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基于嵌入式网络设备的远程监控系统设计（样例5）

第一篇：基于嵌入式网络设备的远程监控系统设计基于嵌入式网络设备的远程监控系统设计摘要：针对目前大量嵌入式网络设备应用于工业控制的监控领域，监控网络的性能、带宽、成本成为目前工业控制领域普遍关心的问题。而影响这一性能的是核心控制服务器的管理及设计结构优劣，为此本文提出了一个适于通用嵌入式设备的网络远程监控系统服务器结构，分析了该服务器需要提供了功能需求，其中重点研究了该网络监控系统的通信协议、嵌入式技术和现场总线技术等。关键词:嵌入式；监控；服务器；网络设备；工业控制前言随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域迅速扩大，覆盖了从企业的现场设备到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。所以，如何更好的实现企业内现场控制、过程监控、经营管理、市场管理等各层次的汇通和数据共享，即实现“管理监控一体化”，是各个企业迫切需要解决的问题。工业控制网络和Internet的无缝连接能够促进企业的网络化发展，顺应工业监控系统的发展潮流，具有强大的社会推动力和生命力。嵌入式系统与网络技术的结合是顺应着低成本、高性能、网络化的时代潮流，是嵌入式系统迅速发展的方向，开创着嵌入式技术的美好未来。嵌入式系统与网络技术结嵌入式网络设备服务器联网系统的研究与实现，就是开发基于TCP/IP协议栈的Internet互联的嵌入式系统，即嵌入式Internet设备。它可以实现远程监控、管理、诊断和维护现场设备，实现各种智能设备，例如家用电器、工业控制装置或仪器、安全监控系统、汽车电子等与Internet网络的互联。如果在工业控制网络体系结构的纵向上，可以实现工业控制网络和Internet网络的无缝连接，那么整个工控网络就好像只有一种通信协议，可以满足控制系统各个层次的要求，实现生产、管理和控制一体化。如果在工业网络体系结构的横向上，可以使多种工业控制网络统一协议标准，那么企业生产底层具有各种总线类型接口的现场仪表和设备就可以通讯，实现设备无差别化。嵌入式设备服务器组成结构嵌入式网络设备服务器广泛应用于工业控制领域，实现对工业现场设备和仪器仪表的监控。针对各种工业现场的不同应用需求，嵌入式网络设备服务器在设计时按用途分为两大类，一类适用于对系统成本敏感，数据量少，对通讯指标要求低的场合，价格低廉、货源充足的8/16位嵌入式控制器是首选，即低端嵌入式服务器系统;另一类适用于数据量大，对通讯的实时性和可靠性要求高的场合，性价比高的16/32位的嵌入式微处理器是最佳选择，即中高端嵌入式服务器系统。因此，在设计前期需要考虑系统的应用环境，选择合适的方案最大程度的满足工业现场各方面的需求。在嵌入式网络设备服务器联网系统的软件设计上，完成服务器和网络接口功能的是嵌入式HTTP协议、EGI接口函数、嵌入式TCP/IP协议栈、异构协议转换程序、网络芯片驱动程序、CAN协议驱动程序和RS485协议驱动程序。只要实现了低端嵌入式服务器接口的软件，在其基础上做适当的修改，就可以成功移植到中高端嵌入式服务器接口。基于51单片机的嵌入式网络设备服务器应用于工业监控系统，连接现场总线和以太网，使得以太网中的管理层工作人员可以远程监控现场总线设备。考虑到单片机系统的资源局限性，基于51单片机的嵌入式系统就仅仅作为网络设备，完成网络设备服务器和网络接口功能，监控具有自诊断功能的智能型现场设备。智能型设备的自诊断功能能够处理设备运行中的突发问题，需要监控的信息主要是运行信息、报警信息和参数设置信息，传输数据量小，基于51单片机的嵌入式网络设备服务器能够满足其传输指标要求。考虑到现场总线协议的多样性，无法顾及，仅以CAN总线为例，设计嵌入式网络设备服务器系统的现场总线模块。根据功能需要，本系统设计包括以下模块:嵌入式微控制器(MicroControlUnit简称MCU)的主控模块、工业现场总线CAN模块和RS485模块、与以太网连接的网络控制模块、系统调试用的串口RS232模块、键盘输入模块和LCD显示模块以及电源模块。整个系统的实现框架如图一所示。图一：嵌入式网络设备服务器系统的硬件结构图嵌入式网络设备服务器系统需要实现网络功能，为了适应网络的传输速度以及有足够的时间解析数据包，仅仅依靠RTL8019AS内部的RAM是远远不够的，所以单片机外扩了一个32K的RAM存储器。外扩的存储器缓存以太网帧。嵌入式网络设备服务器不仅要实现与以太网、CAN、RS4851232的通讯，还要提供人机交互接口LCD和键盘。因此，微控制器W77E58B需要访问多个外部设备，又不能占用太多的引脚。译码器74HC138为W77E58B访问外部设备提供方便，只需W77E58B通过三个引脚A15,A14和A13就可以分别片选外扩RAM存储