以太網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制和管理技術(shù)設(shè)計開發(fā)

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

　　LwIP使用消息隊列來緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報文，因此要在sys_arch.h、sys_arch.c中實現(xiàn)消息隊列結(jié)構(gòu)體sys_mbox_t，以及相應(yīng)的操作函數(shù)：包括創(chuàng)建一個消息隊列sys_mbox_new（），釋放一個消息隊列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中每個與外界網(wǎng)絡(luò)連接的線程都有自己的timeout屬性，即等待超時時間，移植工作需要實現(xiàn)sys_arch_timeouts（）函數(shù)，返回當前正處于運行態(tài)的線程所對應(yīng)的timeout隊列指針。

　　LwIP中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理需要線程來操作，所以需要實現(xiàn)創(chuàng)建新線程函數(shù)sys_thread_new（）。而在μC/OS-Ⅱ中，沒有線程的概念，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，才可以實現(xiàn)sys_thread_new（）。

　?。?） 相關(guān)庫函數(shù)的實現(xiàn)

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

　?。?） 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序

　　在LwIP中可以有多個網(wǎng)絡(luò)接口，每個網(wǎng)絡(luò)接口都對應(yīng)了一個netif結(jié)構(gòu)，這個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)動程序中主要就是實現(xiàn)四個網(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機上客戶端程序的設(shè)計

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

　?。?） 建立客戶端的Socket：客戶端應(yīng)用程序首先構(gòu)造一個CAsyncSocket[7]對象CltSock，然后調(diào)用CltSock.Create（）函數(shù)來建立CltSock實體。

　?。?） 提出連接請求：客戶端套接字CltSock通過調(diào)用CltSock.Connect（strAddr,nPort）函數(shù)向服務(wù)器套接字提出連接請求。

　?。?） 傳輸數(shù)據(jù)：在客戶端應(yīng)用程序中重載消息處理函數(shù)OnReceive（）和OnSend（）。在OnReceive（）中通過調(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：客戶端套接字CltSock通過調(diào)用CltSock.Close（）函數(shù)來關(guān)閉連接。

4 遠程液位監(jiān)控應(yīng)用程序的開發(fā)

　　本文設(shè)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(tǒng)，其控制算法在遠端主機（客戶機）上實現(xiàn)，兩端通過TCP協(xié)議通信，本地的嵌入式系統(tǒng) （服務(wù)器）上一方面實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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)上的實時數(shù)據(jù)，一方面通過PID計算出控制量，顯示相關(guān)參數(shù)。實時液位變化狀況如圖2所示，從圖中可以看出，實際液位（紅色曲線）能夠穩(wěn)定在液位設(shè)定值（藍色曲線）處。同時，從用戶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，從而真正實現(xiàn)了液位對象的遠程監(jiān)控。

圖2 遠程液位繼電自整定PID控制效果圖

　　本文設(shè)計解決了在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的問題，引入并實現(xiàn)了一種新的設(shè)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，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的功能，與PC機客戶端的Socket通信，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于以太網(wǎng)的遠程液位監(jiān)控系統(tǒng)，達到了良好的控制效果?？梢钥闯?，這類系統(tǒng)在遠程監(jiān)控中的具有良好的應(yīng)用前景。

　　本文作者創(chuàng)新點:本文將嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到工業(yè)過程遠程監(jiān)控領(lǐng)域，提出了自己的設(shè)計方案，并成功開發(fā)了一個遠程液位監(jiān)控系統(tǒng)。