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随着生活水平的提高和生产规模的扩大,对于远程监控系统的监控范围和监控方式的要求越来越高。传统的集中监控系统为了适应工业生产过程的实时监控和高环境适应性的要求,其监控网络和通信技术都自成体系,许多通信协议不开放,而且大多数系统都是面向单台或单一类型的设备。其主要缺点是系统通用性差,需要专用的监控网络和设备,实现成本高昂,监控范围有限,已经不能满足生产和生活中的复杂需求。远程监控系统正在向Internet网络监控发展。Internet远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet／Intranet,对远端进行监视和控制,完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。嵌入式系统的迅速发展更加促进了Internet网络监控的发展进程。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理,改善服务器性能。可以使每一个设备具备上网与服务功能,即每一个设备都可以独立进行服务,从而大大提高监控的质量和范围。ARM32位嵌入式RISC处理器以其优越的性能和极低的实现成本,占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用75％以上的市场。
论文主要研究了基于ARM7TDMI处理器的嵌入式Internet网络监控系统的设计和实现。针对现存控制系统中不同厂家生产的产品存在着兼容性差、互操作性差、不易更新、不能有效利用现有网络设备、所需资金高昂等缺点,提出并设计了一个基于嵌入式Web Server的远程温湿度监控系统EHTM-MP。EHTM-MP实现了在监控端通过以太网或Internet进行温湿度监控,也可以对嵌入式Web Server和数据采集／控制模块(仪表)进行设置和管理,使得远程监控系统具有更好的灵活性和适应性。
硬件设计采用通用嵌入式微处理器AT91SAM7x256,结合工业级以太网物理层芯片DM9161AE实现嵌入式Web Server。编写了硬件系统初始化程序和底层驱动程序。嵌入式Web Server通过RS-485总线将多个数据采集／控制模块连接起来,使用MODBUS协议传输数据。数据采集／控制模块由微控制器和数字温湿度传感器SHT-15及相应外部电路构成。
软件开发平台采用了ARM公司的ADS1.2集成开发环境和免费的H-JTAG调试代理软件,操作系统选择了源码开放的、多任务且具有可剥夺内核的实时操作系统μC／OS-Ⅱ,其特点是执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。支持信号量、邮箱、消息队列等多种常用的进程间通信机制,是一个成熟稳定的实时内核。由于μC／OS-Ⅱ设计为一个通用嵌入式操作系统,可以在多种体系结构的处理器上运行。而不同的处理器的字长、对齐方式、堆栈操作方式及寄存器数量和用法各不相同,所以必须根据目标系统采用的处理器对μC／OS-Ⅱ进行相应的修改,以便使μC／OS-Ⅱ能够在目标系统正确运行。论文详细说明了μC／OS-Ⅱ在AT91SAM7x256上的定制过程。
由于μC／OS-Ⅱ没有集成TCP／IP协议,为了实现系统接入Interact网络的功能,分析了TCP／IP的原理并选择了LwIP作为系统的TCP／IP协议栈。论文分析了LwIP的基本结构和工作方式,阐述了LwIP在μC／OS-Ⅱ上定制的过程,并编写了测试程序来验证μC／OS-Ⅱ和LwIP的可靠运行。
论文分析了HTTP协议的工作原理,编写了基于B／S模式的温湿度监控系统应用程序,根据河北坝上地区的温湿度统计数据,合理设置了系统参数和配置。最后对系统的软硬件系统进行了综合测试,并将系统应用到某花卉大棚进行温湿度监控。通过长时间记录系统运行数据,验证了系统的功能和可靠性。