以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制和管理技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

　　LwIP中需要使用信號(hào)量通信，所以在sys_arch.h、sys_arch.c中應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)量結(jié)構(gòu)體sys_sem_t，和相關(guān)的信號(hào)量處理函數(shù)：包括創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量結(jié)構(gòu)sys_sem_new（），釋放一個(gè)信號(hào)量結(jié)構(gòu)sys_sem_free（），發(fā)送信號(hào)量sys_sem_signal（），請(qǐng)求信號(hào)量sys_arch_sem_wait（）。

　　LwIP使用消息隊(duì)列來(lái)緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報(bào)文，因此要在sys_arch.h、sys_arch.c中實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)體sys_mbox_t，以及相應(yīng)的操作函數(shù)：包括創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列sys_mbox_new（），釋放一個(gè)消息隊(duì)列sys_mbox_free（），向消息隊(duì)列發(fā)送消息sys_mbox_post（），從消息隊(duì)列中獲取消息sys_arch_mbox_fetch（）。

　　LwIP中每個(gè)與外界網(wǎng)絡(luò)連接的線(xiàn)程都有自己的timeout屬性，即等待超時(shí)時(shí)間，移植工作需要實(shí)現(xiàn)sys_arch_timeouts（）函數(shù)，返回當(dāng)前正處于運(yùn)行態(tài)的線(xiàn)程所對(duì)應(yīng)的timeout隊(duì)列指針。

　　LwIP中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理需要線(xiàn)程來(lái)操作，所以需要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建新線(xiàn)程函數(shù)sys_thread_new（）。而在μC/OS-Ⅱ中，沒(méi)有線(xiàn)程的概念，只有任務(wù)。因此必須要把創(chuàng)建新任務(wù)的函數(shù)OSTaskCreate（）封裝一下，才可以實(shí)現(xiàn)sys_thread_new（）。

　?。?） 相關(guān)庫(kù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　LwIP協(xié)議棧中用到了8個(gè)外部函數(shù)，主要是來(lái)完成16位數(shù)據(jù)的高低字節(jié)交換、32位數(shù)據(jù)的大小頭對(duì)調(diào)、返回字符串長(zhǎng)度、字符串比較、內(nèi)存數(shù)據(jù)塊拷貝、指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊清零等功能，與系統(tǒng)或編譯器有關(guān)，需要用戶(hù)實(shí)現(xiàn)。

　?。?） 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

　　在LwIP中可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都對(duì)應(yīng)了一個(gè)netif結(jié)構(gòu)，這個(gè)netif包含了相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口的屬性、收發(fā)函數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中主要就是實(shí)現(xiàn)四個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)：網(wǎng)卡初始化、網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)、網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)以及網(wǎng)卡中斷處理函數(shù)。

　　3.2 PC機(jī)上客戶(hù)端程序的設(shè)計(jì)

　　VC++6.0環(huán)境下客戶(hù)端程序?qū)崿F(xiàn)包括以下幾個(gè)部分：

　?。?） 建立客戶(hù)端的Socket：客戶(hù)端應(yīng)用程序首先構(gòu)造一個(gè)CAsyncSocket[7]對(duì)象CltSock，然后調(diào)用CltSock.Create（）函數(shù)來(lái)建立CltSock實(shí)體。

　?。?） 提出連接請(qǐng)求：客戶(hù)端套接字CltSock通過(guò)調(diào)用CltSock.Connect（strAddr,nPort）函數(shù)向服務(wù)器套接字提出連接請(qǐng)求。

　　（3） 傳輸數(shù)據(jù)：在客戶(hù)端應(yīng)用程序中重載消息處理函數(shù)OnReceive（）和OnSend（）。在OnReceive（）中通過(guò)調(diào)用CltSock.Receive（）函數(shù)從服務(wù)器端接收數(shù)據(jù);在OnSend（）中通過(guò)調(diào)用CltSock.Send（）函數(shù)向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)。

　?。?） 關(guān)閉連接：客戶(hù)端套接字CltSock通過(guò)調(diào)用CltSock.Close（）函數(shù)來(lái)關(guān)閉連接。

4 遠(yuǎn)程液位監(jiān)控應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)

　　本文設(shè)計(jì)完成的基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程液位繼電自整定PID控制系統(tǒng)，其控制算法在遠(yuǎn)端主機(jī)（客戶(hù)機(jī)）上實(shí)現(xiàn)，兩端通過(guò)TCP協(xié)議通信，本地的嵌入式系統(tǒng) （服務(wù)器）上一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理，一方面完成對(duì)液位高度的采集與控制;遠(yuǎn)端PC機(jī)上一方面處理網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一方面通過(guò)PID計(jì)算出控制量，顯示相關(guān)參數(shù)。實(shí)時(shí)液位變化狀況如圖2所示，從圖中可以看出，實(shí)際液位（紅色曲線(xiàn)）能夠穩(wěn)定在液位設(shè)定值（藍(lán)色曲線(xiàn)）處。同時(shí)，從用戶(hù)界面上既可以讀出液位高度值，PID自整定參數(shù)等，還可以改變液位高度設(shè)定值，從而真正實(shí)現(xiàn)了液位對(duì)象的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖2 遠(yuǎn)程液位繼電自整定PID控制效果圖

　　本文設(shè)計(jì)解決了在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的問(wèn)題，引入并實(shí)現(xiàn)了一種新的設(shè)計(jì)方案，即采用三星ARM7處理器S3C44B0X+Realtek的10M網(wǎng)卡RTL8019AS硬件組合，通過(guò)在μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持下，添加嵌入式TCP/IP協(xié)議棧LwIP，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的功能，與PC機(jī)客戶(hù)端的Socket通信，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程液位監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到了良好的控制效果?？梢钥闯?，這類(lèi)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的具有良好的應(yīng)用前景。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn):本文將嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到工業(yè)過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，提出了自己的設(shè)計(jì)方案，并成功開(kāi)發(fā)了一個(gè)遠(yuǎn)程液位監(jiān)控系統(tǒng)。