0.0 5～1 0 0 H z, 幅值范围为0.5～5 m V。微弱的心电信号还受到多种干扰，其特征被淹没在复杂的信号之中。又由于生物电引导电极在拾取人体电信号时与人体接触会产生极化电压。因此，为了满足检测要求，信号调理电路必须要较好的抑制各种干扰、不失真的放大心电信号。本设计中，信号调理电路模块主要包括前端电路、信号放大电路和陷波电路。电路框图如图2。
前端电路
前端电路作为信号调理电路的第一级，其功能主要是为了抑制环境中的干扰噪声、提高前置放大器的共模抑制能力。缓冲放大器一般采用电压跟随器实现，其缓冲隔离作用减小了生物信号源对放大器的过高要求, 提高了电路的输入阻抗, 减少心电信号衰减和匹配失真。使用屏蔽层驱动电路可以较好的去除导联线屏蔽层分布电容的不等量衰减造成对放大器总C M R R (共模抑制比) 的影响。由于人体本身可通过各种渠道从环境中拾取工频5 0 H z交流电压, 在心电测量中形成交流共模干扰, 这种干扰常在几伏以上, 采用右腿驱动电路后能够使5 0 H z共模干扰电压降到1%以下。电路图如图3。
信号放大电路
信号放大电路采用两级放大，如图4，差动放大U805为前置级，同相放大U809构成第二级。根据心电信号检测的特点，通常要求放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围的性能。前置放大器的输入电阻一般要求>2兆欧，输入电阻越大，因电极接触电阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高。由于极化电压的存在, 为防止前置放大器工作于饱和或截止区，前置级的增益不能太高, 实验表明放大10倍左右效果较好。因此选用仪表放大器MAX4196，该芯片可采用单电源供电，其功耗最低达到8µA，共模抑制比为115dB，输入偏移电压为50µV，-3dB带宽可达250kHz，输入阻抗为1000MΩ，增益固定为10 (V/V) 。
前置放大器部分总的共模抑制比为：
其中C M R RR=，Ad：放大器闭环差模增益，Ac：共模增益，CMRRD：运放本身的值;C M R RR：外电路电阻匹配精度限定的CMRR，δ：电阻精度。因此在电路中，要精确匹配外电路电阻R812=R813，以使共模输出变得更小。
主放大器采用M A X 4 1 9 7 (特性与MAX4196一样) ，其增益固定为100 (V/V) 。信号调理电路的总放大倍数为1000倍。在图4中，电容C805具有去除极化电压功能，并与电阻R820构成高通滤波电路，用于抑制直流漂移和放大器通带外的低频噪声。
陷波电路
工频干扰是心电信号的主要干扰，虽然前端电路和前置放大器已对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频于扰是以差模信号进入电路的，且频率处于心电信号频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因数，前级电路输出的心电信号仍然存在较强的工频干扰，因此必须将其滤除。本设计采用的是无限增益多路反馈型二阶陷波器，电路如图5。
嵌入式W e b服务器模块
考虑本系统定位于家庭使用，且系统需要连续长时间工作，又由于系统需要良好的人机交互环境、存储大量数据以及支持网络通信，所以要求处理器具有功耗低、成本低、丰富的接口和支持操作系统。本设计选用A R M 9处理器S3C2410A, S 3 C 2 4 1 0 A主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用上。其C P U内核采用的是A R M公司的1 6/32位ARM920T RISC处理器。ARM920T实现了MMU、A M B A总线和H a r v a r d高速缓存体系结构，该结构具有独立的1 6 K B指令Cache和16KB数据Cache。S3C2410A集成的片上功能主要包括：1.8V/2.0V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电;外部存储器控制器;LCD控制器提供1通道LCD专用DMA;8通道10位ADC接口，转换速率最大为500KSPS (Kilo Sample Per Second，千采样点每秒) ;117位通用I/O口和24通道外部中断源;电源控制模式包括正常、慢速、空闲和掉电4种模式;支持NAND Flash的启动装载。
对心电信号采样精度的考虑主要出于对ST段异常分析处理的要求, S T段电平变化约为0.0 5 m V, 因此采样精度至少为0.025mV。当采用10位A/D转换器工作在正极性、满刻度电压为2.5V时, 可分辨的最小输入电压为2.5mV, 而信号调理电路放大倍数为1000倍, 则输入端的最小分辨率约为0.0025mV, 故S3C2410A具有的10位A/D的精度完全满足系统需求。
为了使用户能够直观的观察心电和便于控制设备，设计采用东华公司的T F T彩屏YL-LCD35套件用于人机交互界面。为满足移植操作系统以及存储心电信号、网页等数据的要求，系统外扩了6 4 M的N A N D Flash (使用一片K9F1208UOB) 和64M的SDRAM (使用两片HY57V561620) 。为满足终端联网的需求，选用CS8900A用于设计网络适配器，CS8900A是一个真正的单芯片、全双工的以太网解决方案产品，更方便的是在Linux内核中提供有CS8900A适配器的驱动程序。
电源部分
为增加安全性、降低功耗、节省成本，设计采用9V碱性电池供电，通过电源转换芯片AS1117-3.3将9V转换为3.3V可供给放大器芯片和S3C2410使用。
软件设计
软件设计主要包括Linux的移植, 嵌入式Web Server-Boa的移植, CGI (通用网关接口) 程序的设计, 功能程序的设计。
Linux的移植
本设计采用linux-2.4.18内核。正确进行Linux移植的前提是具备一个与L i n u x配套、易于使用的BootLoader，它能够正确完成硬件系统的初始化和Linux的引导。本系统中采用vivi，它是由韩国MIZI公司提供的一款针对S3C2410芯片的BootLoader。
Linux内核的目录/arch中包含了所有与硬件体系结构相关的内核移植代码，目录/arch中的每个子目录代表了一种Linux支持的处理器。移植Linux到S3C2410平台主要是修改/arch/arm目录及其子目录下相关的makefile文件和配置文件。例如：修改内核根目录下的Makefile文件，指明要移植的硬件平台为A R M:A R C H:=a r m, 指明使用的交叉编译器C R O S S_C O M P I L E=/opt/host/armv41/bin/armv41-unknownlinux-;修改arm/arm目录下的config.in文件，配置S3C2410的相关信息;为初始化处理器，还需在arch/arm/boot/compressed目录下添加head-s3c2410.s文件。内核修改完成后，用命令m a k e m e n u c o n f i g配置Linux，再用make zImage命令编译内核，编译通过后则在目录arch/arm/boot下生成z I m a g e内核文件，还需利用工具软件M K C R A M F S制作cramfs文件系统。最后，在minicom终端的vivi命令行下利用load命令将内核和文件系统下载到目标系统，至此移植完成。
Boa的移植和C G I程序设计
由于嵌入式设备资源有限，并且不需要同时响应多用户请求，因此一般使用一些专门的W e b服务器用于嵌入式应用设计。B o a是单任务web服务器，源代码开放，性能高，支持CGI，能为CGI程序fork出一个进程来执行，其设计目标是速度和安全，可执行代码只有约6 0 K B。移植B o a的过程如下：从sourceforge.net上下载boa-0.94.13，在其解压目录下生成并修改makefile文件，然后运行make得到可执行程序，利用命令armv4lunknown-linux-strip将调试信息剥去，然后修改Boa的配置文件boa.conf，使其能支持CGI程序的运行。最后将生成的可执行程序Boa挂载到目标系统，若能成功访问静态HTML网页和运行测试用的C G I程序，则表明配置成功。
通用网关接口C G I可将W e b服务器连接到外部应用程序，它主要完成两件事情：一是收集从W e b浏览器发送给W e b服务器的信息，并将这些信息提供给外部程序利用;二是对提出请求的Web浏览器发送程序的输出。C G I具有平台独立性、语言独立性和层次感等优点。利用CGI程序则可以实时执行并输出动态信息，且其占用资源少。CGI程序的执行过程为：浏览器将表单数据以POST方法提交给Web服务器，服务器根据收到的数据设置环境变量，并新开一子进程来执行CGI程序，CGI程序从环境变量中读取所需要的数据，通过调用用户自定义的外部功能函数完成数据处理后，再读取相应的HTML模板文件，根据注释标记将对应的数据填充到H T M L文件中，生成新的H T M L页面经W e b服务器返回给浏览器。
为快速开发符合应用要求的C G I程序，在设计时添加了CGIC库和gd库。CGIC是一个功能强大的支持CGI开发的开放源码的标准C库。Thomas Boutell编写的gd库是标准的C语言库，具有基本的绘图等功能。为实现在网页上动态显示心电波形，将每次采集的数据经过功能程序处理后存储的同时送给C G I程序，利用gd库提供的函数来创建图像。通过在网页模块上设定刷新时间 (使用H T M L语言的M E T A标记) ，从而实现在网页上心电波形的动态显示。
主程序设计
主程序首先完成对系统的初始化，然后阻塞监听网络接口是否有连接请求，一旦客户端发出连接请求，则在服务器端产生中断;读取网络数据，然后对网络数据进行解析，这一步主要是解析H T T P协议，需要判断连接请求是否符合服务器规定的请求格式，判断是连接请求的请求方法，判断请求的文件是否存在服务器上，判断认证信息是否正确等等;在处理A/D采集的数据这一过程中，首先要将采集后的心电信号进行滤波处理，主要是抑制心电信号中的5 0 H z工频干扰，再完成滤波后，将数据送到本地的LCD上显示，同时将当前的数据以网页数据的格式发送到网口。
结语
本系统的设计定位于家庭医疗监护，通过在用于生理特征信息监测的嵌入式系统中集成Web服务器实现Internet的接入，从而实现用于远程家庭医疗的监护系统。其意义在于：设计出一套价格低且易于推广的远程家庭医疗监护系统，改变目前我国家庭医疗监护落后的状况;有效提高中老年人群心血管等慢性疾病的监护水平, 有利于提高中老年人群突发疾病患者的整体救治率;为医疗机构提供大量有价值的我国中老年人群疾病的原始数据进行科研工作。
摘要：设计了一种新型的低成本的家用远程医疗监护终端, 该终端采用B/S模式设计, 基于ARM9处理器S3C2410和嵌入式Linux操作系统, 通过移植嵌入式Web服务器---boa, 再配合信号采集处理等模块, 可实现对生理信号的实时采集、处理、存储和显示以及远程监护。
关键词：远程医疗,S3C2410,Linux
参考文献
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[5].Kate Gregory (著) , 徐丹, 唐程杰等 (译) , CGI程序设计自学通, 机械工业出版社, 1998
远程监控终端 篇8
热泵热水器是继电热热水器、燃气热水器以及太阳能热水器之后出现的新型热水器,具有高效节能、安全环保、全天候运行、使用方便等优点[1];在商业领域,尤其是在酒店宾馆、医院、学校、休闲场所等商用公用事业方面广泛应用[2]。目前热泵热水器控制器的种类繁多,但是多数控制器仍然与机组紧密结合,用户需要在机组现场才能实现人机交互。随着热泵热水器应用的增多,热泵机组故障问题也越来越受到人们的关注。其中有相当一部分故障是由于管理不到位引起的。特别是酒店宾馆等多机组热泵的应用场合,由于机组分散部件出现故障后往往不能得到及时的维修;而且管理人员也很难准确掌握各机组的实时运行状况。因此在上述环境对热泵机组进行远程集中管理,具有重要的实际意义和广阔的应用前景。
工业上常采用以太网、RS485等有线方式进行远程通讯,将机组信息传送到管理系统。但是由于热泵机房环境差别大,以太网、RS485等通讯方式存在布线复杂、成本高,通讯质量受距离限制的缺点,并不能很好地满足各种环境下远程监控的需求。
鉴于此,本研究提出了一种利用GPRS网络进行远程通信的无线数据终端。数据终端硬件上采用具有ARM新一代内核Cortex-M3的高性能单片机STM32F103作为控制单元;采用内嵌TCP/IP协议栈的华为EM310作为GPRS通讯单元实现模块化的设计。在软件上针对热泵热水器机组的的数据特点设计了应用层的数据传输协议;采用数据应答与无应答的双重设计,以最大限度地实现数据传输速度与可靠性的平衡。
1 GPRS相关技术的介绍
基于GSM网络的GPRS(General Packet Radio Service)是目前世界上最常见的无线数据通信服务[3];是在现有第二代移动通信GSM系统基础上引入了分组控制单元(PCU)、服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)等新部件而构成的无线数据传输系统[4]。GPRS通过多个GSM时隙的复用,数据传输速率57.6 Kbit/s,最大理论峰值可达171.2 Kbit/s[5]。
GPRS数据服务具有永久在线、按流量计费、接入等待时间短等特点[6],可快速建立连接,平均耗时约为2 s。而且GPRS网络为每个电话号码动态地分配一个IP[7],提供实时在线功能,能随时为用户提供一个透明的IP通道用于访问Internet[8]。此外GPRS网络对地点没有特定要求,利用GPRS无线网络进行传输数据,用户可以在任何地点方便地接入基于TCP/IP协议的网络,省去了繁杂的网络布线工程,从而大大增加了系统的灵活性。由于GPRS数据服务在灵活性和使用成本上的优势,使其在数据采集、智能交通、实时信息查询、智能家居等领域都有着广泛的应用[9],也为热泵机组的远程程监控提供了新的解决方案。
2 方 案
热泵机组远程监控的目的是为监控中心提供机组工况参数和机组部件控制操作,帮助用户实现对热泵机组的远程管理。热泵远程监控系统由热泵本地控制器、GPRS无线数据终端和监控中心软件平台构成,结构如图1所示。
热泵本地控制器是安装在机组上的本地控制设备,主要用于采集各个部件的工作参数和控制相关部件的运行,如采集压缩机温度、压力和控制风机的启停等工作。
监控中心软件平台是指在Internet上运行有热泵远程控制软件的用户个人电脑,具有远程显示机组各部件参数、故障报警、提供部件相应控制操作的功能。
GPRS无线数据终端是上、下行数据的枢纽,为热泵本地控制器与远程监控中心提供无线数据通信服务。
GPRS无线数据终端提供了RS232和RS485接口用于与热泵本地控制器通信。GPRS无线数据终端与监控中心之间通过GPRS网络和Internet,并采用基于TCP/IP协议的无线数据传输方式进行通信。系统数据传输是双向的,下行数据由监控中心发起,主要用于传递热泵机组控制信息;上行数据由本地热泵控制器发起,主要用于传递热泵机组工作参数。整个过程中无线数据终端通信质量决定了热泵远程监控的可靠性。
3 数据终端硬件设计
无线数据终端由微控制器STM32F103、GPRS模块通信电路、电源模块、用户串口电路、配置串口电路、独立时钟电路、外部存储器等部分组成。其硬件结构图如图2所示。
微控制器STM32F103基于高性能的Cortex-M332位的RISC内核,工作频率为72 MHz,内置高速存储器(高达512 KB的闪存和64 KB的SRAM)。STM32F103提供了程序存储器(片内FLASH)在应用编程(In-Application Programming, IAP)功能[10],无线数据终端的工作参数可直接存储于FLASH上而不必要外扩EEPROM芯片。此外STM32F103还提供了4个通用16位定时器和丰富的通信接口:2个I2C和SPI、3个USART、2个UART、1个USB和1个CAN[11]。丰富的通信接口满足了设计中4个串口和1个l2C总线的需求。
GPRS模块采用华为EM310模块,电源电压3.4 V～4.7 V,最大下行速率85.6 Kbit/s,最大上行速率42.8 Kbit/s,内嵌TCP/IP协议栈,提供10 KB内部缓存。采用EM310模块用户不需要自行编写TCP/IP协议栈;微控制器STM32F103通过串口发送AT指令对模块进行操作,即可建立数据传输透明通道(TCP链接)。
独立的外部时钟电路采用高性能时钟芯片DS1302为核心,为STM32F103提供了一个高精度带日历功能的实时时钟,与微控制器采用I2C接口通信。除了微控制器内部SRAM以外,本研究扩展了16位256 KB的SRAM存储器,以提高网络信号变化和监控中心失效等突发情况下数据存储和传输的安全性。
用户串口单元直接与热泵本地控制器通信,提供RS232和RS485两种通信接口。该电路采用SP3223提供RS232电平的转换;采用SP3485-3.3提供RS485电平的转换。配置串口用于用户配置数据终端的各种参数,采用固定波特率为38 400 bps的RS232接口。
电源模块为整个系统提供两种电平直流电源,分别为4 V和3.3 V。4 V电源采用了可调稳压芯片LM2596;其最大输出电流为3 A,主要为EM310模块提供一个稳定的电源;数据终端的其他部分电路都采用3.3 V电源供电。电源两级分离的设计可以保证GPRS模块通信的稳定供电。
4 无线数据传输协议
本研究定义了一种用于热泵远程监控的应用层协议,以增强无线数据传输的可靠性。每次无线数据传输都以数据包的形式进行。数据包的格式如表1所示。
数据包采用ASCII码传输,即数据包内的所有数据都以ASCII码传输。除起始符和结束符外的所有数据原本都是非ASCII码形式,因此必须先转化成ASCII码形式。转换的方法是:先用16进制表示1个字节的数据,分别将高4位和低4位的值转换成ASCII码存储在2个字节中,高字节在前。如0x13转换后为0x31、0x33。除起始符和结束符外所有域的数据都将从1个字节转为2个字节的ASCII码。下面对各个域说明如下:
(1)每个数据包以“起始符@”开始,“结束符!”结束,各占1个字节。
(2)“数据终端ID”用于标识本次数据发送方数据终端的身份,占4个字节。
(3)“本次数据包编号”用于标识本次数据发送的序号,占4个字节。
(4)“数据域长度”指的是数据域转换前的长度,单位字节,占4个字节。
(5)“校验域”用于验证本次数据通信的正确性,这里采用了CRC校验。
(6)数据域依次分为两块:“功能代码段”和“数据段”。“功能代码”用于标识本次通讯的目的;数据域数据段主要用于存放需要传递的监控数据,也可以是对功能代码的补充。功能代码占两个字节,数据域数据段的长度可变,但整个数据域转换前长度不超过1 000字节。
5 数据终端软件设计
5.1数据终端运行流程
GPRS无线数据终端的软件流程,如图3所示。
上电启动后,本研究首先初始化微控制器参数;接着为数据终端加载运行参数,如监控中心IP地址等信息。参数加载完成后对GPRS模块进行初始化,初始化的AT指令流程如下:
(1)AT%TSIM 检查SIM是否在线;
(2)AT+CSQ? 检查网络信号强度;
(3)AT%IOMODE=1,1,0 设置数据模式;
(4)AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET” 注册移动的CMNET网关;
(5)AT%ETCPIP=“user”,“gprs” 注册用户名密码,并等分配IP。
当整个硬件平台配置完成后,数据终端根据策略控制TCP的链接打开或者取消。当数据终端用户串口接收到的热泵本地机组上传的数据字节数达到1 000或串口接收到最后一个字节数据100 ms内再未收到数据时,则将该次数据打包启动一次发送流程。当数据终端用户串口接收到监控中心数据包时则启动相应的数据接收流程。
5.2TCP连接的控制策略
根据不同的上线模式控制策略有所不同。在“按需上线”模式下,当有数据等待发送时建立TCP连接,在空闲时刻(900 s内无数据发送)断开TCP连接。在“按时上线”模式下按照规定设定的时刻进行上、下线操作。“永远在线”模式即上电后即一直保持TCP链接的存在。链接通过MCU串口发送AT指令完成。对应的AT指令为:AT%IPOPEN="TCP","61.144.176.175",3000设置接收服务器的协议类型,IP和端口号;61.144.176.175为监控中心IP,3 000为监控中心端口号。
5.3数据的收发流程
当有数据要发送时,发送方将数据打包发往接收方并开始计时。接收方接收到数据后,通过校验域的代码验证数据包内容的正确性。若数据包内容正确有效,则接收方发送一个数据包通知发送方数据通讯成功,并解析数据包执行相应操作;若数据包内容出错,则接收方也需要发送一个数据包通知发送方数据通讯失败。当发送方检测到数据通讯成功信息后数据发送完成;当检测到数据通讯失败信息或计时超过设定值时(本研究该参数设为10 s),发送方认为数据通讯失败,并重新打包数据开始新一轮的数据发送和计时,直到通讯成功。这里的发送方指的是数据终端,接收方为监控中心(注:在监控中心上运行的收发流程,两者的位置刚好互换,两者在TCP链接建立后,通信地位是平等的。通信的数据可以是热泵本地控制器的机组工作参数或监控中心的控制信息)。
5.4系统可靠性设计
为了加强MCU对GPRS模块实时工作状态的掌握,本研究程序中增加了AT%TSIM、AT+COPS?、AT+CSQ?、AT%IPOPEN?等4条AT指令,以实现对GPRS网络信号、TCP链接等通讯环境参数的监控。
为了及时地获得无线网络通信的质量和速度,这里采用了一种“心跳”的方法。即在TCP连接建立后,数据终端每隔一定的时间向监控中心发送一个固定的“心跳”数据包;监控中心接收到数据包后返回一个同样的“心跳”数据包。数据终端通过对本次数据通信的质量和速度评价通信信道的质量。
综上所述,本研究涉及到了3种通信目的的数据包,分别为信息数据包、“心跳”数据包、通信成功应答数据包和通信失败应答数据包;分别用数据域的功能代码(4种不同功能码)加以标识。信息数据包数据域数据段包含的是发送方需要发送的数据;对应答型的数据包,无需由发送方再次做出应答,数据域数据段包含的是应答对象的数据包编号。
6 结束语
空气源热泵本地控制器上传数据一般在50 Bytes/s左右;监控中心下传的数据随着用户的操作波动较大,单次通信数据长度小于200 Bytes/s。测试表明,该数据终端可以连续承受400 Bytes/s的数据流量,单次通信数据最大长度1 024 Bytes/s。按照50 Bytes/s流量的数据上传计算,外扩的256 KB存储器SRAM可以保证远程主机失效的情况下维持87 min的数据存储。采用该独立的无线数据终端实现的热泵远程监控系统,可以方便地接入Internet;管理员可在任何地点通过网络进行实时的监控。此外本研究采用无线远程控制的方案,使得机组迁移后无需布线,不但节省了建设步骤和成本,同时也使得该系统可用于列车等移动的环境。相对于以前的通信终端,笔者所设计的系统具有体积小、结构简单、成本低廉、移动性高、数据吞吐量大的特点,在热泵远程控制系统中具有广阔的应用前景。
参考文献
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电能量采集终端的远程维护 篇9
1 远程维护设想
目前对不接入省级以上调度中心的110 kV及以下变电所, 其二次系统生产控制大区可不再细分, 相当于只设置控制区。电能量采集装置、变电所综合自动化系统104网络通道都位于实时控制区 (Ⅰ区) , 因此调度自动化系统的前置机与电能量采集终端是相通的。我公司目前电能量采集网络拓扑简图如图1。
我们在纵向加密认证网关、路由器上做适当的配置, 开放变电所电能量采集终端端口, 如创维终端2000端口、DIGI终端服务器2101～2116端口, HTTP80端口, 以及各终端的IP地址。利用EMTest软件和IE浏览器, 在前置机上对电能量采集终端进行远程维护。EMTest软件可以对创维终端电能表进行修改或增加, 配置电能表通信地址、总线、通信协议、速率等参数, 读取电能表详细数据, 如电压、电流, 正反向有功、无功电能量。IE浏览器可以对DIGI终端进行配置查询、修改、重启。220 k V变电所电能量采集终端在Ⅱ区, 可以通过Ⅱ区的电能量计量系统维护工作站读表。
2 远程维护实际应用
2.1 创维终端参数下装
以前变电所的用户专线定期更换电能表、扩建间隔后增加电能表、电能表故障后更换, 都需要在创维终端上对电能表参数进行修改或增加, 终端才能跟电能表进行通信, 读取电能表数据。现在可以通过调度数据网, 在前置机上用EMTest软件, 远程对创维终端进行参数下装, 还可以读取电能表的详细数据。
2.2 DIGI终端配置检查、重启
2009年2月27日, 在电能量计量系统上发现新生变电所10 kV电能量不平衡, 在前置机上用EMTest软件读各个电能表的数据, DIGI终端服务器15端口的所有表都读不到。这种情况下, 可能是15口烧坏了, 或某块表的485接口坏了, 造成485总线短路, 从而影响DIGI和电能表之间的通信。在前置机上通过IE浏览器访问该终端, 发现15口的配置有错乱, 可能是异常干扰影响。重新配置该端口并重启, 读表正常。
2.3 通过读表查找故障原因
对于电能量数据异常的, 可以通过读取电能表的详细数据, 分析异常的原因, 及时通知相关人员处理。还可以查询电能量数据异常时段, 配合计量人员进行电能量的追补。
2.3.1 电压回路缺相
2008年4月18日, 电能量计量系统中, 35 kV章郭变电所10 kV电能量不平衡率达到3%。检查各表有功电能表和无功电能表均有数据, 而且没有延迟, 各线路、主变压器读数与调度自动化系统遥测历史数据相比较, 10 kV南庄线送电后, 开始出现不平衡, 该线路负荷比较小, 电能量偏小。
在前置机上通过EMTest软件读南庄线电能表, 部分数据为:UUV=106.64, UWV=54.44, IU=0.086, IW=0.083。分析是W相电压回路有问题, 通知继保人员检查二次回路, 是端子排上W相电压熔丝放置歪了, 接触不到, 重新放置后正常。
2.3.2 电流回路开路
2010年1月24日, 在电能量计量系统中发现110kV永安变电所10 kV电能不平衡, 调度自动化系统的遥测数据正常。比较各条出线电能量数据, 10 kV新华线有较大的误差。
在前置机上通过EMTest软件读新华线电能表, 部分数据为:UUV=102.52, UWV=102.53, IU=0, IW=0.226。显然, 这是电流回路的问题。我们及时通知计量人员和继保人员前去变电所检查, 原来是计量电流回路上的一颗螺丝松动, 拧紧后就正常了。该线路当时的电流比较小, 所以尚未造成其他设备的损坏。
远程监控终端 篇10
在当下的工程机械产品中,为了满足按揭销售与租赁业务的需求,主流远程监控系统主要集中在G P S定位及锁车两大功能上[1~3]。随着市场需求的变化,远程监控系统除上述功能外,还要满足运行工况数据化,故障检测远程化等要求。而柴油发动机作为工程机械产品的动力源,它的性能好坏直接关系到整机效率的高低。因此,远程监控发动机的各项参数(转速、压力、温度、耗油量、电瓶电压等)以及故障代码具有极其重要的意义。本文根据产品开发的需要,结合目前远程监控终端系统的新要求,开发了一套基于ARM的发动机远程监控终端系统。此系统采用的主控制器是基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列微处理器。此处理器具备外围接口丰富,支持串口和CAN,功耗低等特点。在系统设计完成后,通过实际的产品测试表明:该系统在线率稳定,可靠性高,能够满足整机设备制造商对于产品远程监控的需求,并比同类产品具备价格优势。
1 系统设计原理
系统主要由三部分组成:发动机模块,GPRS模块和GPS模块。具体的系统模块框图如图1所示。
1)发动机模块:STM32通过CAN总线与发动机自带的控制器进行通讯,获取各种参数或故障代码,其通讯协议为SAE J1939协议。
2)GPRS模块:STM32通过串口与其进行信息交换。一方面微处理器将采集到的发动机各项参数和GPS信息经过处理后发送到GPRS模块,此模块将这些数据上传到远程的服务器;另一方面,GPRS模块接收到服务器下传的控制信息后,也可经过串口与STM32进行通讯,控制发动机的部分参数。其通讯采用标准的AT指令。
3 ) G P S模块 : 将定位信息通过串口传送到STM32。其采用标准的GPS数据格式。
2 硬件设计
由于工程机械产品的工作环境比较恶劣,因此远程监控终端系统需要有较高的稳定性和可靠性,另外当整机不工作时,远程监控终端系统的能耗要低,便于延长待机时间,保证数据的及时上传。因此,本系统中选取STM32F103CBT6微处理器作为主控制芯片。它的电源管理系统比较可靠,可根据电源的变化选择三种低功耗模式。此处理器的封装形式为LQFP48,通讯接口比较丰富,具有3个串口,1个CAN接口,满足系统对于各模块的通讯要求。另外体积较小,便于集成[4]。
GPRS模块的主芯片采用华为的GTM900-C,它具备EGSM900和GSM1800两个频段;接收灵敏度小于-106d Bm;标准SIM卡接口(1.8或3V);GSC射频天线连接器;短消息业务支持MO和MT点对点和小区广播短消息模式,支持TEXT和PDU GPRS数据业务;GPRS CLASS 10编码方式CS1,CS2,CS3,CS4,最高速率可达85.6Kbit/s,支持PBCCH内嵌TCP/IP协议[5]。
GPS模块的主芯片采用GARMINGPS25LP,其采用全密封方式,其位置精度小于15m,速度精度小于0.1m/s,性价比较高[6]。
2.1 发动机模块电路设计
发动机模块电路的主体是CAN接口电路,如图2所示。在此电路中采用型号为TJA1050的CAN总线收发器。此收发器通过它的两个有差动接收和发送能力的总线终端可以连接到柴油发动机的CAN线回路中,从而使STM32F103CBT6微处理器和发动机自带的控制器进行通讯。
TJA1050的3号端口为电源端,采用5V电压;1号、4号端口分别连接STM32F103CBT6的CAN发送端口(33号引脚)和CAN接收端口(32号引脚);8号端口为工作模式选择端口,其连接到地可进入高速模式(正常工作模式),总线输出的信号有固定的斜率,可以尽快的速度节能型切换,满足最大的位速率和最大的总线长度,而且其循环延迟最小;7号和6号端口对应CANH和CANL,为了满足发动机CAN总线网路的要求,在两个端口间采用120欧的终端匹配电阻。
2.2 GPRS模块电路设计
GPRS模块与STM32F103CBT6连接如图3所示。GTM900-C是华为公司生产的GPRS模块,它由电源管理单元、串口处理单元、SIM卡处理单元、射频收发单元等组成。其15号端口(IGT)可实现开关机功能,与微处理器的PA4端口相连,由微处理器进行控制;17号~21号端口为串口,为TTL电平信号,可直接与微处理器的1号串口连接;25号~28号端口为SIM卡的接口,与标准的SIM卡模块连接;29号端口为模块接地端口,此端口必须和SIM卡模块的SIMGND相连,保证两者的电平一致。31号端口为复位端口,与微处理器的PA5端口相连接,此端口低电平有效,从而实现对整个模块的复位。
2.3 GPS模块电路设计
GPS模块主要采用GRMIN公司的GPS25LP,它只需要一个12针的引脚与系统相连,如图4所示。其中,TXD1和RXD1为串口的通讯端口,为5V的逻辑电平,可直接与STM32F103CBT6的串口1(PA9和PA10端口)相连;端口10为电源端口,采用5V供电。为了保证其工作稳定性,通常在端口10和端口8之间加一个10MF的保持电容。
3 软件设计
软件设计的调试环境采用Real View MDK,它是ARM公司专门针对嵌入式处理开发的一套软件 , 具有完善 的设备调 试和软件 仿真功能 。STM32F103CBT6本身带有的大量固件库函数,可以提高代码质量,缩短开发周期。在本系统中,重点使用flash、DCC、CAN、USART等固件库。
软件框架采用主函数和中断函数的结构。其中,在主函数中对各种功能模块进行初始化,并实现简单的数据存储和数据计算;中断函数主要实现CAN、USART两大模块的数据接收和发送。中断的优先级依次为CAN、USART2、USART1。
3.1 CAN数据接收
为了提高数据传输的实时性,如上所述,CAN报文的接收采用中断方式。因此,在主函数的CAN初始化过程中应该通过调用STM32固件库函数void CAN_IT-Config来开启CAN1的中断,在接收时通过判断其标志位来确定是否产生的中断,以此进入中断函数对收到的报文进行处理。即:在接收一个报文时,其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较,若匹配,报文就被存放到相关联的FIFO中,并且所匹配的过滤器的序号被存入过滤器匹配序号中。若不匹配,报文标识符立即再与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较,如果报文标识符与过滤器中的任何标识符都不匹配,那么硬件就丢弃该报文,且不会对软件有任何打扰。数据接收模块流程如图5所示。
3.2 J1939协议解析
由于柴油发动机采用J1939协议规定的数据格式进行数据传输,因此STM32通过CAN中断接收到报文后,必须对数据进行解析。J1939协议是美国汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers,简称SAE)发布的以CAN 2.0B协议为基础的车辆网络串行通讯和控制协议。它是目前车辆应用最广泛的协议之一,有9个子标准,其中J1939-71标准中对发动机各个参数的地址、名称、数据格式以及发送优先级等做了详细的定义。它采用PDU(Protocol DataUnit协议数据单元)传送信息,每个PDU相当于CAN协议中的一帧。由于每个CAN帧最多可传输8个字节数据,因此PDU的传输具有很高的实时性。PDU是由29位标识符和8个字节数据组成的[7]。现以J1939中对发动机温度的定义(如表1所示)进行数据解析说明。
如果计算发动机冷却液温度,按照J1939协议中的要求,计算公式为:发动机冷却液温度=原始数×分辨率+偏移量。假如此时字节1的原始数为7Dh(说明:h为十六进制,b为二进制,d为十进制),则7Dh =125d。查对应分辨率表格为1oC/位,偏移量为-40oC。因此,发动机冷却液温度=125×140=85oC。按照此思路,便可以从J1939协议的应用层中解析出发动机的转速、机油压力、水温、燃油量等各种参数[8]。
3.3 GPS数据接收
如前所述,GPS模块主要采用GRMIN公司的GPS25LP。GPS模块会每秒钟发出数据包,数据包遵循NMEA-0183协议,协议中有准确的经纬度信息。通过数据解析,数据传输通常有GPGGA和GPRMC两种格式。为了减少GPS模块的数据传输负担,通常采用GPRMC格式。
GPS数据接收流程如图6所示。STM32利用中断模式接收GPS25LP传来的数据,然后判断是否为GPRMC格式,如果格式正确,则开始接收数据并存在缓存中。当数据全部接收完毕,退出中断程序。部分程序如下:
3.4 GPRS初始化程序
GTM900C与STM32之间通过USART2进行数据传输,程序中采用常用的AT指令。但在数据发送之间,需要对GPRS模块初始化。所谓的初始化就是GTM900C建立TCP链接的过程,通常由众多的AT命令子程序组成。具体的流程图如图7所示。
首先是验证GTM900C是否正常,通过AT指令进行测试来实现。如果测试成功,为了减少无用的返回字符串,要对其执行“关回显”的命令。回显的意思是给它发条指令它会原封不动的回发一条已发的指令,“关回显”可以使串口专心监测GTM900C实际返回的参数。
其次是判断SIM卡是否插入,检查信号强度以及网络注册状态等。这是为GTM900C建立TCP链接做准备。因为只有在网络已经注册完毕的状态下,GTM900C才能建立TCP链接,而建立的快慢与信号强度有关。
最后是通过配置APN,进入TCP/IP功能和建立TCP链接。如果对具有固定IP地址服务器来说,GTM900C按照以上三个步骤即可。而对于非固定IP地址的服务器,还需要经过域名解析获得服务器的IP地址,然后才能建立TCP链接。
4 测试验证
远程监控系统设计完成后,在福田雷沃重工的FR630D旋挖钻机产品上进行测试。一是可靠性测试,让装有此终端(如图8所示)的5台整机分别连续工作200小时,监控其运行情况,通过PC端的监控软件可以看到发动机的参数可实时显示。二是功能性测试,测试GTM900C与服务器之间的连接,通过设置TCP的地址,让GPRS的发送数据与服务器建立连接,然后通过服务器将所有数据用图文表现出来,体现可读性。如图9所示。
5 结束语
本论文通过对发动机远程监控的终端系统进行设计,满足了当下整机产品对于此系统的要求。硬件方面,基于STM32的终端系统,通过实验可以看出,在功耗和可靠性方面有着高性价比。软件部分,通过STM32丰富的固件库函数,可以提高软件质量,缩短开发周期。整个系统的设计与实现对整机厂提出的运行工况数据化,故障检测远程化有着积极地作用。在后续的研究中,要对GPRS信号的稳定性进一步研究,提高系统在线率。
参考文献
[1]王兴刚,李来平.GPS远程监控系统在旋挖钻机上的应用[J].探矿工程.2008,35(10),30-32.
[2]宋祥献,王经聪,史继松.挖掘机的全球卫星定位远程监控系统[J].工程机械与维修.2011,10,190-191.
[3]邓小星,喻寿益.多功能工程机械远数据采集与传输终端的设计[J].机电技术.2010,33(2),2-5.
[4]STMicroelectronics,STM32F103XB Datasheet[M].STMicroelectronics,2012.
[5]华为技术有限公司.GTM900-C无线模块产品概述[M].华为技术有限公司,2009.
[6]GARMIN.GPS25LP series GPS sensor boards technical specification[M].USA:GARMIN,2005.
[7]Society of Automotive Engineers.SAE J1939 standards collection,recommended practice for a serial control and communication vehicle network[S].2003.
远程监控终端 篇11
关键词 农村党员干部现代远程教育；终端接收站点；建设模式
中图分类号：D267.2 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)03-0103-02
Selected on Basis of Terminal Site about Modern Long-Range Education Engineering of Party Cardres in Village//Lin Fangyu, Kang Chao, Yang Xiaohong
Abstract In this paper, we will analyze the selected on the basis of Terminal Site about modern long-range education engineering of Party Cardres in the village, and provide theoretical guidance for Provinces in China.
Key words modern long-range education engineering of Party Cardres in the village; terminal site; construction mode
Author’s address Educational Technology and Communication, Northwest Normal University, Lanzhou, China 730070
农村党员干部现代远程教育是运用计算机、多媒体、现代通信等信息技术和手段，对农村党员干部和农民群众实施教育培训的创新举措，是建立“让干部经常受教育，使农民长期得实惠”机制的有效途径[1]。终端接收站点是农村党员干部现代远程教育系统的重要组成部分，负责接收、存储、播放和回放主前端播出平台播出的农村党员干部现代远程教育节目。在2003年至2006年的试点工作中，各省根据自身情况，分别探索出卫星、电信和有线电视3种终端接收站点建设模式，目前已在全国农村党员干部现代远程教育系统中广泛应用。
1 农村党员干部现代远程教育终端接收站点建设模式应用现状
目前，全国各省农村党员干部现代远程教育系统终端接收站点多采用以一种或两种模式为主的建设策略，并在资源整合理念的指导下，因地制宜，辅以其他模式或手段开展远程教育。笔者通过资料查阅和电话访谈的方法了解到试点省份已建成的终端接收站点所采用模式，调查结果如表1所示。
由表1可知，在该工程的12个试点省份中，有67%的省份或直辖市以一种模式为主，辅以其他模式或手段；其余33%的试点省份以两种模式为主，普遍采用“卫星模式+电信模式”的组合，浙江、江苏等地以电信和有线电视模式为主。
2 终端接收站点建设模式的选择依据
各省在建设模式的选择上，需要考虑各种模式的特点，并结合当地网络的覆盖情况、原有相关基础设施、经济条件和地理环境等因素。
2.1 选择终端接收站点建设模式应考虑的因素
1）当地的网络覆盖情况及其网络质量。由于电信模式和有线电视模式分别通过电信宽带网和有线电视网进行数据传输，因此其接收站点的建设要求当地电信宽带网和有线电视网达到一定的覆盖率，且已有网络质量情况能支持教育节目的传输。全国远程办基础设施建设指导组要求选用这两种模式地区，行政村的相关网络覆盖率要大于70%[2]。用电信模式的地区其网络支持的传输速率大于1.5 Mbit/s，用有线电视模式的地区其省市县级网络需连通。甘肃省在其农村党员干部现代远程教育工程实施方案中指出“鼓励经济条件和电信、有线电视网络基础比较好的地方，在完成基本建设任务的基础上，探索‘1+1’建设方式，实现‘天地网合一’”[3]。河南省在该省网通宽带IP城域网规模覆盖全省、市、县、乡镇以及大部分行政村的情况下提出电信模式的构想并最终得以实现。江苏、浙江一带有线电视和电信宽带网络覆盖率高，因而该地区主要以有线电视模式和电信模式为主建设终端接收站点。
2）原有基础设施资源。农村中小学现代远程教育工程的基础设施为农村党员干部现代远程教育工程的实施提供了便利。在实施农村中小学现代远程教育工程的省份，如贵州、甘肃、黑龙江、辽宁、青海等都充分依托其设备建站，争取最大限度地发挥现有资源的作用，实现资源共享，避免重复投资建设。
3）当地经济条件及地理环境特点。网络覆盖率及其网络质量情况是选择终端接收站点建设模式应考虑的重要因素，但当地的经济条件也在一定程度上制约着终端接收站点未来的发展。网络及站点的运行与维护需要持续的经费支持，因此，各地应结合自身经济承受能力选择适当的建设模式。地理环境也是影响站点建设模式选择的一个因素，如广西在以电信模式为主的情况下，对宽带网络暂时无法通达的山区村落则采用卫星模式。
4）不同建设模式的特性。卫星模式传输距离远，覆盖面广，免于省市平台的建设，节省了中间环节所需的人力、物力和财力，能满足农村党员干部现代远程教育的基本要求，不需要电信宽带网和有线电视网等网络基础，可依托农村中小学现代远程教育工程站点建站，但其信息传输双向不对称，交互性不够强，建设成本较高。采用电信模式和有线电视模式可实现“一点落地，全省接收”，同时支持本地特色教育节目的插入，更适合当地党员干部群众的需求，并能进行交互学习，还可免于避雷系统的建设，更加安全稳定可靠。相比之下，电信模式还具有投资少、建设快、操作简单、使用方便等优势。
5）当地相关部门合作协调的难易程度。采用电信模式涉及电信、联通等提供宽带网络服务的公司；而采用有线电视模式涉及各地广电系统部门。各地终端接收站点采用的模式越多，涉及的部门就越多，谈判成本可能偏高，协调工作的难度较大，不便于进行统一管理。因此，部门间合作的难易程度与合作成本也是选择建设模式时应考虑的一个因素。
2.2 多种模式并存的终端接收站点建设策略
由于每种模式都有其优势、不足和实现的前提，因此一种模式能完全符合一个省或一个地区实际的情况很少。目前，部分省份综合考虑当地经济、环境、技术等因素，采用“一种模式为主，多种模式并存”的终端接收站点建设策略。这种策略以3种模式中的一种作为其终端接收站点建设的主要模式，并结合自身实际选择其他建设模式作为补充。如山东、贵州、湖南、四川和甘肃等都以卫星模式作为其终端接收站点建设的主要模式。其中山东、湖南随着经济的发展，网络的普及，开始利用宽带互联网和有线电视网传输教育节目。山东部分城市也逐步开通专用频道，利用原有有线电视网络实现远程教育节目入户。贵州、四川和甘肃则充分整合和依托农村中小学现代远程教育的基础设施建站，并在宽带网络不通的偏僻地区新建卫星模式站点，在经济条件较好且网络覆盖率较高的地区新建电信和有线电视模式站点。河南、河北、天津等宽带互联网发展较快的省份则以电信模式建设终端接收站点。山西、黑龙江根据地域情况和已有的基础设施资源采用卫星模式作为辅助手段。
目前，采取“双主”（以两种建设模式为主）终端接收站点建设策略的省份主要有辽宁、吉林、浙江、江苏等。辽宁依托农村中小学现代远程教育工程的站点占总站点的47%左右，电信模式站点占50%左右，既充分整合相关工程的基础设施资源，也利用本地已有的宽带网络资源。浙江、江苏是经济发达的省份，宽带网络和有线电视网络覆盖面广，有实力维持所建站点的运行，因此充分利用两网开展党员远程教育。
总的来说，在选择终端接收站点建设模式时既要考虑各种模式的特性，也要结合本地经济条件、网络覆盖率、网络质量情况和已有的基础设施资源，并对其作充分的衡量和比较，采用电信和有线电视模式时还要考虑与相关部门合作协调的难易程度和谈判成本。依托农村中小学现代远程教育工程已建站点时要考虑到将原有基础设施升级改造所花费的成本，若成本过高而本地宽带或有线电视网络覆盖率较高时则不宜依托。同时，地理条件和天气情况也会影响卫星站点的正常工作，因此，原有卫星设备运行不畅的地方也不宜依托。
3 结语
宽带互联网在发展，有线电视网在发展，更高的覆盖率、更大的网络带宽、更强的双向互动等都会使现有的终端接收站点建设模式得到不断地改进和完善。笔者期待未来能有更好的模式应用于农村党员干部现代远程教育，为农村党员干部现代远程教育服务。
参考文献
[1]全国农村党员干部现代远程教育工作领导小组办公室.农村党员干部现代远程教育工作手册[M].北京:党建读物出版社,2008
[2]梅宝富.农村党员干部现代远程教育终端接收系统/站点建设 [DB/OL].http://www.nmgdj.gov.cn/download/data/zdjs.ppt
远程监控终端 篇12
随着工业现场控制智能化的发展,以太网应用于工业控制方面得到了广泛的应用[1]。但由于在小型嵌入式终端上通过软件实现TCP/IP协议栈和小型的嵌入式系统,消耗了处理器大部分的资源和处理时间[2],使现场监控的实时性得不到足够的保证。
LWIP[3]是瑞士计算机科学院的Adam Dunkels等开发的嵌入式TCP / IP协议栈,这是一套既可以移植到操作系统上,也可以独立运行的轻型TCP/IP协议栈,在保持TCP协议的主要功能的基础上减少了对RAM的占用,适合在32位的低端嵌入式系统中应用。为此,在使用低端处理器的远程终端中研究和使用轻型TCP/IP就显得很重要,为了更好地解决实时性的问题,将通讯模块和实时控制模块分开也很有意义,这样提高了系统的实时性和扩展性。
1 系统架构
如图1所示,在远程监控项目中,远程监控室通过上位服务软件发送控制命令,通过Internet与现场以太网通讯模块建立连接,通过命令的解析和执行,以太网通讯模块与采集控制模块通过CAN总线,获取采集信息和分发控制命令,然后以太网通讯模块将采集器的数据,参数等有用信息,上传给上位服务器端。
系统的MCU采用ARM7内核的芯片LPC2136,该芯片具有256 K的FLASH,32 K的RAM,多种串行通讯接口。网络控制器采用的是Microchip公司的ENC28J60,符合IEEE 802. 3的全部规范,工作频率为25 MHz,有一个8 KB的缓冲器,分成单独的接收和发送缓冲空间。CAN总线采用的是Microchip公司推出的MCP2515,是具有SPI接口的独立CAN控制器。它完全支持CANV2. 0B技术规范,通信速率最高可达1 Mbps,它的SPI接口时钟频率最高可达10 MHz。本系统的硬件结构图见图1。
采集控制模块负责现场实时数据的采集和处理,以及所需控制逻辑的实时执行,然后将采集量的结果和控制逻辑的结果通过CAN总线上传给网络通讯模块。在网络通讯模块中,将开辟一个虚拟的设备状态缓冲,用于保存当前的采集控制模块的状态。网络通讯模块还可通过RS232总线和RS422总线与现场的智能设备通讯,响应上位服务器端的命令和请求,回复相应的数据。
2 系统软件设计
如图2所示,具体的工作可分为3个步骤:( 1)嵌入式操 作系统μCOS - Ⅱ和网络协议栈LWIP的移植工作。( 2 )ENC28J60的设备驱动开发。( 3) 网络上层端口服务程序的开发。
2. 1 软件平台的移植
系统软件平台的移植工作主要有两个方面: 一个是操作系统μCOS - II的移植[4],一个是协议栈LWIP的移植。LWIP协议栈把所有与硬件OS编译器相关的部份放在 /src/arch目录下,因此LWIP在μCOS - II上的实现就是修改这个目录下的文件。图3所示是LWIP在μCOS - II系统上的移植内容和步骤。
移植首先要修改/src/arch/include/arch目录下cc. h,cpu. h,perf. h中有一些与CPU或编译器相关的定义。同时要使用 _packed关键字声明结构体struct,便于LWIP读取pbuf结构体中不同长度的数据。
其次,LWIP要实现信号量的操作函数,主要有sys_sem_new( ) 创建一个信号量; sys_sem_signal( ) 发送信号量; sys_sem_free( ) 释放信号量; sys_arch_sem_wait( ) 等待信号量。这些进程间的通讯函数,只需要将μCOS - II的信号量操作函数封装到对应的LWIP信号量操作函数中即可。
LWIP为每一个与网络连接的线程都提供了超时属性,分配了sys_timeout数据结构,并把这个数据结构存在sys_timeouts链表中。线程在超过等待时间之后会调用sys_arch_timeouts( ) 函数,它的功能是返回当前任务指向定时事件链表的起始地址。
LWIP是可以单线程运行的,即只有一个tcpip_thread处理所有的tcp/udp连接,但是这种处理效率低下,程序的耦合性很大,编程复杂。这时就需要通过实现创建新线程的函数sys_thread_new( ) ,通过封装μCOS - II的API函数OSTask Create( ) 来实现新线程创建,但LWIP中的线程没有优先级的概念,所以在实现时需要预先为LWIP分配好优先级。
2. 2 ENC28J60 的设备驱动开发
LWIP协议栈已经做好了驱动的接口,并提供了一个驱动的模板ethernetif. c,驱动的移植主要就是完成ethernetif. c的函数的实现。在Lw IP中每个网络接口都对应了一个struct netif,这个netif含了相应网络接口的属性、收发函数以及中断处理函数。Lw IP调用netif方法netif - > input( ) 及netif - > output( ) 进行以太网packet的收、发等操作。
驱动程序工作在IP协议模型的网络接口层,它给IP层提供了ethernetif_init( ) 、ethernetif_input( ) 、ethernetif_output等接口函数,完成对网卡的初始化、接收、发送和中断处理等功能。如图4所示是LWIP的驱动接口数据流。
当网络芯片中断发生时,系统进中断处理函数,通过sys_sem_signal( ) 发送一个信号量,通知接收处理线程,接收处理线程通过low_level_input( ) 函数,调用pbuf_alloc申请获得pbuf的一段缓冲区,并调用EMACPacketReceive( ) 将ENC28J60的接收缓冲里面的包数据复制到buffer里面。最后返回pbuf的指针给ethernetif_input( ) 函数,ethernetif_input( ) 函数去识别数据包的类型是ARP包还是IP包,如果是IP包则更新ARP表,通过驱动接口netif - > input( ) 将数据传递给网络层。IP模块调用netif - > output( ) 函数,向以太网上发送一个数据包,函数要先通过IP地址获得硬件地址,然后发送数据包。
ethernetif_init ( ) 在建立网络接口时被调用,初始化底层接口,设置函数指针,并调用low_level_init( ) ,将MAC地址设置到netif - > hwaddr数组中,设置最大传输单元mtu的值,调用EMACInit( ) 函数,完成ENC28J60的芯片初始化。
3 网络上层端口服务程序的开发
LWIP提供三种API接口函数: ( 1 ) RAW API ( 2 ) LWIP API( 3) BSD API。对于多任务系统而言,因为LWIP采用的是将TCP / IP协议放在一个单独的线程里面,那个线程是tcpip_thread。采用RAW API回调技术,就得把应用层程序写在tcpip_thread这个线程里面[5],作为同一个任务运行。而采用LWIP API,就可以将TCP/IP协议和应用层程序放在不同的任务里面,通过调api_lib. c提供的函数,编写相应的应用层代码。
下面的程序是个简单的Websever的服务程序代码:
系统启动时,在LWIP的任务中初始化协议栈,配置网络接口,创建Http服务器任务,设置通讯模块的服务器端口为3000,IP地址为192. 168. 0. 88,设置PC的IP地址为192. 168. 0. 92,子网掩码为255. 255. 255. 0,默认网关为192. 168. 0. 1。在PC端命令行下输入ping 192. 168. 0. 88,能收到返回包,证明了ICMP协议正常。
Http服务器任务,使用netconn_new( ) 函数建立一个连接,用netconn_bind( ) 函数绑定IP地址和服务端口号,这个连接被绑定在80端口,netconn_listen( ) 函数进行监听,等待连接。netconn_accept( ) 函数,一直等待这个连接的信号量,一旦有连接进来,函数将返回netconn结构。netconn_recv( ) 函数获得连接的数据指针,并通过netbuf_data( ) 将data指向数据处,随后便可以对网络数据进行处理。当使用完毕后,使用netbuf_delete( ) 函数删除这个数据结构,最后使用完用netconn_close( ) 函数关闭这个连接。
开发过程中,可使用wireshark软件,捕捉两个IP地址间的数据帧,如图5所示。
4 结束语
本文在远程终端的小型化和模块化的需求下,设计了一个以ARM7 + ENC28J60的嵌入式终端,经实践证明:
( 1) 针对小型系统处理μCOS - II和LWIP消耗系统资源高,实时性差的特点,将系统分为通讯模块和实时采集与控制模块的方案是可行的,有效的解决了通讯慢和IO实时控制的矛盾,增加了终端的可扩展性。
( 2) 通讯模块采用移植μCOS - II和LWIP,满足了低档嵌入式设备接入以太网的需求,有推广价值。
摘要：针对远程监控系统中,终端的小型化和模块化的需求,设计了一个以ARM7+ENC28J60为核心的远程监控终端。分析了网络通讯服务和数据采集与逻辑控制的实时性问题,将系统分成了以太网转CAN的通讯模块和数据采集与控制模块两部分。模块间通过CAN总线通讯和扩展,通讯模块应用了实时操作系统μCOS-II,移植了LWIP轻型TCP/IP协议栈。实验证明,解决了以太网通讯和现场实时监控之间的矛盾,也符合嵌入式系统模块化设计的理念,易于扩展和修改。