以太網(wǎng)遠程監控系統實(shí)現遠程監測控制和管理技術(shù)設計開(kāi)發(fā)

　　LwIP中需要使用信號量通信，所以在sys_arch.h、sys_arch.c中應實(shí)現信號量結構體sys_sem_t，和相關(guān)的信號量處理函數：包括創(chuàng )建一個(gè)信號量結構sys_sem_new（），釋放一個(gè)信號量結構sys_sem_free（），發(fā)送信號量sys_sem_signal（），請求信號量sys_arch_sem_wait（）。

　　LwIP使用消息隊列來(lái)緩沖、傳遞數據報文，因此要在sys_arch.h、sys_arch.c中實(shí)現消息隊列結構體sys_mbox_t，以及相應的操作函數：包括創(chuàng )建一個(gè)消息隊列sys_mbox_new（），釋放一個(gè)消息隊列sys_mbox_free（），向消息隊列發(fā)送消息sys_mbox_post（），從消息隊列中獲取消息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sys_arch_timeouts（）函數，返回當前正處于運行態(tài)的線(xiàn)程所對應的timeout隊列指針。

　　LwIP中網(wǎng)絡(luò )數據的處理需要線(xiàn)程來(lái)操作，所以需要實(shí)現創(chuàng )建新線(xiàn)程函數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OSTaskCreate（）封裝一下，才可以實(shí)現sys_thread_new（）。

　?。?） 相關(guān)庫函數的實(shí)現

　　LwIP協(xié)議棧中用到了8個(gè)外部函數，主要是來(lái)完成16位數據的高低字節交換、32位數據的大小頭對調、返回字符串長(cháng)度、字符串比較、內存數據塊拷貝、指定長(cháng)度的數據塊清零等功能，與系統或編譯器有關(guān)，需要用戶(hù)實(shí)現。

　?。?） 網(wǎng)絡(luò )設備驅動(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 )接口都對應了一個(gè)netif結構，這個(gè)netif包含了相應網(wǎng)絡(luò )接口的屬性、收發(fā)函數。在網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序中主要就是實(shí)現四個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口函數：網(wǎng)卡初始化、網(wǎng)卡接收數據、網(wǎng)卡發(fā)送數據以及網(wǎng)卡中斷處理函數。

　　3.2 PC機上客戶(hù)端程序的設計

　　VC++6.0環(huán)境下客戶(hù)端程序實(shí)現包括以下幾個(gè)部分：

　?。?） 建立客戶(hù)端的Socket：客戶(hù)端應用程序首先構造一個(gè)CAsyncSocket[7]對象CltSock，然后調用CltSock.Create（）函數來(lái)建立CltSock實(shí)體。

　?。?） 提出連接請求：客戶(hù)端套接字CltSock通過(guò)調用CltSock.Connect（strAddr,nPort）函數向服務(wù)器套接字提出連接請求。

　?。?） 傳輸數據：在客戶(hù)端應用程序中重載消息處理函數OnReceive（）和OnSend（）。在OnReceive（）中通過(guò)調用CltSock.Receive（）函數從服務(wù)器端接收數據;在OnSend（）中通過(guò)調用CltSock.Send（）函數向服務(wù)器端發(fā)送數據。

　?。?） 關(guān)閉連接：客戶(hù)端套接字CltSock通過(guò)調用CltSock.Close（）函數來(lái)關(guān)閉連接。

4 遠程液位監控應用程序的開(kāi)發(fā)

　　本文設計完成的基于以太網(wǎng)的遠程液位繼電自整定PID控制系統，其控制算法在遠端主機（客戶(hù)機）上實(shí)現，兩端通過(guò)TCP協(xié)議通信，本地的嵌入式系統 （服務(wù)器）上一方面實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )數據的處理，一方面完成對液位高度的采集與控制;遠端PC機上一方面處理網(wǎng)絡(luò )上的實(shí)時(shí)數據，一方面通過(guò)PID計算出控制量，顯示相關(guān)參數。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)）能夠穩定在液位設定值（藍色曲線(xiàn)）處。同時(shí)，從用戶(hù)界面上既可以讀出液位高度值，PID自整定參數等，還可以改變液位高度設定值，從而真正實(shí)現了液位對象的遠程監控。

圖2 遠程液位繼電自整定PID控制效果圖

　　本文設計解決了在嵌入式系統中實(shí)現網(wǎng)絡(luò )功能的問(wèn)題，引入并實(shí)現了一種新的設計方案，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操作系統內核的支持下，添加嵌入式TCP/IP協(xié)議棧LwIP，來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信的功能，與PC機客戶(hù)端的Socket通信，在此基礎上開(kāi)發(fā)了基于以太網(wǎng)的遠程液位監控系統，達到了良好的控制效果?？梢钥闯?，這類(lèi)系統在遠程監控中的具有良好的應用前景。

　　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)程遠程監控領(lǐng)域，提出了自己的設計方案，并成功開(kāi)發(fā)了一個(gè)遠程液位監控系統。