鄭 冰

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，河南 南陽473009）

遠程監(jiān)控系統(tǒng)是信息網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物，它通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和Internet ，把分布于各地的智能儀表系統(tǒng)互聯(lián)起來，實現(xiàn)控制設(shè)備間的遠程信息交互，完成遠程監(jiān)視與控制任務(wù)。將Web 技術(shù)應(yīng)用到遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，可以提供比傳統(tǒng)遠程監(jiān)控更為強大的功能。用戶只需要通過普通的瀏覽器，就可以實現(xiàn)對遠程設(shè)備的監(jiān)視、控制、診斷、測試和配置。借助以太網(wǎng)和Internet 技術(shù)，把嵌入式系統(tǒng)連接到Internet 上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個地方。本文將利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)和遠程通信技術(shù)將遠程監(jiān)控應(yīng)用于通信電源控制的領(lǐng)域。

1 動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的分析

動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，簡稱DDE，是一種 Windows系統(tǒng)中進程間的通信機制，建立在Windows 內(nèi)部的消息處理機上，其實質(zhì)為各應(yīng)用程序間通過共享內(nèi)存來交換信息。

目前，很多的工控軟件如iFix、RSVIEW32 都支持DDE 功能。通過DDE 功能實現(xiàn)組態(tài)軟件與其它應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換，可以擴展組態(tài)軟件的功能。Net－DDE 可以擴展組態(tài)軟件的網(wǎng)絡(luò)功能，在 Web 中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。iFix 軟件使用操作系統(tǒng)提供的NetDDE服務(wù)器與客戶支持，用NetDDE 從一個遠程DDE 服務(wù)器中獲取信息，NetDDE 地址語言不同于普通的DDE 編址，通過NetDDE 用于傳輸實時數(shù)據(jù)的語法為：

＝＼＼computername＼NetDDE＄｜DDEshare.DDE｜項

這里的computername 是服務(wù)器節(jié)點的計算機或工作站的名字，NetDDE＄是保留名，它確定用Net－DDE 進行能夠數(shù)據(jù)傳輸，Netshare 是共享名，代表一組本地的應(yīng)用程序名＆主題名。項是用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫毩⒉糠?。本系統(tǒng)用iFix 作為服務(wù)器，NetDDE 的實時數(shù)據(jù)語法中共享名為“＄DMDATA.DDE”，在共享名中應(yīng)用程序的名字DMDDE，主題的名字為DATA。

2 遠程通信技術(shù)的分析

TCP／IP 通信協(xié)議是一套工業(yè)標準協(xié)議，它是Internet 最基本的協(xié)議，以它為基礎(chǔ)組建的Internet 是目前國際上規(guī)模最大的計算機網(wǎng)絡(luò)，Internet 的廣泛應(yīng)用，使得 TCP／IP 成了事實上的標準。TCP／IP 實際上是由不同層次上的多個協(xié)議組合而成的協(xié)議組。其協(xié)議族層次如圖1 所示。

其中 TCP （Transmission Control Protocol ，傳輸控制通信協(xié)議）、UDP （User Datagram Protocol ，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是TCP／IP 在傳輸層上的協(xié)議都使用IP作為網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。

當數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅鼙仨氉屛挥跀?shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、可控制性和可靠性時，TCP 協(xié)議是當然的選擇。例如文件傳輸、遠程登陸等；當強調(diào)傳輸性能而不是數(shù)據(jù)的完整性時，例如音頻、多媒體應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫查詢等，可靠性由應(yīng)用程序提供，高效率的UDP 是最好的選擇。

圖1 TCP／IP 協(xié)議圖

3 通信電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

對于通信電源遠程監(jiān)控中心人員而言，能方便地將自己的控制信息實時地傳遞給所關(guān)心的設(shè)備，并以直觀、快捷的方式獲取所關(guān)心設(shè)備的實時狀態(tài)參數(shù)和信息是最理想的。因此，本文主要分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

3.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計

本文設(shè)計的的遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。系統(tǒng)的硬件主要由兩大部分組成：嵌入式Web 服務(wù)器、底層傳感器和控制器設(shè)備。嵌入式Web 服務(wù)器是硬件系統(tǒng)的核心。上層瀏覽器與嵌入式 Web 服務(wù)器之間是基于TCP／IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信，底層嵌入式Web 服務(wù)器與設(shè)備之間的通信都是以嵌入式Web 服務(wù)器為核心的，并且由嵌入式Web 服務(wù)器將上層與傳感器和控制器設(shè)備通信聯(lián)系在一起，構(gòu)成一個能實現(xiàn)完整功能的系統(tǒng)。

傳感器對被控對象的狀態(tài)進行監(jiān)測，通過Web 服務(wù)器將狀態(tài)信息反饋給用戶?？刂破鹘邮誛eb 服務(wù)器發(fā)給它的命令信息，實現(xiàn)對被控對象進行控制。以嵌入式Web 服務(wù)器為節(jié)點，將嵌入式 Web 服務(wù)器通過RJ45 接入局域網(wǎng)，再為每個嵌入式 Web 服務(wù)器分配一個局域網(wǎng)內(nèi)私有的IP 地址，可以實現(xiàn)在局域網(wǎng)內(nèi)訪問每個嵌入式Web 服務(wù)器，從而對它下面的設(shè)備或過程進行遠程監(jiān)控。

欲實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上訪問嵌入式Web 服務(wù)器，現(xiàn)場局域網(wǎng)可以通過ADSL 專線、DDN 數(shù)據(jù)專線、ATM寬帶接入等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，這樣就能獲取一個或一組真實的Internet IP 地址（固定IP），為每個嵌入式Web 服務(wù)器分配一個固定IP 地址，即可在遠程訪問這些嵌入式 Web 服務(wù)器。此種Internet 接入方式的缺點是IP 地址的需求量非常大，成本很高。比較好的辦法是在現(xiàn)場連成局域網(wǎng)，通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）與外部連接。這樣，內(nèi)部嵌入式Web 服務(wù)器及其下面的子系統(tǒng)與外部Internet 就隔離開來，對系統(tǒng)的安全提供了保障。網(wǎng)關(guān)功能類似一個路由器，這種網(wǎng)關(guān)不用PC資源，要求比較簡潔，用戶可以在遠程用瀏覽器通過網(wǎng)關(guān)與嵌入式Web 服務(wù)器連接，這樣可以遠程控制各個嵌入式Web 服務(wù)器。同時現(xiàn)場局域網(wǎng)上也可以掛接多個用戶瀏覽器，可以隨時監(jiān)測各個設(shè)備或過程的工作狀態(tài)。

圖2 基于嵌入式Web 服務(wù)器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計任務(wù)包括嵌入式 Web 服務(wù)器程序設(shè)計和網(wǎng)頁設(shè)計。其中主要是嵌入式Web 服務(wù)器程序設(shè)計。此程序包括以下幾個組成部分：系統(tǒng)定義與設(shè)置（包括開發(fā)工具的設(shè)置、方式地址、條件定義、變量、等式、宏定義等）、中斷服務(wù)程序、主程序和多個子程序。按功能分，主要分成以下幾大模塊：系統(tǒng)初始化模塊、TCP／IP 協(xié)議棧模塊、Internet 通信應(yīng)用程序模塊、底層設(shè)備通信模塊、中斷服務(wù)程序模塊。由于系統(tǒng)要完成控制與狀態(tài)監(jiān)測這兩個主要功能，數(shù)據(jù)通信是雙向的，所以Internet 通信應(yīng)用程序模塊、底層設(shè)備通信模塊、中斷服務(wù)程序模塊又各自劃分兩個子模塊。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖

為了說明原理而避免重復(fù)描述，下面的設(shè)計中，底層設(shè)備專指智能傳感器和控制器。系統(tǒng)啟動時需要對系統(tǒng)進行初始化，這由系統(tǒng)初始化模塊完成。TCP／IP協(xié)議棧是本軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其它所有模塊均建立在此基礎(chǔ)上。欲實現(xiàn)遠程用戶對設(shè)備的控制，需要如下軟件模塊：Web 服務(wù)器接收遠程控制命令模塊，Web 服務(wù)器向底層設(shè)備發(fā)控制命令模塊，中斷服務(wù)程序發(fā)送信息模塊。Web 服務(wù)器接收遠程控制命令模塊是Internet 通信應(yīng)用程序模塊的一個子模塊。嵌入式Web 服務(wù)器通過此模塊接收遠程用戶發(fā)出的控制命令。之后，系統(tǒng)調(diào)用Web 服務(wù)器向底層設(shè)備發(fā)送控制命令模塊。此模塊是底層設(shè)備通信模塊的一個子模塊。例如：欲實現(xiàn)對某被控對象的遠程控制，要求嵌入式Web 服務(wù)器向控制器發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，控制器接收到正確的命令和數(shù)據(jù)后執(zhí)行相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)對該被控對象進行遠程控制的目的。在嵌入式Web 服務(wù)器與底層設(shè)備進行通信時，需要以固定的時間間隔重復(fù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)以固定的波特率收發(fā)數(shù)據(jù)。在Web 服務(wù)器向底層設(shè)備發(fā)送控制命令時，多次執(zhí)行的是中斷服務(wù)程序發(fā)送信息模塊，它是中斷服務(wù)程序的一個子模塊。

欲將底層設(shè)備的狀態(tài)信息發(fā)送給遠程的用戶，需要如下軟件模塊：中斷服務(wù)程序接收信息模塊，Web服務(wù)器接收底層設(shè)備反饋信息模塊，Web 服務(wù)器向遠程用戶發(fā)送信息模塊。在實現(xiàn)遠程用戶對被控對象的監(jiān)測與控制時，嵌入式Web 服務(wù)器對底層設(shè)備發(fā)出的狀態(tài)信息與通信成敗信息進行接收、識別與處理，這由Web 服務(wù)器監(jiān)測底層設(shè)備的信息來實現(xiàn)。而中斷服務(wù)程序接收信息模塊是用來以固定的格式和波特率接收底層設(shè)備發(fā)出的信息。嵌入式Web 服務(wù)器檢測出底層設(shè)備的當前狀態(tài)后，應(yīng)能將控制成敗信息和設(shè)備狀態(tài)信息反饋給遠程用戶，代表設(shè)備當前狀態(tài)的指示開關(guān)狀態(tài)應(yīng)正確，這由Web 服務(wù)器向遠程用戶發(fā)送信息模塊來實現(xiàn)。

4 小 結(jié)

本文全面介紹了基于Web 的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的信息通信、數(shù)據(jù)交換和總體設(shè)計方案，利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)的遠程通信技術(shù)設(shè)計了基于Web 平臺的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，充分體現(xiàn)了遠程監(jiān)控的特點。

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