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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞 計算機；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；研究
中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）12-0055-02
計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，可以為計算機管理者對終端用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，能夠有效、準(zhǔn)確的控制用戶使用機器的時間，從而提高了整個計算機系統(tǒng)的管理水平。計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)具體指的是通過本機極端及發(fā)送相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制指令到受控計算機，對其進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，使遠(yuǎn)端的計算機能夠按照指令完成一系列的工作。通過控制本地計算機可以對遠(yuǎn)程受控計算機進(jìn)行實時控制。智能化的計算機遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)需要具體完善的技術(shù)處理方式，計算機遠(yuǎn)端管理工作人員可以通過遠(yuǎn)程指令喚醒技術(shù)對一臺或者多臺計算機的開啟、關(guān)機進(jìn)行統(tǒng)一管理，對聯(lián)網(wǎng)的計算機終端進(jìn)行相應(yīng)的配置改造，配置可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制終端計算機網(wǎng)卡的開、關(guān)，利用PXE（preboot execute environment）技術(shù)控制計算機系統(tǒng)，對計算機多終端實現(xiàn)多播克隆，最后實現(xiàn)遠(yuǎn)程修改網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識、IP地址等信息。本文對計算遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)發(fā)進(jìn)行設(shè)計，使遠(yuǎn)程控制技術(shù)在局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行有效的實現(xiàn)，推動計算機遠(yuǎn)程管理的實現(xiàn)服務(wù)器和工作站之間的控制功能和及時交流功能。
1 計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
1.1 遠(yuǎn)程控制的技術(shù)定義和原理
1.2 計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
1.2.1 主控計算機
計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的主控計算機的系統(tǒng)功能為實現(xiàn)控制命令的輸入和處理受控端計算機的反饋信息以及詳細(xì)參數(shù)。計算機主控計算機根據(jù)其控制的具體方式和計算機結(jié)構(gòu)特征的差異性可以分為：集中控制結(jié)構(gòu)、分散控制結(jié)構(gòu)和遞階控制結(jié)構(gòu)。主控計算機系統(tǒng)具有可控性、通用性和動態(tài)性。由于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代和用戶體驗需求的增大，其結(jié)構(gòu)性也越來越復(fù)雜化。如此一來，要求計算機控制系統(tǒng)具有很強的動態(tài)可控制性。計算機系統(tǒng)以的集中、分散、遞進(jìn)式的控制結(jié)構(gòu)以及其彼此間的組合利用要求主控計算機在系統(tǒng)上必須具有較高的通用性和可升級性。
1.2.2 通信協(xié)議
計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過主控和受控計算機之間的通信協(xié)議實現(xiàn)指令的傳輸和反饋。在遠(yuǎn)程控制中，具有LAN、WAN 、撥號系統(tǒng)，Internet等諸多的網(wǎng)絡(luò)連接方式，其通信協(xié)議以TCP/IP等協(xié)議為主。TCP/IP協(xié)議的具有較高的安全和穩(wěn)定性，是目前最常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸通信協(xié)議，其作用在于為計算機之間提供良好的數(shù)據(jù)包交換傳輸任務(wù)，提供面向連接的端對段傳輸協(xié)議。計算機之間通過IP地址的唯一性分配，通過源地址與目標(biāo)地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送，其能為數(shù)據(jù)包提供大小重組分配功能。TCP/IP協(xié)議為計算遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)尋址和分段等功能，為傳輸指令提供媒介服務(wù)。
1.2.3 控制系統(tǒng)的核心性能
計算機控制系統(tǒng)的正常實現(xiàn)需要確保去可靠性和穩(wěn)定性兩大核心性能。首先是可靠性，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，可靠性是關(guān)鍵的性能指標(biāo)。系統(tǒng)的可靠性具體包括：1）主控計算機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳送通道、受控計算機系統(tǒng)三方面的正常運行，確保整個通過傳輸和服務(wù)的穩(wěn)定。2）數(shù)據(jù)傳輸通道的可靠性，要保證系統(tǒng)的良好運行必須有可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，要確保傳輸?shù)目煽啃裕仨氁獜娀瘋鬏斀橘|(zhì)和傳輸方式。系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括：傳輸時間的穩(wěn)定性，控制主機和受控端的指令傳輸與反饋時間上保持連貫性，避免指令傳輸時間上的不同步而導(dǎo)致指令的中斷；系統(tǒng)的可維護(hù)性，系統(tǒng)產(chǎn)生的一般性和特殊性故障要有良好的應(yīng)急和長期維修政策；其次，可靠性包括系統(tǒng)抵御病毒的侵入干擾，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)同時與為病毒的入侵提供便利，指令代碼和系統(tǒng)防火墻要考慮木馬病毒的寄生性，保護(hù)好系統(tǒng)免受侵入而導(dǎo)致重大損失現(xiàn)象的產(chǎn)生。
2 計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究
2.1 Activex技術(shù)
Activex是Microsoft提出的建立在COM/DCOM（組件/分布式組件對象模型）基礎(chǔ)之上的技術(shù)，其中包括各種應(yīng)用與Internet上的技術(shù)，比如對象的銜接和嵌入技術(shù).Activex的技術(shù)關(guān)鍵在于能夠使軟件部件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中繼進(jìn)行交互的技術(shù)，這項技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于Web客戶終端與服務(wù)器之上，同時也廣泛的應(yīng)用在計算機桌面應(yīng)用程序的創(chuàng)建之中。Activex技術(shù)包含多個應(yīng)用方面，其中當(dāng)用戶瀏覽器訪問包含Activex控件的Web頁面時，瀏覽器提醒用戶下載控件并進(jìn)行安裝，然后利用腳本描述語言可以實現(xiàn)用戶機器和遠(yuǎn)端服務(wù)器之間通過設(shè)置屬性和根據(jù)向?qū)Р僮髡{(diào)用方法而進(jìn)行通信，從而能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的部分功能。
3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計方式
遠(yuǎn)程控制軟件設(shè)計采用客戶/服務(wù)器模式，其原理是主控計算機提供服務(wù)和接受反饋信息，受控計算機接受服務(wù)指令并做出相應(yīng)的指示回應(yīng)。其設(shè)計原理為：主控計算機服務(wù)端打開默認(rèn)的端口進(jìn)行監(jiān)聽，受控計算機向服務(wù)器通過TCP/IP通信協(xié)議對監(jiān)聽端口提出連接請求，服務(wù)器根據(jù)請求指令而自行運行相關(guān)程序，對客戶機的請求進(jìn)行應(yīng)答。其中TCP協(xié)議是面向連接的，客戶端與服務(wù)器之間連接的建立耗時長，但數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。UDP協(xié)議（User Datagram Protocol）是面向無連接的，發(fā)出的數(shù)據(jù)不需要對方的確認(rèn)，大大加快了數(shù)據(jù)的傳輸速度，缺點是可靠性不高，容易造成數(shù)據(jù)的丟失。若客戶機和服務(wù)器之間的通信數(shù)據(jù)相對較小的情況，可以使用UDP作為傳出協(xié)議，被控端啟動之后便可進(jìn)入偵聽狀態(tài)，隨時接受控制端發(fā)送的指令。控制端接受到用戶指令，用戶根據(jù)進(jìn)一步指令交互提示進(jìn)行操作，控制端進(jìn)而向被控制端發(fā)送一個特定的命令字符串，被控端收到命令之后進(jìn)行命令解析，然后執(zhí)行命令進(jìn)行操作。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：GSM；灌溉；遠(yuǎn)程控制
中圖分類號：S237；TN919．72文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：0439－8114（2011）11－2343-02
Design of A Message Control System for Irrigation Pump Set in Mountain Citrus Orchards
MA Min，F(xiàn)AN Qi－zhou，ZHOU Bo，DENG Zai－jing
（College of Engineering， Huazhong Agriculture University， Wuhan 430070， China）
Abstract： In order to solve the control problem of mountain citrus irrigation， a message remote control system had been developed． The system was modular in design． It was mainly consist of a power module， a control module， a communication module， a trigger module， a driver module and a light and voice warning module． The control module was the MSP430 chip． A GSM module was used to serve as communication module， which enabled irrigation remote control， voice alerts and message feedback． It also could be adapted to all kinds of mobile phone or wireless phone． Telephone number for message sending and receiving could be changed according to need． It could also prevent telephone harassment and delete read messages． The system could be reasonably used in existing irrigation pump sets． With advantages of good versatility， low cost， good extended performance and stability， it would have a good prospect．
Key words： GSM； irrigation； remote control
在丘陵、山區(qū)的柑橘園，多與果農(nóng)居住地相距較遠(yuǎn)，普通灌溉機組人工操作費工費力，灌溉時間和灌溉量不易把握，造成灌溉不及時或過量等。引進(jìn)的國外現(xiàn)代灌溉系統(tǒng)功能較全，但因山地地勢及水源等條件限制，建設(shè)與應(yīng)用成本高，難維護(hù)、管理和推廣，幾乎僅限于示范地。結(jié)合中國國情，在合理利用現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)基礎(chǔ)上，研發(fā)一種適合果農(nóng)使用的低成本、通用、可遠(yuǎn)程控制的柑橘園灌溉控制系統(tǒng)顯得十分必要。
GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成熟穩(wěn)定，在農(nóng)業(yè)設(shè)施領(lǐng)域已經(jīng)展開研究與應(yīng)用。有開展GSM對溫室溫濕度實時控制的應(yīng)用研究；有利用GSM實現(xiàn)谷物產(chǎn)量的實時采集、存儲于無線發(fā)送；有設(shè)計基于GSM的水渠水位自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)水位信息的自動采集、存儲、遠(yuǎn)程通信和實時查詢；有展開基于GSM的農(nóng)田氣象信息采集、傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究；有開發(fā)基于GSM短信模塊的農(nóng)田灌溉控制器，實現(xiàn)對農(nóng)田灌溉的遠(yuǎn)程自動控制［1－5］。試驗在合理利用山地柑橘園現(xiàn)有電動灌溉機組的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套基于GSM短信模塊的低成本、通用、擴(kuò)展性能好的柑橘園灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉遠(yuǎn)程控制、語音警示和控制狀態(tài)的短信息反饋。
1系統(tǒng)構(gòu)成及功能
試驗設(shè)計的柑橘園遠(yuǎn)程灌溉系統(tǒng)，由GSM短信模塊、單片機、指示燈與語音警示模塊、固態(tài)繼電器、觸發(fā)模塊、電源模塊、電動水泵機組和手機組成。用戶使用手機發(fā)送短信控制指令來控制電動水泵機組工作，進(jìn)而控制柑橘園的灌溉。系統(tǒng)構(gòu)成原理圖如圖1所示。GSM采用華為公司生產(chǎn)的GTM900C無線模塊，一款兩頻段GSM／GPRS無線模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音、短信、GPRS數(shù)據(jù)和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話、組呼、廣播和私密呼叫等功能。單片機采用TI公司生產(chǎn)的MSP430，一類具有精簡指令集、超低功耗、帶FLASH的16位單片機，可在線對單片機進(jìn)行調(diào)試和下載，且JTAG口直接和FET（FLASH EMULATION TOOL）的相連，無需另外的仿真工具，方便實用，在超低功耗模式下工作，對環(huán)境和人體的輻射小，可靠性強，防強電干擾，適應(yīng)工業(yè)級的運行環(huán)境，性價比和集成度高［6］。指示燈與語音警示模塊采用LED燈與工業(yè)化生產(chǎn)的單片語音集成電路，觸發(fā)電路采用固態(tài)繼電器觸發(fā)電路，電源模塊采用12 V蓄電池組。
GTM900C無線模塊串口與MSP430串口直接連接，GTM900C無線模塊接收手機短信控制指令，再將短信控制指令發(fā)送給MSP430，單片機依此通過控制固態(tài)繼電器（SSR）來驅(qū)動水泵開啟或關(guān)閉，并打開相應(yīng)語音警示和指示燈，GTM900C無線模塊再給手機回復(fù)短信，指示控制已完成。該系統(tǒng)適用各種手機或無線電話，可防電話騷擾、刪除已讀短信以及更換手機號后亦可實現(xiàn)對新號的默認(rèn)。
2系統(tǒng)硬件的設(shè)計
該系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，主要分為電源模塊、控制模塊、通信模塊、觸發(fā)模塊、驅(qū)動模塊和指示燈與語音警示模塊。
電源模塊為12 V蓄電池組，及由L7809、L7805和LM317芯片組成的＋12 V電源分別穩(wěn)壓為＋9 V、＋5 V和＋3．3 V的穩(wěn)壓電路，為后續(xù)幾大模塊供電。控制模塊即MSP430單片機最小系統(tǒng)核心板，＋5 V或＋3．3 V供電，由供電、晶振、上電復(fù)位、排針和JTAG接口電路組成，負(fù)責(zé)處理與GSM通信模塊之間的通信以及控制指示燈與語音警示模塊和觸發(fā)模塊。通信模塊即GTM900C短信模塊，＋9 V供電，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口、UART接口和SIM卡接口電路組成，主要負(fù)責(zé)收發(fā)手機短信控制指令，以及將控制指令發(fā)送給單片機并傳遞單片機返回的信息。控制模塊與通信模塊之間采用RS232串口通信，本系統(tǒng)兩者電平兼容，串口直接相連。驅(qū)動模塊采用固態(tài)繼電器，觸發(fā)模塊主要是固體繼電器觸發(fā)電路，原理圖見圖2。指示燈與語音警示模塊主要是由兩路LED燈和兩路單片語音集成電路構(gòu)成。LED燈電路由1 kΩ電阻和LED燈組成，單片機IO口直接驅(qū)動，一路作為單片機開機指示燈，另一路作為短信發(fā)送狀態(tài)指示燈。語音集成電路由語音集成芯片和揚聲器組成，＋3．3 V供電，脈沖觸發(fā)，一路作為運行指令的語音警示，另一路作為停止指令的語音警示，考慮成本，暫選用市面上已大規(guī)模應(yīng)用的語音模塊，規(guī)模化后可批量定制相應(yīng)語音模塊。
3系統(tǒng)程序的設(shè)計
GSM移動網(wǎng)絡(luò)運營商提供短信業(yè)務(wù)，一次可傳輸140英文字符或70漢字字符，完全適用柑橘園灌溉短信控制指令。GSM收發(fā)短信有兩種模式：基于AT命令的TEXT模式和基于AT命令的PDU模式。華為公司的GTM900C均支持兩種模式，考慮到TEXT模式易于編程，本系統(tǒng)采用TEXT模式。本系統(tǒng)收發(fā)短信分別采用AT＋CNMI指令和AT＋CMGC指令。先測試GSM與PC機通信程序，整理出程序框架與流程，再對照編寫GSM與單片機通信程序。程序的核心在于對串口接收到的數(shù)據(jù)的判定。單片機編程使用C語言，主程序流程圖見圖3。
4小結(jié)
該文所論述的山地柑橘園灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要采用模塊化設(shè)計，便于應(yīng)用到現(xiàn)有柑橘園滴灌系統(tǒng)上，亦可應(yīng)用到先進(jìn)的現(xiàn)代灌溉自動控制系統(tǒng)中，建設(shè)與應(yīng)用成本低，后續(xù)擴(kuò)展空間大，已裝成樣機，并申請幾項相關(guān)專利。系統(tǒng)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工科基地進(jìn)行了試驗，效果穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目的。圍繞柑橘園灌溉系統(tǒng)，有大量工作可開展。合理利用現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)，綜合運用信息技術(shù)、自動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)，采用模塊化設(shè)計理念及系統(tǒng)工程的原理，統(tǒng)籌規(guī)劃，可減少資金、能源和人力投入，降低生態(tài)負(fù)荷，營造柑橘生長需要的生態(tài)環(huán)境，有效施肥，防病蟲害，可促進(jìn)柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)和諧。
參考文獻(xiàn)：
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隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機終端技術(shù)與遠(yuǎn)程控制技術(shù)日新月異，給人們生產(chǎn)生活帶來方便的同時，卻也存在著巨大的安全隱患。由于計算機網(wǎng)絡(luò)具有很強的開放性與傳輸性，網(wǎng)絡(luò)上存在大量影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可靠性與安全性的因素，網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒傳播、硬件故障等都可能導(dǎo)致計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)崩潰，造成數(shù)據(jù)信息的丟失。特別對于企業(yè)計算機控制系統(tǒng)來說，如果出現(xiàn)問題，甚至?xí)斐缮虡I(yè)機密信息的丟失或泄露，給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，因此保障計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)安全運行的可靠性非常重要。
1 計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和終端技術(shù)的發(fā)展，給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用提供了可能。遠(yuǎn)程控制是指主控端電腦通過Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離控制被控端電腦的一門技術(shù)，其原理如圖1所示。
計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過安裝在主控端電腦的客戶端程序和安裝在受控端電腦的服務(wù)器程序進(jìn)行控制，依托于網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在兩臺計算機之間建立起數(shù)據(jù)交換，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。
主控端電腦負(fù)責(zé)發(fā)送指令和顯示受控端電腦執(zhí)行程序的結(jié)果。某些遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使用了Web技術(shù)，主控端可通過IE瀏覽器運行位于服務(wù)器端中的主控端程序來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。通過遠(yuǎn)程控制軟件，我們可以進(jìn)行多種遠(yuǎn)程操作，可以使用被控端電腦的上的所有資源，包括與之相連的所有設(shè)備。
在計算機與計算機相互間或與終端設(shè)備中進(jìn)行信息傳遞的方式是計算機通信，它是以數(shù)據(jù)通信形式來出現(xiàn)的。計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)相互融合的結(jié)果，通常應(yīng)用于軍隊指揮、武器控制、遠(yuǎn)程信息處理、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公等多種領(lǐng)域當(dāng)中，為社會現(xiàn)代化的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。計算機的傳輸控制技術(shù)對信息相關(guān)資源進(jìn)行了有效地信息把握與信息傳遞，計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)占據(jù)了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心地位。所以說數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與安全性決定著計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)的成熟性與穩(wěn)定性，同時它也是計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)的價值所在。
2 影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可靠性的因素
隨著現(xiàn)代社會信息化程度越來越高，對計算機技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，計算機已融入社會活動的各個領(lǐng)域，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步，發(fā)揮著積極作用。毫無疑問，計算機給人們生活、工作、學(xué)習(xí)帶來了極大便利。但計算機網(wǎng)絡(luò)上，存在諸多不確定因素和不安全因素，具有開放性與復(fù)雜性等特點，大量網(wǎng)絡(luò)攻擊和病毒攻擊，都可能對計算機控制系統(tǒng)的安全造成影響。此外，由于程序設(shè)定錯誤或使用中的錯誤操作，都可能引起計算機控制系統(tǒng)的崩潰，影響到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，對計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行的可靠性造成負(fù)面影響，大體上來看，影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行可靠性的主要因素來自以下兩方面：
2.1 病毒入侵
病毒入侵是影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行的最主要因素，它的原理是利用病毒可復(fù)制的特性來對所入侵網(wǎng)絡(luò)加以拷貝，從而破壞內(nèi)部控制系統(tǒng)的有效運行并達(dá)到盜取數(shù)據(jù)的目的，同時病毒入侵還具有一定的隱蔽性及可繁殖特性，還有一定的潛伏期與寄生性能，使得計算機控制系統(tǒng)很難被發(fā)現(xiàn)并及時解決。
2.2 設(shè)備因素
計算機設(shè)備是用戶通過終端達(dá)到遠(yuǎn)程控制目的的重要保障，從另一種層面來說，它也是影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行安全的重要因素。合理的設(shè)備使用可以保障計算機之間或計算機與客戶端間的數(shù)據(jù)完整性運輸，因此，計算機的設(shè)備因素需要做安全的考量。首先大型計算機操作設(shè)備的電壓維持穩(wěn)定是運行可靠的關(guān)鍵;其次計算機的網(wǎng)絡(luò)傳輸信號要有抗干擾措施或設(shè)備，這樣能保證所傳輸?shù)男盘柌灰资艿诫姶泡椛湫盘柛蓴_，造成信號中斷現(xiàn)象;最后計算機集線器要穩(wěn)定安全，這樣才能穩(wěn)定達(dá)到控制的目的。
3 計算機通信與控制系統(tǒng)運行可靠性的提升對策
通過前文對影響計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行可靠性因素的分析，可以知道影響系統(tǒng)可靠性的原因多種多樣，很多原因都會對計算機的控制系統(tǒng)運行可靠性造成影響。在此情況下，可以通過以下幾點來保障計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運行的可靠性：
3.1 采取網(wǎng)絡(luò)防護(hù)措施
網(wǎng)絡(luò)威脅無處不在，網(wǎng)絡(luò)安全問題不可規(guī)避，網(wǎng)絡(luò)具有開放性，一部分不法之徒，妄圖利用網(wǎng)絡(luò)病毒，遠(yuǎn)程控制他人計算機，盜取他人賬號密碼信息或其他私人信息，竊取他人數(shù)據(jù)和財產(chǎn)，給計算機用戶造成巨大損失。為了提高計算機控制系統(tǒng)運行可靠性與穩(wěn)定性，必須采取一定的網(wǎng)絡(luò)安全措施，不僅要安裝網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)軟件，制定網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)計劃。同時，應(yīng)對文件信息進(jìn)行加密，對通信通道采取動態(tài)加密處理措施，利用密碼驗證手段，驗證用戶身份，通過數(shù)字簽名來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訪問權(quán)限。具體加密過程中，應(yīng)時常更換密碼，避免密碼泄露，造成網(wǎng)絡(luò)安全問題，引起系統(tǒng)癱瘓。
3.2 定期進(jìn)行硬件系統(tǒng)檢查
硬件系統(tǒng)是計算機通信系統(tǒng)與控制系統(tǒng)運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，若硬件系統(tǒng)出現(xiàn)問題，必然造成通信信號中斷，系統(tǒng)癱瘓，無法維持正常運行，保障硬件系統(tǒng)穩(wěn)定性是保障軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提條件。但硬件系統(tǒng)在長期運行中，難免會發(fā)生一系列的故障問題。因此，為了降低故障率，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，應(yīng)定期進(jìn)行硬件系統(tǒng)運行狀態(tài)檢查，了解硬件設(shè)備狀況，若發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)備故障隱患，必須及時進(jìn)行維護(hù)或更換，避免故障點擴(kuò)大。
4 結(jié)語
通過對計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計分析，病毒入侵及設(shè)備問題的可靠性影響因素的了解，從而采取各種方式來進(jìn)行科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)管理化，使得計算機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的運行可靠性進(jìn)一步的提升，并同時具有安全性及穩(wěn)定性，只有這樣才能使計算機遠(yuǎn)程控制技術(shù)更好地得到最大的利用和發(fā)揮。
【關(guān)鍵詞】 B/S架構(gòu) 智能家居 遠(yuǎn)程控制 USB
隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)愈加成熟，智能家居已經(jīng)越來越深入到人們的生活當(dāng)中[1]。智能家居的出現(xiàn)令生活更加方便，主人可以通過特定的網(wǎng)絡(luò)連接到家庭里的控制中心設(shè)備，對家里的情況進(jìn)行監(jiān)控與操控。典型的智能家居系統(tǒng)采用家庭內(nèi)部自組織小型局域網(wǎng)，通過控制中心連接到外部，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[2]。這些系統(tǒng)在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時，大都采用了C/S模式，這樣就必須在用戶的移動終端上安裝特定的軟件才能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[3]。因此采用B/S架構(gòu)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制方式，只要用戶能夠使用上網(wǎng)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，比如使用筆記本或手機通過有線網(wǎng)絡(luò)、wifi或3G連接到互聯(lián)網(wǎng)，就能夠讓很方便地打開一個網(wǎng)頁，對家里的情況進(jìn)行監(jiān)控或控制。
本文提出了一種基于B/S架構(gòu)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的硬件主要有一個USB設(shè)備，該USB設(shè)備連接到控制中心主機上。主機架設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)站，并聯(lián)接至互聯(lián)網(wǎng)上。當(dāng)用戶需要監(jiān)控或控制時，只需要在電腦或手機上網(wǎng)打開該網(wǎng)頁，就可以對USB設(shè)備進(jìn)行操作，該USB設(shè)備再通過ZigBee對家居進(jìn)行狀態(tài)查詢或控制。
一、相關(guān)技術(shù)
B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)即瀏覽器（Browser）/服務(wù)器（Server）架構(gòu)，用戶的操作界面就是瀏覽器，使用瀏覽器來訪問服務(wù)器提供的服務(wù)。相較于傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)模式來說，B/S架構(gòu)讓用戶對服務(wù)器的訪問更加快捷方便。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)在控制主機上搭建網(wǎng)站，利用網(wǎng)站來控制USB設(shè)備運作。網(wǎng)站的開發(fā)使用技術(shù)，采用Microsoft Visual studio 2008工具進(jìn)行開發(fā)。作為微軟框架的一部分，由.NET框架提供的編程類庫組成，并為Web應(yīng)用提供程序模型。使用開發(fā)頁面可有猶如開發(fā)軟件程序一般，使軟件程序員在開發(fā)網(wǎng)頁應(yīng)用也變得非常簡單。在本文的設(shè)計當(dāng)中，USB設(shè)備的驅(qū)動程序可以單獨開發(fā)成動態(tài)鏈接庫，然后使用調(diào)用動態(tài)鏈接庫里的程序來達(dá)到頁面對USB設(shè)備的直接控制。
USB總線技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛，技術(shù)也十分成熟，大部分的設(shè)備上現(xiàn)在都存在USB接口，是一種很通用的接口協(xié)議。本系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中控制主機與外設(shè)之間的通信接口也采用USB連接方式。接口芯片采用了Cypress公司開發(fā)的CY7C68013A，該芯片是一款內(nèi)部集成了USB2.0收發(fā)器、SIE（串行接口引擎）、增強的8051微控制器、16KB的RAM、4KB的FIFO存儲器、I/O接口、數(shù)據(jù)總線、地址總線和通用可編程的接口（GPIF）的強大功能的芯片[4]。該芯片負(fù)責(zé)主機與ZigBee模塊之間的通信連接。
二、系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)主要分為3個部分：智能家居通過ZigBee構(gòu)成的本地網(wǎng)絡(luò)、USB設(shè)備與控制主機形成的本地控制中心和用戶的移動終端。如圖1所示。本文將重點描述USB設(shè)備的設(shè)計以及Web頁面通過USB設(shè)備對智能家居的控制程序設(shè)計。
本系統(tǒng)的USB設(shè)備采用56腳的CY68013A芯片作為接口芯片，該芯片集成了USB通信接口以及8051內(nèi)核，可以很方便的進(jìn)行USB通信的設(shè)計。該芯片有獨立的USB接口管腳“DPLUS”和“DMINUS”可與USB線纜直接連接，同時擁有三組通用I/O接口可連接ZigBee設(shè)備（如CC2430）與智能家居進(jìn)行無線通信，如圖2所示。芯片的固件程序采用類似51單片機的編程以及CYPRESS公司為用戶提供的子函數(shù)，主要完成的功能是：向主機提交VID和PID；對Interface（接口）配置和Endpoint（端點）的配置；通過固件程序的調(diào)度，完成ZigBee設(shè)備與主機之間的數(shù)據(jù)通信。
為了讓用戶能夠利用Web頁面通過USB對智能家居進(jìn)制控制，Web主機需要實現(xiàn)對USB設(shè)備進(jìn)行控制與通信的人機交互界面程序，并將該程序在頁面上實現(xiàn)。該程序?qū)SB設(shè)備的控制需要通過USB驅(qū)動程序，而驅(qū)動程序可以通過修改CYPRESS公司提供的EZ-USB通用驅(qū)動程序的INF文件獲得。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，將這些驅(qū)動程序封裝成為動態(tài)鏈接庫dll文件，然后在頁面代碼中，調(diào)用動態(tài)鏈接庫里的函數(shù)來達(dá)到對USB設(shè)備的控制，流程如圖3所示。
本系統(tǒng)的網(wǎng)站設(shè)計采用的工具是Microsoft Visual studio 2008，可以通過在軟件中點擊[文件]―[新建]―[網(wǎng)站]，并在新建網(wǎng)站選擇類型網(wǎng)站來創(chuàng)建一個新的網(wǎng)站，同時網(wǎng)站的編程語言采用了C#。為了能夠通過網(wǎng)站控制USB設(shè)備，需要完成以下步驟：
（1）首先將USB設(shè)備的驅(qū)動程序動態(tài)鏈接庫USBdev.dll存放在主機的系統(tǒng)文件夾System32中以保證網(wǎng)站程序能夠?qū)討B(tài)鏈接庫函數(shù)的調(diào)用；
（2）然后在頁面代碼中添加將動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)導(dǎo)入到網(wǎng)頁程序的語句，以便調(diào)用，如下面語句中的函數(shù)scan_device（）和dev_open（）。
完成以上步驟后，在頁面編程過程中，就可以直接調(diào)用已經(jīng)導(dǎo)入的驅(qū)動程序函數(shù)來與USB設(shè)備進(jìn)行通信。與USB設(shè)備的通信過程主要是為了向某個家居設(shè)備發(fā)送指令或讀取狀態(tài)，由于家居設(shè)備的類型有很多，需要的參數(shù)都不相同，因此控制主機與USB設(shè)備的通信過程需要制定指令格式對家居設(shè)備進(jìn)行控制。指令包含的參數(shù)有：指令類型、操作對象ID、操作類型、操作參數(shù)等。指令格式可以根據(jù)實際應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，在這里就不進(jìn)行詳細(xì)解釋。網(wǎng)站頁面的設(shè)計，可以根據(jù)用戶家庭內(nèi)的智能家居種類和數(shù)量來進(jìn)行設(shè)計，利用VS2008提供的各種頁面控件可以很容易實現(xiàn)一個簡潔的頁面。
三、結(jié)束語
本文設(shè)計了一種利用B/S架構(gòu)搭建智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過對USB設(shè)備進(jìn)行控制來達(dá)到Web頁面與硬件設(shè)備的通信。該系統(tǒng)的設(shè)計方案技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，且成本較低容易普及。系統(tǒng)的界面簡單，操作方便，用戶可以通過普通的上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁方式，就可以對家里的智能家居進(jìn)行控制。而且隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的進(jìn)步，通過Web網(wǎng)站的控制方式可以進(jìn)行豐富的擴(kuò)張，例如流媒體、云技術(shù)等。當(dāng)然，通過Web網(wǎng)站進(jìn)行智能家居的控制方式還需要考慮的安全保密等問題，這也是將來需要研究的一個問題。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程控制;現(xiàn)場可編程邏輯陣列;用戶權(quán)限
中圖分類號:TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
Design of Phone Remote Control System Based on FPGA
Abstract: Along with the development of science and technology。 information application has become the way of development in this century. This article describes a kind of intelligent remote control system based on public telephone network. This design use FPGA as controller。 to realize remote operation with user jurisdiction. This system uses public telephone network to transmit password and instruction operational code. It has the characteristics of being highly configurable。 controllable and reliable.
Key words: Remote Control; FPGA ; User jurisdiction
1引言
隨著社會的進(jìn)步以及科技的進(jìn)步,人們越來越期望科技能給人們帶來更多的便捷。其中在家電領(lǐng)域,為了適應(yīng)這種時展的潮流,家用電器的智能化及可遠(yuǎn)程控制化越來越受到人們的關(guān)注。海爾前幾年就提出了智能家居的概念,并且已經(jīng)研制出了相關(guān)的產(chǎn)品。信息家電的產(chǎn)生和發(fā)展將對傳統(tǒng)家電、計算機和通信業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
基于這樣的背景,本文設(shè)計了一個電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),本系統(tǒng)可以利用家庭電話,使得用戶可以通過電話控制與系統(tǒng)相連的電熱水器、空調(diào)、電飯鍋等各種受控電器的開、關(guān)及溫度設(shè)定等,實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
2系統(tǒng)硬件介紹
本系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖見圖1所示。
本系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:
鈴流檢測電路: 負(fù)責(zé)檢測電話呼叫鈴流。判斷是否摘機;
摘/掛機電路: 負(fù)責(zé)電話機接通與掛斷。實現(xiàn)系統(tǒng)與遠(yuǎn)程電話通信連接與斷開;
DTMF解碼電路: 負(fù)責(zé)對接收到的DTMF控制信號解碼。并將解碼數(shù)據(jù)傳送至FPGA;
EEPROM: 基于SPI協(xié)議的存儲器,負(fù)責(zé)存儲密碼等用戶信息;
語音提示電路: 主要用來存儲及播放語音以提示用戶執(zhí)行相關(guān)操作;
FPGA: 本系統(tǒng)的控制核心,用來控制電話摘機,接收用戶輸入,控制語音播放等一系列操作;
FPGA配置芯片: 用來對FPGA進(jìn)行上電配置,因為FPGA是基于RAM的存儲結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)掉電易失,所以采用基于PROM的FPGA配置芯片,在系統(tǒng)上電時,對FPGA進(jìn)行配置。
下面分別介紹各個部分的具體實現(xiàn),圖2所示為本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分電路原理圖(FPGA下載等部分忽略):
(1)鈴流檢測電路
當(dāng)正弦電話鈴流信號到來時,信號經(jīng)過電容C10濾去直流分量后,經(jīng)過光電耦合,由四個施密特觸發(fā)器構(gòu)成整流電路,并將整流后的方波信號傳送給FPGA。
(2)摘/掛機電路
該電路直接與電話并聯(lián)連接,當(dāng)FPGA完成對鈴流信號檢測,并滿足摘機條件后,FPGA的摘機信號Tele_on信號輸出高電平,使得晶體管T3導(dǎo)通,從而改變電路的電阻值,模擬電話摘機,實現(xiàn)本機與遠(yuǎn)程電話通信連接;掛機則由FPGA將Tele_on信號置低。
(3)DTMF解碼電路
本電路核心是DTMF解碼芯片HT9170,HT9170是HOLTEK公司生產(chǎn)的18腳DIP-SOP封裝的DTMF信號接收解碼芯片,它具有工作電壓低,靜態(tài)工作電流小,電路簡單,使用元件少且無需外部濾波器等優(yōu)點,可對接收到的16種DTMF信號進(jìn)行檢測和解碼。
此電路負(fù)責(zé)將由本機輸入的密碼或控制碼等DTMF信息轉(zhuǎn)變成4位的數(shù)字信號,并將其輸入到FPGA中,FPGA根據(jù)輸入信號執(zhí)行相關(guān)操作。
(4)EEPROM
本系統(tǒng)采用的是基于SPI串行通信協(xié)議的EEPROM芯片: X5045。X5045芯片內(nèi)含512字節(jié)存儲單元,10萬次可靠寫,數(shù)據(jù)保持時間100年。對X5045的操作是通過4根口線CS、SCK、SI和SO進(jìn)行同步串行通信來完成。SCK是外部輸入的同步時鐘信號。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時,時鐘前沿將SI引腳信號輸入;在讀取數(shù)據(jù)時,時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到SO引腳上。數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是高位在先。
本系統(tǒng)采用EEPROM的用意在于存儲密碼等用戶信息,因為FPGA是基于RAM編程,掉電易失,所以必須將用戶密碼、電話等信息存儲在存儲器中。當(dāng)用戶輸入密碼后,FPGA讀取EEPROM中的密碼信息,與用戶輸入密碼進(jìn)行比較。如果正確則給用戶操作權(quán)限,否則將用戶鎖定,不給此用戶工作權(quán)限。
(5)語音提示電路
本部分電路主要由ISD1420系列芯片及其附件組成。本電路的作用是在用戶進(jìn)行操作的過程中進(jìn)行相關(guān)的語音提示,這部分電路的硬件并不復(fù)雜,但提示音的播放需要程序參與。本系統(tǒng)采用ISD1420實現(xiàn)語音提示的存儲與播放提示。分別在FPGA的控制下提示用戶輸入密碼,輸入操作碼,修改密碼等一系列操作。本部分電路還有一個可開關(guān)的喇叭,可用來提示現(xiàn)場。
(6)FPGA及其配置電路
本部分是本系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵部分。整個系統(tǒng)都是在此FPGA的調(diào)度下完成相關(guān)操作。本設(shè)計采用的是ALTERA公司生產(chǎn)的Cyclone系列FPGA: EP1C3T144C8芯片。其配置芯片采用的是EPCS1系列配置芯片,系統(tǒng)上電后,EPCS1通過主動串行模式對FPGA進(jìn)行配置。
EP1C3系列FPGA采用了144管腳的扁平封裝,用戶IO管腳高達(dá)89個,邏輯規(guī)模達(dá)到5萬門,用戶資源比較豐富,完全可以滿足中等復(fù)雜情況下的應(yīng)用要求。在本系統(tǒng)中,FPGA的109-144管腳被用來作為系統(tǒng)控制端口,分別作為鈴流輸入端,自動摘機控制端,DTMF數(shù)據(jù)輸入端,EPPROM控制端,語音電路控制端以及控制信號輸出端口。其余管腳通過擴(kuò)展端口引出,可以在以后的開發(fā)中進(jìn)行功能擴(kuò)展。
3系統(tǒng)工作流程
如圖3所示為本系統(tǒng)的具體工作流程:
本系統(tǒng)的工作流程是:當(dāng)用戶撥打與系統(tǒng)相連的電話機后,鈴流檢測電路將正弦鈴流信號轉(zhuǎn)成數(shù)字脈沖信號,并傳輸給控制器FPGA,FPGA判斷符合條件后控制電話摘機,并產(chǎn)生提示音提示用戶輸入密碼;當(dāng)用戶輸入密碼后,DTMF解碼電路將輸入的DTMF密碼信號轉(zhuǎn)變成4位數(shù)字信號,并輸入到FPGA中,FPGA接收完密碼數(shù)據(jù)后,通過SPI串行通信方式從EEPROM中讀取用戶預(yù)設(shè)密碼,并與用戶輸入密碼進(jìn)行比較:
(1)如果密碼正確,FPGA控制語音部分向用戶進(jìn)行語音提示,提示用戶輸入操作碼:
操作碼1:語音提示用戶輸入控制碼;
操作碼2:語音提示輸入修改的密碼;
通過DTMF解碼電路將后續(xù)操作碼傳輸給FPGA,FPGA根據(jù)操作碼執(zhí)行相關(guān)操作;
(2)如果密碼錯誤,FPGA控制語音電路向用戶進(jìn)行語音提示,提示用戶密碼錯誤,重新輸入,并記錄錯誤次數(shù),當(dāng)用戶輸入密碼錯誤次數(shù)達(dá)到3次,則FPGA將電話掛機,禁止用戶操作。
4FPGA控制器設(shè)計
根據(jù)設(shè)計的操作流程,本系統(tǒng)采用Verilog HDL硬件描述語言編寫了FPGA控制器的代碼以及測試文件(testbench),并且在Modelsim_SE環(huán)境下進(jìn)行了設(shè)計代碼的編譯與功能仿真。
在功能仿真階段,筆者用testbench仿真了鈴流,各種操作碼以及密碼的輸入。按照操作流程分別輸入錯誤密碼及正確密碼,直至實現(xiàn)摘機;在其后的工作環(huán)境下仿真各種操作碼輸入,觀察控制器對應(yīng)的操作。經(jīng)過完備的仿真分析,證明控制器代碼設(shè)計是正確的。其中部分關(guān)鍵信號仿真結(jié)果如圖4所示。
硬件描述部分主要分三個模塊,分別是主控制器模塊,鈴流判斷模塊以及DTMF碼接收處理模塊。代碼在Synplify環(huán)境下的綜合結(jié)果如圖5所示。
鈴流判斷功能模塊負(fù)責(zé)采集并判斷鈴流信號,在滿足接通條件后,產(chǎn)生使能信號,以通知控制模塊實現(xiàn)電話連接。
DTMF碼接收處理模塊的主要功能是防止誤操作。在此部分功能模塊設(shè)計中,我們在模塊內(nèi)部設(shè)計了一個移位寄存器實現(xiàn)不間斷數(shù)據(jù)采樣,在數(shù)據(jù)最穩(wěn)定的階段,即采樣數(shù)據(jù)全1或全0情況下,才采用握手信號通知控制器采集DTMF解碼數(shù)據(jù),以確保防止由于數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或者外部干擾等情況引起的誤操作,保證系統(tǒng)可靠與穩(wěn)定。
主控制器模塊主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度與操作。此功能模塊采用復(fù)雜的狀態(tài)機設(shè)計來實現(xiàn)操作。其主要實現(xiàn)的功能有摘機,語音播放,密碼修改,讀/寫EEPROM,接收密碼與操作碼,輸出操作指令,掛機等一系列操作。
5系統(tǒng)調(diào)試
在完成理論設(shè)計與軟件仿真、綜合等工作后,筆者進(jìn)一步完成了PCB板設(shè)計,并完成了系統(tǒng)的電路板設(shè)計。在現(xiàn)場調(diào)試過程中,筆者經(jīng)過不斷調(diào)整與修改軟硬件設(shè)計,最終實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。如圖6所示為系統(tǒng)實物圖。
6結(jié)束語
本系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試,完成了預(yù)期的功能。而且采用低成本FPGA設(shè)計,其作為集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用,實現(xiàn)了集成電路設(shè)計與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的緊密結(jié)合。同時其較豐富的用戶資源,確保了本系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和可升級性,用戶完全可以根據(jù)需要定制不同的功能操作。
本文創(chuàng)新點:系統(tǒng)具有密碼控制,使得用戶必須有權(quán)限方可實現(xiàn)操作。同時采用基于SPI協(xié)議的EEPROM存儲用戶信息,用戶可以修改密碼等信息,保證系統(tǒng)的安全性。采用FPGA設(shè)計,Verilog HDL硬件描述語言描述的硬件控制器,摒棄了傳統(tǒng)設(shè)計的不可更改,可根據(jù)需要設(shè)計相應(yīng)的硬件控制器,非常方便用戶在日后使用中的升級與自配置。
參考文獻(xiàn)
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[2] 劉恩科 朱秉升 半導(dǎo)體物理學(xué) 北京:電子工業(yè)出版社 2003.8
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關(guān)鍵詞：視頻檢測PCI總線PPP協(xié)議
引言
隨著計算機視覺技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機視覺和視頻檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能交通、設(shè)備制造等很多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的視頻檢測往往采用工控機作為其視頻處理器來實現(xiàn)其功能。這種方法往往由于工控機處理速度的問題，無法實現(xiàn)對各個不同方向同時進(jìn)行視頻檢測，而且由于視頻檢測處理過程需要占用大量的處理時間，因而無法實現(xiàn)實時的遠(yuǎn)程控制功能。
目前在遠(yuǎn)程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系統(tǒng)的通信平臺得到普遍的引用，但是DOS操作系統(tǒng)作為單任務(wù)操作系統(tǒng)，無法實現(xiàn)多任務(wù)功能和實時處理的要求；而Windows操作系統(tǒng)作為視窗操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性也無法與實時多任務(wù)嵌入式操作相比擬。
本文提出一種以DSP作為視頻檢測處理芯片，以Linux為操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的開發(fā)主要包括視頻檢測卡和x86通信平臺的設(shè)計2個部分。視頻檢測卡主要包括模擬圖像采集、轉(zhuǎn)換、DSP視頻檢測3個部分，每塊交換參數(shù)檢測卡擴(kuò)充PCI總線接口，插在通信開發(fā)平臺的PCI總線插口上，通過PCI總線同通信平臺交換數(shù)據(jù)。通信平臺處理多塊交通參數(shù)檢測卡的通信問題，將視頻檢測卡通過PCI總線傳送過來的視頻檢測數(shù)據(jù)實時通過網(wǎng)絡(luò)傳送給控制中心。系統(tǒng)的功能方框圖如圖1所示。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，視頻檢測卡功能主要分為：模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及DSP視頻檢測5個部分。視頻檢測卡流程如圖2所示。
本系統(tǒng)采用Philips公司的SAA7111A來實現(xiàn)模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換。該芯片可實現(xiàn)多路選通、鎖相與時序、時鐘產(chǎn)生與測試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式：YUV4：1：1（12bit）、YUV4：2：2（16bit）、YUV4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同，可以通過CPLD進(jìn)行邏輯控制FIFO來完成數(shù)據(jù)緩存的功能。
DSP是實時信號處理的核心。本系統(tǒng)采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點系列，C6211在這個系列中是性價比最高的一種。C6211處理器由3個主要部分組成：CPU內(nèi)核、存儲器和外設(shè)。集成外設(shè)包括EDMA控制器、外存儲器接口（EMIF）、主機口（HPI）、多通道緩沖接口（McBSP）、定時器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時鐘發(fā)生器。通過EMIF接口擴(kuò)充SDRAM，而PCI總線控制芯片的擴(kuò)展通過HPI接口。
PCI總線的接口芯片PCI9050，主要包括PCI總線信號接口和本地總線（LOCALBUS）信號。在硬件設(shè)計時，只需將本地總線信號的接口通過電平轉(zhuǎn)換連接到DSP的HPI接口，同時擴(kuò)展PCI接口就可以完成其硬件電路設(shè)計。
2通信開發(fā)平臺的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計
通信開發(fā)平臺以x86為核心器件，擴(kuò)充PCI總線，通過Modem撥號，實現(xiàn)x86與Internet的連接。
2.1PCI總線設(shè)備驅(qū)動
PCI設(shè)備有3種物理空間：配置空間、存儲器空間和I/O空間。配置空間是長度為256字節(jié)的一段連接空間，空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設(shè)備標(biāo)識、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標(biāo)類型。其中供應(yīng)商代碼用來標(biāo)識設(shè)備供應(yīng)商的代碼；設(shè)備標(biāo)識用來標(biāo)識某一特殊的設(shè)備；修改版本標(biāo)識設(shè)備的版本號；分類代碼用來標(biāo)識設(shè)備的種類；頭標(biāo)類型用來標(biāo)識頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其它字段的值由供應(yīng)商分配。
命令字段寄存器用來提供設(shè)備響應(yīng)的控制命令字；狀態(tài)字段用來記錄PCI總線相關(guān)事件（詳細(xì)的命令控制和狀態(tài)讀取方法見參考文獻(xiàn)4）。
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設(shè)備的系統(tǒng)地址空間。在基地址寄存器中，bit0用來標(biāo)識是存儲器空間還是I/O地址空間。基地址寄存器映射到存儲器空間時bit0為“0”，映射到I/O地址空間時bit0為“1”。基地址空間中其它一些內(nèi)容用來表示PCI設(shè)備地址空間映射到系統(tǒng)空間的起始物理地址。地址空間大小通過向基地址寄存器寫全“1”，然后讀取其基地址的值來得到。
PCI設(shè)備的驅(qū)動過程主要包括下面幾個步驟。
首先，PCI設(shè)備的查找。在嵌入式操作系統(tǒng)中一般提供相應(yīng)的API函數(shù)，在Linux操作系統(tǒng)中通過函數(shù)pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供應(yīng)商代碼為PCI-ID，設(shè)備標(biāo)識為PCI-DEVICE的第n(index+1)個設(shè)備，并且返回總線號和功能號，分別保存于bus和devfn中。
第2步，PCI設(shè)備的配置。通過操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)訪問PCI設(shè)備的配置空間，配置PCI設(shè)備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等，這樣可以得到PCI的存儲器空間和I/O地址空閑映射，設(shè)備的中斷號等。在Linux操作系統(tǒng)中，訪問PCI設(shè)備配置空間的API函數(shù)有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等，它們分別完成對PCI設(shè)備配置空間的讀寫操作。
第3步，根據(jù)PCI設(shè)備的配置參數(shù)，對不同的設(shè)備編寫初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對PCI設(shè)備存儲空間的訪問程序。
2.2遠(yuǎn)程控制與通信鏈路的建立
與Internet連接的數(shù)據(jù)鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網(wǎng)的連接方式，廣泛應(yīng)用于本地計算機的連接。通過Modem進(jìn)行撥號連接的串行通信方式，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，下面詳細(xì)介紹串行通信接口協(xié)議方式。
串行通信協(xié)議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協(xié)議。SLIP和CSLIP提供一種簡單的通過串行通信實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報封裝方式，通過RS232串行接口和調(diào)試解調(diào)器接入Internet。但是這種簡單的連接方式有很多缺陷，如每一端無法知道對方IP地址；數(shù)據(jù)幀中沒有類型字段，也就是1條串行線路用于SLIP就不能同時使用其它協(xié)議；SLIP沒有在數(shù)據(jù)幀中加上檢驗和，當(dāng)SLIP傳輸?shù)膱笪谋痪€路噪聲影響發(fā)生錯誤時，無法在數(shù)據(jù)鏈路層檢測出來，只能通過上層協(xié)議發(fā)現(xiàn)。
PPP（PointtoPointProtocal，點對點協(xié)議）修改了SLIP協(xié)議中的缺陷。PPP中包含3個部分：在串行鏈路上封裝IP數(shù)據(jù)報的方法；建立、配置及測試數(shù)據(jù)鏈路的鏈路控制協(xié)議（LCP）；不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）。PPP相對于SLIP來說具有很多優(yōu)勢；支持循環(huán)冗余檢測、支持通信雙方進(jìn)行IP地址動態(tài)協(xié)商、對TCP和IP報文進(jìn)行壓縮、認(rèn)證協(xié)議支持（CHAP和PAP）等。圖4為PPP數(shù)據(jù)幀的格式。
PPP的實現(xiàn)可以通過2個后臺任務(wù)來完成。協(xié)議控制任務(wù)和寫任務(wù)。協(xié)議控制任務(wù)控制各種PPP的控制協(xié)議，包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來處理連接的建立、連接方式的協(xié)商、連接用戶的認(rèn)證以及連接中止。寫任務(wù)用來控制PPP設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)報的發(fā)送過程，就是通過寫任務(wù)往串行接口設(shè)備寫數(shù)據(jù)的過程，當(dāng)有數(shù)據(jù)報準(zhǔn)備就緒，PPP驅(qū)動通過信號燈激活寫任務(wù)，使之完成對串行接口設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。PPP接收端程序通過在串行通信設(shè)備驅(qū)動中加入“hook”程序來實現(xiàn)。在串行通信設(shè)備接收到1個數(shù)據(jù)之后，中行設(shè)備的中斷服務(wù)程序（ISR）調(diào)用PPP的ISR。當(dāng)1個正確的PPP數(shù)據(jù)幀接收之后，PPP的ISR通過調(diào)度程序調(diào)用PPP輸入程序，然后PPP輸入程序從串行設(shè)備的數(shù)據(jù)緩存中將整個PPP數(shù)據(jù)幀讀出，根據(jù)PPP的數(shù)據(jù)幀規(guī)則進(jìn)行處理，也就是分別放入IP輸入隊列或者協(xié)議控制任務(wù)的輸入隊列。
PPP現(xiàn)在已經(jīng)廣泛為各種ISP（InternetSeverProvider）接受，而Linux操作系統(tǒng)下完全支持PPP協(xié)議。在Linux下網(wǎng)絡(luò)配置過程中，通過1個Modem建立與ISP的物理上的連接，然后在控制面板（ControlPanel）里面選擇NetowrksConfiguration。在接口（Interface）里面加入PPP設(shè)備，填入ISP電話號碼、用戶以及密碼，同時將本地IP和遠(yuǎn)端IP設(shè)置為0.0.0.0，修改/ETC/PPP/OPTION，加上DEFAULTROUE，由ISP提供缺省路由，這樣就完成了設(shè)備的PPP數(shù)據(jù)鏈路設(shè)置過程，可以通過Internet實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
結(jié)束語
該設(shè)計方法已成功應(yīng)用于智能交換系統(tǒng)的交通參數(shù)檢測系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，采用4塊DSP視頻檢測卡實現(xiàn)4個不同路面區(qū)域的交通參數(shù)檢測，同時采用Linux作為通信平臺的操作系統(tǒng)；通過PPP協(xié)議建立與監(jiān)控中心的連接，實現(xiàn)監(jiān)控中心對各個視頻檢測卡的遠(yuǎn)程控制。
關(guān)鍵詞 PLC技術(shù)；管道閥門；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
中圖分類號TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2014）110-0000-00
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工巡檢燃?xì)夤艿赖拈y門方式已經(jīng)逐漸的不能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。通過使用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，可以對燃?xì)夤艿篱y門現(xiàn)場采集必要的數(shù)據(jù)和進(jìn)行控制，使用PLC技術(shù)將相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)接到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中，最終實現(xiàn)對閥門的自動控制和故障處理。通過對燃?xì)夤艿篱y門的遠(yuǎn)程控制，可以有效的提高設(shè)備生產(chǎn)的自動化水平，促進(jìn)企業(yè)的安全生產(chǎn)。
1燃?xì)夤艿篱y門的遠(yuǎn)程控制的意義
在燃?xì)夤艿乐校捎谄溥\輸距離比較大，如果采用手動閥門的方式，當(dāng)管線在某段中出現(xiàn)故障需要進(jìn)行切斷或者關(guān)閉是，需要操作人員到現(xiàn)場進(jìn)行關(guān)斷。這樣不僅增加了事故的反應(yīng)時間，同時也對管道的安全產(chǎn)生不良的影響。為了提高燃?xì)夤艿赖倪\輸安全，對燃?xì)夤艿篱y門進(jìn)行全過程的監(jiān)控成為了其中的重要措施。通過使用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，當(dāng)管道出現(xiàn)安全故障報警的時候可以在監(jiān)控系統(tǒng)中將閥門直接切斷，有效的降低了管道的切斷時間，通過了對事故的處理能力，通過了燃?xì)夤艿赖目煽啃院桶踩浴?/p>
隨著嵌入式計算的不斷發(fā)展，控制器的功能也越來越強大，其中具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式控制器在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在管道的閥門控制是其中重要的內(nèi)容。通過使用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠?qū)艿篱y門進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，從而保障了生產(chǎn)的安全。結(jié)合嵌入式技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，基于對燃?xì)夤艿篱y門控制的可靠性和遠(yuǎn)程控制要求，通過設(shè)計并且實現(xiàn)具有遠(yuǎn)程通信、雙電流信號冗余輸出以及具有自愈功能的閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能夠有效的保證生產(chǎn)的可靠運行。無線通信技術(shù)能夠使控制器和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的命令并且對執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行反饋。當(dāng)閥門控制器同時輸出了2路相同的信號時，只要其中一路滿足關(guān)閉閥門的要求就能夠立即執(zhí)行關(guān)閉操作，保證了控制系統(tǒng)的安全運行。系統(tǒng)還能夠自主的對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行診斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷或者異常現(xiàn)象時，可以自主的呼叫上位機，直到網(wǎng)絡(luò)通信恢復(fù)為止。如果閥門控制器在比較長的時間內(nèi)處于中斷或者異常狀態(tài)，系統(tǒng)將會自動重啟應(yīng)用程序。
2燃?xì)夤艿篱y門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究
在管道閥門的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，常常利用計算機作為上位機，采用相關(guān)的通信協(xié)議，從而形成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，并且例如相關(guān)的通信方式和各閥門下位機進(jìn)行PLC通信，然后將各個閥門站點的信息傳送到監(jiān)控中心中，從而實現(xiàn)對閥門的遠(yuǎn)程控制。其具體的工作過程是傳感器將檢測到的信號通過屏蔽電纜傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換后將相關(guān)的數(shù)據(jù)中傳輸?shù)綌?shù)據(jù)寄存器供PLC讀取。PLC將數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心中，從而完成一次對閥門數(shù)據(jù)采集。在遠(yuǎn)程控制中由監(jiān)控中心發(fā)出相關(guān)的指令，PLC接收到信號后通過輸出端口控制驅(qū)動裝置來控制閥門的關(guān)停。燃?xì)夤艿篱y門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)如下圖所示：
在上位機的設(shè)計中可以選擇技術(shù)比較成熟的設(shè)備，這樣可以通過系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)的研發(fā)周期。上位機的軟件系統(tǒng)可以用VB語言來設(shè)計，從而方便實現(xiàn)需要的監(jiān)控功能。上位機軟件系統(tǒng)包含了通信參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、安全模塊以及閥門控制模塊等部分，上位機軟件系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對閥門的控制，而且還考慮到了數(shù)據(jù)庫操作和系統(tǒng)的安全。閥門控制模塊是上位機的核心，它可以使上位機對PLC控制裝置的遠(yuǎn)程控制。
下位機的硬件系統(tǒng)包含了主控單元模塊、人機接口模塊、數(shù)據(jù)采集以及控制模塊、通信模塊等內(nèi)容，其中主控單元模塊是下位機的核心，它是由PLC系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集和控制模塊是下位機控制系統(tǒng)的輸入和輸出部分，能夠完成對閥門的各種報警信號以及運行狀態(tài)進(jìn)行采集，同時對閥門進(jìn)行關(guān)停控制等。在數(shù)據(jù)采集模塊中，除了一般的采集狀態(tài)外，還包含了對電機過熱、電機缺相、緊急制動狀態(tài)的采集等，提高了下位機的監(jiān)控能力。在下位機中不僅可以實現(xiàn)對閥門的遠(yuǎn)程控制，而且還保留了現(xiàn)場控制功能，可以通過現(xiàn)場操作器來完成。在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信中，GPRS網(wǎng)絡(luò)由于覆蓋面比較廣泛，而且技術(shù)成熟、維護(hù)成本低、信號穩(wěn)定等優(yōu)點，因此可以在計算機和PLC之間進(jìn)行無線通信，提高了信號的抗干擾能力。下位機的軟件系統(tǒng)主要是采集閥門的運行信號、控制閥門動作以及響應(yīng)上位機的命令等，為了準(zhǔn)確的對閥門進(jìn)行控制避免虛假報警的情況，系統(tǒng)對輸入的信號都進(jìn)行了數(shù)字濾波處理。下位機在對信號分析之后，根據(jù)相關(guān)的命令來控制閥門的關(guān)停動作。當(dāng)上位機對下位機發(fā)出命令的時候，下位機就會進(jìn)入到中斷程序。在這種情形下應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)場進(jìn)行保護(hù)，讀取中斷寄存器分析中斷的原因。如果是由于接收中斷引起的，那么應(yīng)當(dāng)置接數(shù)據(jù)標(biāo)志并且讀取數(shù)據(jù)，然后釋放出緩存，最后恢復(fù)現(xiàn)場。
3 結(jié)論
在燃?xì)夤艿篱y門的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計中，通過例如先進(jìn)的信息技術(shù)和控制技術(shù)，能夠使閥門控制系統(tǒng)準(zhǔn)確的受到無線通信網(wǎng)絡(luò)的信號，從而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對閥門的遠(yuǎn)距離操作，有效的保證了生產(chǎn)的安全。同時在PLC程序中利用閥門的反饋信號，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的冗余保護(hù)。當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠通過重啟的方式來恢復(fù)通信，保障了系統(tǒng)的可靠性。
關(guān)鍵詞：電力線載波技術(shù)；電話遠(yuǎn)程控制；PIC單片機；雙音多頻
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)06-047-03
Design of Long-distance Intelligent Control System for Home-using Appliance Based
on Home-use Power Line Network and Program-Controlled Telephone Network
LI Xiaoguang，JIA Zhanling
(Henan Xuchang Electric Power Company，Xuchang，461000，China)
Abstract：This article studies the dual-tone multi-frequency transceiver MT8880 and power line carrier module PLC3K.It designs a long-distance intelligent control system for home-using appliance which is based on PIC16F874 MCU，existing home-use power line network and program-controlled telephone network.It has reliable and stable network.
Keywords：power line carrier technology；telephone long-distance control；PIC；dual-tone multi-frequency
智能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一種利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能控制技術(shù)、電子技術(shù)等多種技術(shù)為一體的現(xiàn)代家電控制系統(tǒng)。智能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的出現(xiàn)可以減少人們對保姆的依賴，提高家用電器的使用靈活性，大大減少家用電器的使用對人們在時間上、空間上造成的束縛，從而提高人們的整體生活水平。總而言之，智能家電遠(yuǎn)程控制是未來家電發(fā)展的必然趨勢。
1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
(1) 電話智能遙控電路由PIC16F874單片機構(gòu)成主控部分，進(jìn)行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并發(fā)送給各電器控制子站；接口電路提供單片機與電話外線的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別以及語音提示電路。
(2) 遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇
要實現(xiàn)智能家電的遠(yuǎn)程控制，最關(guān)鍵的是通訊技術(shù)。如今，GSM，GPRS，CDMA，程控電話網(wǎng)，計算機網(wǎng)絡(luò)都可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通訊。從網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，通訊產(chǎn)品的普及程度和移動性考慮，程控電話網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)點，技術(shù)成熟，通訊質(zhì)量好、建設(shè)早、覆蓋面廣等。而且現(xiàn)在的GSM/CDMA也可以接入程控電話網(wǎng)，這樣智能家電的遠(yuǎn)程控制既可以使用固定電話作為控制終端，還可以使用移動電話作為控制終端，人們可以隨時隨地使用手上的電話，對家電實現(xiàn)控制。雖然GPRS/計算機網(wǎng)絡(luò)具有通訊成本低的優(yōu)點，但是考慮到目前其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面還不夠廣、通訊終端成本太高等因素，本文選擇了程控電話網(wǎng)作為家電遠(yuǎn)程控制的通訊網(wǎng)絡(luò)。
(3) 家庭控制網(wǎng)絡(luò)的選擇
現(xiàn)代家庭有多種家用電器，分布于一套房子的各個角落。要實現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制，必須建立一個小型的控制網(wǎng)絡(luò)來集中進(jìn)行控制。為了避免重新布線和破壞已有的家庭裝修，選擇電力線將各個家用電器控制子站與控制中心連接，利用電力線載波通訊實現(xiàn)子站與控制中心的連接。
2 硬件電路的設(shè)計
2.1 PIC16F874主控單片機
這是一個高性能精簡指令集的CPU；只有35條單字指令；多達(dá)8 k×14 Word可重復(fù)多次的FLASH程序存儲器，多達(dá)368 B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，256 B E2PROM數(shù)據(jù)存儲器；中斷源多達(dá)8個；8級深度硬件堆棧；具有上電復(fù)位；具有電源上升定時器和振蕩器；起振定時器；自帶RC振蕩器的開門狗定時器；工作電壓范圍寬2.0～5.5 V；功耗低：
2.2 電力線載波通信模塊
PLC3K是一款嵌入式的通用高性能電力線載波通信調(diào)制/解調(diào)器模塊(電力線載波模塊、電力線 MODEM)。他是上海晨泉電子科技有限公司全力打造的專業(yè)電力線載波通信產(chǎn)品，其核心是一塊專用電力載波通信 SoC 芯片；同時配合晨泉科技為適應(yīng)電力線傳輸介質(zhì)特性而專門研發(fā)的通訊編碼/糾錯算法，使得該系列產(chǎn)品具有通信速率高，抗噪聲干擾能力強，傳輸距離遠(yuǎn)及可靠性高等特點，是專門為適應(yīng)中國電力線傳輸應(yīng)用環(huán)境而研發(fā)的高性能嵌入式電力線載波通訊模塊， 為各種電力線通信應(yīng)用提供理想的模塊化解決方案 。
PLC3K內(nèi)置的 SoC 芯片具有 Intel 8051 指令兼容的微處理器(MCU)，并固化了完整的電力線通信固件和協(xié)議。該模塊提供 UART異步串行通信接口，用于數(shù)據(jù)交換及模塊控制。用戶無需進(jìn)行電力線通信低層軟件編程，只需遵照異步串行通信接口協(xié)議，即可通過電力線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。PLC3K還內(nèi)置MCU的在線編程接口，用戶可根據(jù)應(yīng)用需要修改或取代內(nèi)置固件。
PLC3K電力載波調(diào)制/解調(diào)器采用12 V/5 V供電，具有 TTL 電平的 UART 接口，可以直接與用戶目標(biāo)系統(tǒng)的微處理器(MCU)的 RXD，TXD 相連收 /發(fā)數(shù)據(jù)，也可以直接與單片機連接；該模塊具有4種通訊速率可供選擇： 1 200 b/s，2 400 b/s，4 800 b/s，9 600 b/s。該模塊提供半雙工通信功能，可以在 220/110 VAC，50/60 Hz 電力線上實現(xiàn)局域通信。在同一臺配電變壓器下，多個PLC3K 模塊可以連接在同一條電力線上： 在主從通信模式下，模塊分別單獨工作，不會相互影響。
2.3 DTMF收發(fā)模塊
雙音多頻(Dual Tone Multi-Frequency)是指用2個特定的單音頻信號的組合表示數(shù)字和功能。通常國際上采用697，770，852，941，1 209，1 336，1 477，1 633 Hz八種頻率，分成高次群1 209，1 336，1 477，1 633和低次群697，770，852，941。從高次群和低次群中任意各抽出1種頻率進(jìn)行組合，共有16種組合，代表電話機數(shù)字按鍵的{ 0～9，A，B，C，D，*，# } 16種字符，普通電話機不包括A～D。
MT8880是一個帶有呼叫處理濾波器(call progress filter)的單片DTMF收發(fā)器，他采用MITEL公司的ISO2-CMOS工藝制造，功耗低、可靠性高。MT8880中的DTMF收號器是基于單片收號器MT8870工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，16個DTMF信號能全部接收到。DTMF發(fā)送器采用開關(guān)電容D/A變換器，具有信號失真小、精度高，定時精確等優(yōu)點。MT8880有2種工作模式：DTMF模式和呼叫處理(CP)模式。當(dāng)選擇了呼叫處理模式時，MT8880就用于檢測電話網(wǎng)上電話呼叫過程中表示不同進(jìn)程的信號音(主要是撥號音，撥號音的標(biāo)準(zhǔn)頻率為350 Hz或440 Hz)，可以進(jìn)行撥號音識別。這是目前其他DTMF芯片所不具備的，這樣便可以省去一套復(fù)雜的撥號音識別電路。
當(dāng)MT8880作為DTMF接收器時，DTMF信號經(jīng)由IN+和IN-輸入，經(jīng)過運算放大濾除信號中的撥號音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號，通過數(shù)字計數(shù)的方式檢出DTMF信號的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進(jìn)制碼。4位二進(jìn)制編碼被鎖存在接收數(shù)據(jù)寄存器中，此時狀態(tài)寄存器中的延時控制識別位復(fù)位，狀態(tài)寄存器中的接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)識位置位，對外而言，當(dāng)寄存器中的延時控制識別位復(fù)位時，IRQCP由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ绻肐RQCP作為單片機的中斷信號，IRQL由高電平變?yōu)榈碗娖剑駽PU發(fā)出中斷請求，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷，讀出寄存器中的數(shù)據(jù)后，IRQ返回高電平。MT8880芯片引腳圖如圖2所示。
IN+：運放輸入；IN-：運放輸入；GS：Gain Select，運放輸出端；Vref：參考電壓；Vss：電源負(fù)極；OSC1：DTMF時鐘/振蕩器輸入，采用3.579 545 MHz的時鐘；OSC2：時鐘輸出；R/W：讀寫控制；CS：片選；RS0：寄存器選擇；Ф2：系統(tǒng)時鐘輸入，TTL電平；IRQ / CP：中斷請求/呼叫處理，向MCU的中斷申請。當(dāng)選擇了呼叫處理模式時，輸入信號線上有呼叫信號時輸出與之相應(yīng)的方波信號；D0～D3：數(shù)據(jù)線；Est：Early steering output，滯后前輸出。當(dāng)檢測到有效音頻對時，(也稱信號條件Signal condition )，就變?yōu)楦唠娖剑盘枟l件不滿足時又立刻返回低電平。此引腳上為高電平不一定表示有DTMF信號，話音信號也會偶然產(chǎn)生有效音頻對；St/Gt：Steering Output/ Guard Time output，滯后輸出/保護(hù)后輸出。當(dāng)電壓高于VTST 時，就保存檢測到的音頻對，同時更新輸出鎖存器的內(nèi)容。當(dāng)電壓低于VTST時，芯片就可以重新接收新的音頻對，對Gt的輸出對滯后時間常數(shù)(steering timeconstant)有影響，他的狀態(tài)是Est和加到St的電壓的函數(shù)；VCC：電源正極。
2.4 語音電路模塊
本模塊采用美國ISD公司的新品ISD4004系列的錄放芯片，與單片機構(gòu)成。該芯片聲音錄放采用ChipCorder專利技術(shù)，即無需A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在一個記錄位(BIT)可存儲250級聲音信號，相當(dāng)于通常的A/D記錄的8倍。片內(nèi)集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制、抗混迭濾波器、平滑濾波器等，只需很少的器件，就可以構(gòu)成一個完整的聲音錄放場。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本裝置并聯(lián)于電話機的一端，不會影響到電話機的正常使用。用戶通過另外的固定電話或移動電話撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發(fā)出振鈴信號。本裝置如果檢測到振鈴5次，即5次響鈴后無人接聽，自動摘機，進(jìn)入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關(guān)控制電器，完成后掛機返回。
4 結(jié) 語
該文所研究的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在實驗室環(huán)境下獲得了良好的效果。電力線載波通訊構(gòu)建的家庭控制網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)運行可靠穩(wěn)定。本文所做的研究僅作為一次有效的探索，要開發(fā)更多功能、更實用的系統(tǒng)，還需要不斷地摸索和實踐。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)乃至智能家電系統(tǒng)將得到大力發(fā)展。
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GPRS簡介
GPRS(General Packet RadioService)是通用分組無線業(yè)務(wù)的縮寫，是介于第二代和第三代網(wǎng)絡(luò)之間的一種技術(shù)，因為它是一個混合體，采用TDMA方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)，通常稱為2.5G。GPRS具有如下一些突出的優(yōu)點，如資源利用率高、傳輸速率高、接入時間短、支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議、無線接入、方便快捷、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣等。
系統(tǒng)設(shè)計
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
由圖1可知，分布于各地的廣告牌，現(xiàn)場的接收控制單元借助于GPRS網(wǎng)接入Internet，與控制中心之間實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D。在圖1中，各接收控制單元一方面負(fù)責(zé)對廣告牌的顯示內(nèi)容控制，另一方面又可以作為遠(yuǎn)程終端(從站)隨時通過GPRS Modem上網(wǎng)與控制中心(服務(wù)器)建立起用于傳輸數(shù)據(jù)的TCP/IP鏈接，控制中心可以通過此TCP/IP鏈接發(fā)送命令或者數(shù)據(jù)給從站以修改各個接收控制單元中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動的遠(yuǎn)程更新。
2 接收控制單元
如圖2所示，是安裝于廣告牌現(xiàn)場用于控制廣告牌的接收控制單元。該單元的核心是一片ATMEL公司的AT89C52微控制器，芯片內(nèi)含8KbFlash程序存儲器、一個RS232 TTL串行接口等。通過AT89C52的P0、P2口擴(kuò)展一片64Kb的FLASH存儲器用于存儲控制數(shù)據(jù)，其中低8Kb地址區(qū)與片內(nèi)8Kb程序存儲區(qū)重疊不能占用，實際可用56Kb。通過地址譯碼器譯碼選通74LS273 8位鎖存器，可擴(kuò)展若干靜態(tài)輸出口。CPU根據(jù)將數(shù)據(jù)分別送給對應(yīng)的地址口，通過74LS273鎖存并驅(qū)動顯示部分進(jìn)行廣告內(nèi)容的顯示。
3 GPRS網(wǎng)絡(luò)接口
GPRS Modem的結(jié)構(gòu)如圖3所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：GPRS無線模塊和內(nèi)嵌TCP/IP模塊和控制模塊。其中控制模塊的作用是通過AT命令初始化GPRS無線模塊，使之接入GPRS網(wǎng)并獲得動態(tài)IP地址，并與控制中心的服務(wù)器建立連接，并通過三線制的RS232 TTL接口與控制系統(tǒng)的串口相連，通過TCP/IP模塊實現(xiàn)接收控制單元和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)。接收控制單元對GPRS Modem的訪問分兩種模式，在傳送AT指令時，模塊進(jìn)入透明模式，可以直接訪問無線模塊；在非透明模式下，接收控制單元從串口進(jìn)入TCP/IP模塊后，先打成TCP/IP包發(fā)送給無線模塊，GPRS無線模塊將其封裝成分組數(shù)據(jù)包后傳送到GPRS網(wǎng)，再經(jīng)Internet發(fā)送到中心服務(wù)器。
控制中心接入Internet通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到廣告牌現(xiàn)場的接收控制單元終端的數(shù)據(jù)，由GPRS Modem接收和解包以后通過RS232串行口送給單片機，經(jīng)解析后，將新獲取的數(shù)據(jù)覆蓋到Flash中，從而達(dá)到內(nèi)容更新的效果。
系統(tǒng)流程
系統(tǒng)主流程圖如圖4所示，GPRS模塊在完成系統(tǒng)初始化以后，主動和SERVER進(jìn)行首次的資料交換。GPRS模塊用PPP的方式接入到Internet，因此先要完成PPP連接。PPP連接包括：LCP協(xié)商、PAP協(xié)商、IPCP協(xié)商，由于篇幅限制本文僅列出PAP協(xié)商流程圖即如圖4所示。
[關(guān)鍵詞]無線技術(shù)；智能家居；遠(yuǎn)程控制；手機app；概述；過程
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0252-01
前言
智能家居系統(tǒng)讓您輕松享受生活。當(dāng)你出門在外，您可以通過手機app來遠(yuǎn)程遙控您的家居各智能系統(tǒng)，例如在回家的路上提前打開家中的空調(diào)和熱水器；到家開門時，借助門磁或紅外傳感器，系統(tǒng)會自動打開過道燈，同時打開電子門鎖，安防撤防，開啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來；在公司上班時，家里的情況還可以顯示在手機上，隨時查看……這樣的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或許是每個生活在快生活節(jié)奏的人夢寐以求的。基于無線技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以通過我們隨身攜帶的手機來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，只需要開發(fā)安裝一款app，那么這樣的生活就在眼前。在這樣的現(xiàn)實狀況面前，本文選擇從關(guān)于智能家居遠(yuǎn)程控制概述以及利用手機app實現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程兩個方面展開論文，就如何開發(fā)、利用以及實現(xiàn)這一控制系統(tǒng)和過程進(jìn)行一番探究，為智能家居的研究和發(fā)展提供可行性的建議或意見。
一、關(guān)于智能家居遠(yuǎn)程控制概述
智能家居是利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、醫(yī)療電子技術(shù)依照人體工程學(xué)原理，融合個性需求，將我們的家居生活的一切起居活動通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實現(xiàn)家庭生活更加安全，節(jié)能，智能，便利和舒適，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居具有實用性便利性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性以及方便性等特性。智能家居遠(yuǎn)程控制，顧名思義，就是通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用移動終端實現(xiàn)家居生活的遠(yuǎn)距離集中控制。本文論述中的是一款通過手機app來遠(yuǎn)程控制家中門衛(wèi)系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、空調(diào)、熱水器等設(shè)備的開啟和關(guān)閉；從而實現(xiàn)出門在外時候?qū)ψ》康膶崟r控制和檢測。
二、利用手機app實現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程
如何利用手機app來實現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程。本文的論述中該手機系統(tǒng)利用各類家居傳感器來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。控制系統(tǒng)主要由：手機app遠(yuǎn)程控制終端、控制單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、執(zhí)行器、檢測控制以及接口和電源部分組成。
通過利用手機app來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的基本原理是：首先手機app上面的系統(tǒng)控制器由通過接收遠(yuǎn)端――住房內(nèi)發(fā)送來的信號，通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換、解碼之后，再將這些處理后的信號傳輸給控制中心的單元集中一一處理。控制中心根據(jù)傳輸過來的信號進(jìn)行處理后，根據(jù)具體的指令發(fā)出相應(yīng)的處理信號，通過控制電路、執(zhí)行器做出相應(yīng)的反應(yīng)。從信號的接收、指令發(fā)出以及信號的處理，這樣下來一個控制過程就完成了。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元、控制電路、電源電路等組成。
智能家居遠(yuǎn)程控制可以實現(xiàn)許多功能，真正意義上的實現(xiàn)智能家居，其功能如下圖分布：
從該功能分布系統(tǒng)圖中，我們可以看出：智能家居的控a制終端為手機app，通過在手機app上進(jìn)行指令的編輯、發(fā)送給控制系統(tǒng)，從而驅(qū)動智能家居中的各個控制系統(tǒng)，根據(jù)需求調(diào)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各個功能。系統(tǒng)的原理圖大概如上所述，而在手機app上程序的設(shè)計和開發(fā)上，軟件架構(gòu)主要選用了操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)初步方案選定為u＼C-OS II 或者Free RTOS，然后在上面編寫相應(yīng)的程序，通過操作系統(tǒng)，使得整體的硬件資源集成在一起，實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度，另外在該系統(tǒng)中選用GUI圖形界面，使得顯示可以更加的人性化，并且根據(jù)實際情況可以增加觸摸屏等功能。其指令操作軟件的主要流程如下圖所示：
手機app上復(fù)位初始化之后，然后不斷向控制模塊發(fā)出指令進(jìn)行掃描查詢，當(dāng)查詢到相應(yīng)的信號后，手機app上的控制器變化對信號進(jìn)行處理，然后根據(jù)信號的處理結(jié)果，發(fā)出是否啟動軟件。若啟動軟件之后，則app會根據(jù)手機上發(fā)出的控制命令，選擇相應(yīng)的電器、控制電路和系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)控制菜單，打開相應(yīng)的電器和系統(tǒng)，之后等待回應(yīng)即可。整個利用手機app來實現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)原理、控制以及實現(xiàn)過程大概就是這樣。
結(jié)語
基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制無疑是未來家居生活發(fā)展的趨勢，也是日益增長的生活需求與社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展之下的必然產(chǎn)物。如何最大限度的利用好無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓我們的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)日臻完美，讓我們真正享受到智能家居的現(xiàn)代家居生活給我們帶來的便利是我們每個行業(yè)內(nèi)工作者為之奮斗的目標(biāo)。雖然當(dāng)下的智能家居的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)初見規(guī)模，但是存在的問題和漏洞還是不容小視，這也就需要我們不斷的付出努力，進(jìn)行更為深層次的分析和探究。
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煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)
華洋通信科技股份有限公司依托國家863計劃主題項目、國家自然基金等科研成果，經(jīng)過近3年的科技攻關(guān)，研發(fā)出煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)井下掘進(jìn)機、綜采工作面“三機”及相關(guān)配套設(shè)備的智能集中控制、協(xié)同工作、故障診斷、信息集成與綜合監(jiān)控。
煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能控制和信息處理等一系列技術(shù)的高度集成，由井上/下高速傳輸、掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、綜采工作面“三機”（采煤機、液壓支架及刮板運輸機）智能控制、工作面配套設(shè)備協(xié)同工作、3DVR虛擬現(xiàn)實及故障診斷等14個子系統(tǒng)和裝備，是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化控制技術(shù)在傳統(tǒng)煤炭開采中的創(chuàng)新性研究與應(yīng)用。
本系統(tǒng)采用采煤機位置檢測、工作面自動取直技術(shù)與水平控制技術(shù)，還集成了液壓支架電液控制技術(shù)、信息系統(tǒng)以及自動化軟件平臺，不僅實現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能機械化與自動化采礦，大大提高了礦區(qū)的工作效率與管理效率，還能夠大量縮減采礦工作人員，大幅提高礦產(chǎn)安全程度，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中具有先進(jìn)性及技術(shù)優(yōu)勢。
針對地質(zhì)條件簡單、煤層穩(wěn)定的大中型煤礦，通過采用煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)等，代替液壓支架手工操作閥、傳統(tǒng)采煤機刮板輸送機泵站控制系統(tǒng)等手動操作平臺，實現(xiàn)割煤、推溜、運輸?shù)裙に囘^程智能化，可減少工作面作業(yè)人員50%以上。
系統(tǒng)主要技術(shù)特點
系統(tǒng)主要技術(shù)特點包括：掘進(jìn)機、采煤機、電液控支架、刮板機的遠(yuǎn)程“三機”協(xié)同控制；
實現(xiàn)掘進(jìn)機、刮板機、破碎機、轉(zhuǎn)載機、皮帶機等機電裝備的工作面輸送裝備的遠(yuǎn)程集控；
工作面視頻圖像全景拼接顯示和圖像跟隨采煤機位置自動切換顯示；
基于三維虛擬現(xiàn)實數(shù)字化平臺（3DVR）實現(xiàn)掘進(jìn)機、采煤機、液壓支架、刮板輸送機的地面遠(yuǎn)程監(jiān)控；
分析設(shè)備運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備自動保護(hù)功能，減少故障發(fā)生頻率，降低生產(chǎn)成本；
檢測采區(qū)環(huán)境變化，預(yù)警事故隱患，危險情況發(fā)生時能夠自動停止設(shè)備工作，保障人員安全；
統(tǒng)計設(shè)備運行時間，為設(shè)備檢修提供可靠依據(jù)，同時能夠分析設(shè)備開機率及停機率，并確定設(shè)備停機原因，保證系統(tǒng)安全可靠運行。
系統(tǒng)組成與原理
掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
掘進(jìn)裝備智能控制系統(tǒng)以掘進(jìn)機遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的關(guān)鍵技術(shù)為核心，掘進(jìn)機工作環(huán)境惡劣、照明嚴(yán)重不足，對于掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)的限制條件很多。環(huán)境中的塵埃使得無法使用視覺導(dǎo)航定位；巷道無法使用全球定位系統(tǒng)，所以比較適用非視覺傳感器定位技術(shù)。系統(tǒng)采用電子測距和測角技術(shù)，建立掘進(jìn)機位姿自動測量及定向糾偏控制平臺，實現(xiàn)掘進(jìn)機位姿測量和定向糾偏。
掘進(jìn)機自動控制系統(tǒng)的控制方式有本機手動控制、無線遙控、遠(yuǎn)程遙控。其中本機手動控制為司機直接操作控制手柄，通過操作手柄直接控制換向閥，驅(qū)動各工作油缸及液壓馬達(dá)動作，實現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)。無線遙控系統(tǒng)由司機操作遙控發(fā)射器在掘進(jìn)機附近控制掘進(jìn)機。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由司機操作工業(yè)控制計算機，計算機通過CAN總線以及以太網(wǎng)與機載控制器通訊，實現(xiàn)掘進(jìn)機的遠(yuǎn)程操作。
掘進(jìn)機綜合控制器如圖1所示。
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用基于PC104的嵌入式隔爆計算機，其操作系統(tǒng)采用實時性較高的Linux操作系統(tǒng)，計算機通過CAN總線以及以太網(wǎng)與機載控制器通訊，匯集存入來自掘進(jìn)機控制器采集和傳來的數(shù)據(jù)，以及機載耐震低可視攝像系統(tǒng)傳來的圖像信號，隨時顯示這些數(shù)據(jù)參數(shù)和圖像，監(jiān)視掘進(jìn)機的工況和動作狀態(tài)。掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成如圖2。
綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
根據(jù)綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)特征，結(jié)合煤礦開采工藝過程，建立多源復(fù)雜異構(gòu)數(shù)據(jù)無縫信息交互模型。通過采煤機工作狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測、控制、信號傳輸及可視化技術(shù)的整合，開發(fā)采煤機機載控制系統(tǒng)、采煤機順槽監(jiān)控系統(tǒng)、采煤機地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) ，實現(xiàn)采煤機的遠(yuǎn)程可視化控制與監(jiān)測，如圖3所示。
綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的核心是工作面“三機”協(xié)同控制，工作面“三機”協(xié)同控制策略的基本思想：按照采煤機行走割煤、液壓支架移架支護(hù)、推溜三個設(shè)備動作，設(shè)計綜采工作的循環(huán)協(xié)同控制步驟：割煤、裝煤、運煤、移架、推移刮板輸送機槽（推溜）、推移刮板輸送機。
綜采工作面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用信息與通信技術(shù)、控制技術(shù)，開發(fā)新設(shè)備和集成控制軟件，實現(xiàn)液壓支架、采煤機、三機、乳化液泵站等單機及其現(xiàn)有控制系統(tǒng)有機結(jié)合，利用壓力、傾角、行程、負(fù)荷、視頻等各種傳感器實現(xiàn)采掘工作面工況、設(shè)備狀態(tài)等信息的感知，采用同一監(jiān)控平臺實現(xiàn)集視頻、語音、遠(yuǎn)程集中控制為一體的綜采工作面數(shù)字化集成控制系統(tǒng)，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心，實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對綜采設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，達(dá)到工作面“無人”或少人開采的目的。
推廣應(yīng)用價值
井下采倔工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境惡劣，自然災(zāi)害多，礦山生產(chǎn)過程受水、瓦斯、火、粉塵、頂板等多種客觀因素的制約，安全形勢依然嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)和人身安全。特別是近年安全事故頻發(fā)，安全管理工作做得好壞直接影響采礦工業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
煤礦采、掘裝備智能控制系統(tǒng)將井下工作面設(shè)備（采煤機、刮板機、液壓支架等）以及相關(guān)輔助設(shè)備的工況數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)酵槐O(jiān)控平臺內(nèi)，通過在順槽安放的井下主機對設(shè)備進(jìn)行集成顯示及遠(yuǎn)程協(xié)同控制。集控系統(tǒng)具備設(shè)備參數(shù)顯示、遠(yuǎn)程控制、故障信息報警等功能，所有數(shù)據(jù)匯總至同一平臺內(nèi)，使工作面設(shè)備有機地結(jié)合在一起，同時通過礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)信息傳輸，能夠在地面完成數(shù)據(jù)顯示、分析及遠(yuǎn)程監(jiān)控，具備視頻圖像全景拼接顯示和3DVR虛擬現(xiàn)實功能，提高礦山生產(chǎn)效率。為企業(yè)提供高效、即時的信息監(jiān)控，有效防控事故隱患，通過智能化設(shè)備與先進(jìn)系統(tǒng)的引入，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至地上主機，便于企業(yè)即時發(fā)現(xiàn)設(shè)備與生產(chǎn)過程中的異常，即時調(diào)整改善，實現(xiàn)智能化管理與高效率安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:UDS1100;嵌入式WEB服務(wù)器; 遠(yuǎn)程控制;PLC;通信
中圖分類號:TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號:1009-3044(2010)16-4443-03
The Design of Remote PLC Control System Based on Embed Web Server
XU Shu-pin, LIANG Chen-yan
(School of Computer Science and Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710032, China)
Abstract: Though introduced the Lantronix Company's UDS1100 WEB embed server achieved to communication with OMRON PLC, Discussed CGI disposal procedure of embedded WEB server and the preparation of serial communication messages, Combined HTML language with WEB technology has designed a set of remote PLC control system based on embed WEB server, This method introduces the embed server, reduced the costs, safe, reliable, proposed one new method for the long-distance PLC control.
Key words: UDS1100; embed web server; remote control; PLC; communication
隨著Internet的發(fā)展和技術(shù)的革新,遠(yuǎn)程控制不在是指在局域網(wǎng)中的遠(yuǎn)程控制而言,而是指在互聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程控制。但是傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)卻存在著相應(yīng)的弊端和不足,如體積龐大,代價成本高,然而在實際中迫切的需要系統(tǒng)體積小,成本低,這就需要新的技術(shù)和方案來解決這一問題。隨著WEB技術(shù)和嵌入式服務(wù)器被引入INTERNET中這一問題得解決,PLC由于其可靠性高,抗干擾能力強,操作簡單被大量的應(yīng)用于控制領(lǐng)域中,將嵌入式WEB服務(wù)器應(yīng)用于PLC控制系統(tǒng)中,從而實現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備的實時、可靠控制。
1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制端,INTERNET,嵌入式WEB服務(wù)器,PLC 構(gòu)成。位于遠(yuǎn)程控制端的用戶通過客戶機上的與INTERNER相連接的標(biāo)準(zhǔn)IE瀏覽器訪問嵌入式WEB服務(wù)器,嵌入式WEB服務(wù)器與PLC之間通過串口通信從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。
系統(tǒng)中嵌入式WEB服務(wù)器作為一個中間樞紐對系統(tǒng)的設(shè)計起到了一個關(guān)鍵作用,系統(tǒng)中采用的嵌入式WEB服務(wù)器是美國Lantronix公司生產(chǎn)的UDS1100,UDS是一種簡單、廉價的嵌入式服務(wù)器,具有16為CPU,256kb內(nèi)存,2MB Flash存儲器支持多種協(xié)議如TCP,UDP,HTTP等,其上有一個全球唯一的硬件地址,在接入INTERNET時必須給其分配一個IP地址才可以進(jìn)行使用,UDS1100將所有串口來的數(shù)據(jù)自動封裝為TCP或UDP然后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸,同理也可以將網(wǎng)口接收到的TCP或者 UDP包自動拆封為數(shù)據(jù)發(fā)往串口,從而實現(xiàn)串口與網(wǎng)絡(luò)信號之間的轉(zhuǎn)換,UDS內(nèi)置了WEB服務(wù)器,支持CGI編程,通過編寫相應(yīng)的CGI程序,從而實現(xiàn)了對系統(tǒng)的控制。
2 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)中遠(yuǎn)程控制端的用戶在與Internet相連接的瀏覽器中輸入嵌入式WEB服務(wù)器的地址登陸控制頁面向下位機的PLC發(fā)送控制指令,嵌入式WEB服務(wù)器收到控制指令后進(jìn)行處理將其轉(zhuǎn)換為PLC可以識別的消息,這一過程需要進(jìn)行一系列的操作,首先嵌入式WEB服務(wù)器會啟動WEB SERVER進(jìn)行服務(wù)器端的監(jiān)聽,如果收到遠(yuǎn)程控制端發(fā)送來的監(jiān)控狀態(tài)HTTP請求時,將分析瀏覽器請求的資源,如果請求資源是一個CGI程序則對其進(jìn)行處理,然后通過串口通信組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理,完成通信,并將處理結(jié)果以動態(tài)頁面的形式返回給客戶端其工作原理圖如圖2所示。
2.1 嵌入式WEB服務(wù)器中CGI處理程序
Common Gate Interface簡稱 CGI是運行在服務(wù)器端的一段小程序,提供同客戶端 HTML頁面的接口。客戶端的用戶通過瀏覽器完成一定輸入工作向服務(wù)器發(fā)出HTTP請求(稱為CGI請求),服務(wù)器端接收到該請求后,進(jìn)行相應(yīng)的處理,然后啟動URL指向的CGI。絕大多數(shù)的CGI主要用來處理表單提交的信息,請求提交有g(shù)et、 post兩種方式, 對于同一項請求提交方式不同所指派的CGI處理則不同,當(dāng)瀏覽器端收到用戶請求URL時,CGI組件以HTML形式向WEB服務(wù)器提交結(jié)果數(shù)據(jù)。以用戶登錄為例,用戶在Login,html登錄頁面,通過post 方式將請求提交給實現(xiàn)登錄的Login.cgi頁面處理,登錄頁面的CGI程序部分代碼如下:
…
int login(WCT *w, char *file, char *hdr)
{
char name[9] ;
char password[7] ;
char role[2] ;
char cname[25];
BYTE * fbuf;
…
if( strlen(name)== 0 || strlen(password) == 0 )
plogerr( "請輸入用戶名和口令" );
else
{
if( !chkpwd(* role, name, password ) ) plogerr("登錄驗證失敗") ;
elsepok(name,role) ;
}
…
}
void pok(char * name, char * role){
pcookie(name, role);
phead("成功登錄");
printf("\r");
pbody();
printf("\r");
printf("登錄成功,自動轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)程控制 頁面\r") ;
printf("\r");
pfoot();
2.2 嵌入式WEB服務(wù)器串口消息的編寫
嵌入式WEB服務(wù)器UDS1100和PLC之間通信時,用戶在瀏覽器端之所以可以看到動態(tài)的交互頁面是靠UDS1100中的開發(fā)的CGI來實現(xiàn)的,UDS1100上的CGI組件式基于其所提供的CPK API開發(fā)的。CPK應(yīng)用于COBOS 操作系統(tǒng)下的開發(fā),CGI僅僅提供了動態(tài)的網(wǎng)頁交互信息,這些信息是通過串口發(fā)送過來的,要實現(xiàn)與PLC之間的通信,這樣就需要開發(fā)一系列的串口通信組件,UDS1100提供了一套基于C的函數(shù)庫,里面定義了串口消息中所指定的各條控制命令,只需要設(shè)計相應(yīng)的函數(shù)即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與介紹,從而大大降低了開發(fā)難度,串口通信消息的函數(shù)設(shè)計如下:
int getplcinf (PLC*p )
//獲取可編程控制器的當(dāng)前信息,PLC為存放可編程控制器當(dāng)前信息的結(jié)構(gòu)體
Char command(BYTE*)
//控制可編程控制器執(zhí)行命令
3 PLC通信協(xié)議編寫
本系統(tǒng)選用的PLC為 OMORN通信協(xié)議的編寫也是基于OMORN通信協(xié)議而編寫的。
在進(jìn)行通信時必須定義初始化串口在進(jìn)行通信的時候要將PLC、UDS1100的串口進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)幀進(jìn)行定義,設(shè)置參數(shù)如表1。
上位機和下位機的通信如圖3,所以要編寫響應(yīng)的命令和相應(yīng)幀。
在通信中串口消息的主體是一系列的控制命令,上位機部分首先發(fā)出命令,并啟用通信,下位機收到命令后加以執(zhí)行,并將執(zhí)行結(jié)果返回給遠(yuǎn)程控制器端得的用戶,通信時數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送和接收,上位機和下位機之間的命令幀和響應(yīng)幀格式設(shè)計如表2、表3:
表2 命令幀 表3 響應(yīng)幀
STX表示消息起始標(biāo)注,ETX表示消息結(jié)束標(biāo)注,命令幀由字符STX、命令碼、數(shù)據(jù)、字符ETX五部分組成,響應(yīng)幀一般由STX、數(shù)據(jù)、字符ETX和消息校驗碼四部分組成,字符STX和ETX分別為數(shù)據(jù)幀的起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志;Data為消息正文,包含向控制器發(fā)送的控制命令以及控制器返回的數(shù)據(jù)。
5 結(jié)論
嵌入式設(shè)備以其體積小、價格方便、性能穩(wěn)定等特點成為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主流方向。本文主要論述了嵌入式WEB服務(wù)器在遠(yuǎn)程PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,在傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)中引入嵌入式WEB服務(wù)器,實現(xiàn)了實時、方便的遠(yuǎn)程控制,用戶只需輸入嵌入式WEB服務(wù)器的地址即可控制PLC。本系統(tǒng)的研究與實驗對遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有一定的參考價值。
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