远程监控技术论文范文

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无线远程监控系统是在传统监测监控系统的基础上，结合当前无线通信技术和信息处理技术而发展起来的新型测控系统。

一般而言，现有的无线远程监控系统，大都符合“控制中心—监测站”的构建模式。控制中心是整个系统运作的核心，负责收集各监测站上传的监测信息，发送各种操作命令以控制监测站的行业。监测站被布放于远离控制中心的各监测点处，负责完成信息的采集和响应控制中心发出的控制命令。控制中心可用普通微机、工作站或工控机实现，软件开发可靠基于现有的Windows或Unix操作系统。监测站的设计实现可根据不同的应用目的和应用环境，采用特定的技术形式，比如单片机、DSP或者IntelX86系列的微处理器等。无线远程监控系统的组网方式也很灵活，可利用现有的无线通信网，如GSM/GPRS网络，CDMA移动网络等，也可单独搭建专门的无线局域网。下面系统地讨论无线远程监控系统设计开发时涉及到的一些核心技术，主要包括三个方面：监测站的设计开发、无线网络的组建和控制中心的软件设计。

1监测站的设计实现

监测站的设计与实现是整个无线远程监控系统研制开发的重点，监测站对信息数据处理的能力和精度将影响整个系统的最终性能。在整个开发过程中，监测站的设计是工作量最大、所需时间最长的一部分。监测站处于工作现场，只完成数据的采集、处理和控制，任务相对单一、固定，无须用詙大的台式机来完成；考虑到节能和布放方便，监测站多为嵌入式系统。根据整个无线远程监控系统所要实现的功能，和对数据处理与对传感器控制能力的要求，监测站设计的复杂程度和采用的具体技术是不一样的。

1.1基于单片机的设计实现方式

采用单片机是大多数嵌入式系统设计时的首选方案。由于在片上集成有丰富的外设，具有良好的控制能力，单片机天生就是为嵌放式系统度身定做的，在嵌入式市场上占据了最大的份额。

基于单片机的设计方案一般适用于对数据处理要求不高，运算量不大的远程监控系统。根据需要，单片机可以选用较为低端的4位机或8位机，如8051等，也可选用功能较强的专用芯片，如MSP430FE42X系列。单片机主要用于监测站端的系统控制。片外存储器一般为RAM、EEPROM和Flash等存储器；I/O设备一般为键盘、LCD等供设计调试用的人机交互接口；传感器一般为话筒、摄像头、扬声器和伺服马达一类的设备。无线通信接口实现相对较为复杂。编解码器是可取舍的，对于低速率数据一般没有必要。根据系统的处理任务和信息的类别，编解码器可选用不同的芯生，如CMX639（用于音频）或LD9320等，也可用编程逻辑器件实现。监测站软件可直接通过C或汇编语言实现，也可在实时操作系统上开发应用软件。对于低档的4位或8位单片机，控制能力较低，系统简单，一般采用直接编写控制程序的方法。对于功能较强大，各设备间交互复杂的系统而言，大多数是利用操作系统来进行任务管理、设备交互，应用软件只是完成上层的数据处理等工作。

1.2基于DSP的设计实现方式

众所周知，DSP的数字处理方面能力较强，技术已经很成熟，能处理各种运算的通用、专用芯片也很多。以DSP为核心设计开发的监测站，可以完成高速率数据处理，保证系统实时性方面的要求。

这类设计方案一般适用于数据处理运算量比较大，实时性要求高而对控制能力要求相对较低的监控系统。与以单片机为基础的监控系统不同的是，DSP除了作控制器以外，还可兼作数据计算、编/解码之用。对于较复杂的编/解码以及压缩解压运算（比如对图像视频数据的处理等）是否仍由DSP完成，须综合考虑。若DSP在系统控制和实现传输协议方面负担太重，则这部分运算需要由专门的处理芯片完成；若系统控制和传输协议较简单，或根本没有到上层协议栈，则这部分复杂的运算可由DSP完成。

1.3基于MCU+DSP的设计实现方式

显然，这种设计方式吸取了单片机和DSP各自的优点：单片机的特点决定其擅长于控制，DSP的内部结构保证较强的数据处理能力。两者的组合可实现一些相当复杂的系统功能，但由于系统中采用了两个处理器，其间的信息交互是设计这类监测站时须着重考虑的问题。只有单片机和DSP之间较好地协同工作，才能充分发挥各自的优点；否则，由于两者间的协调而耗费了大量资源，整体性能未必高于采用单一处理器的系统。实现单片机和DSP间通信协调的常用方法是采用双口RAM。

目前，有些DSP或单片机厂家为了扩大芯片的适用范围，在原有基础上进行扩展，相互间容入了对方的特点，使同一芯片在数据处理和控制方面同时具有较好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客户能方便地将单片机的功能转移到DSP上，目前推出的产品有dsPIC30FXXX系列。由于DSP和MCU两个功能模块在同一芯片内实现，提高了系统的可靠性、降低了监测站的设计难度并节省印制板空间。这类芯片得到广大用户的青睐。

1.4基于MPU的设计实现方式

设计嵌入式产品的另一可选方案是采用基于微处理器的设计方式。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点；同时，在该领域技术成熟、产品类型多、选择空间大，满足各种性能需求的处理器比较容易获得。随着采用RISC体系的高性能MPU（比如采用ARM构架的处理器芯片等）的出现，MPU在嵌入式领域中的地位经久不衰；但是，由于在设计监测站时，电路板上必须包括ROM、RAM、Flash、总线接口和各种外设等器件，系统的可靠性将有所下降，技术保密性差，实现难度也较大。

1.5实时操作系统选择和嵌入式实时软件开发

目前已有的实时操作系统（RTOS）种类繁多，软件结构各异，可适用于复杂程度不同的各种环境，包括循环查询系统、前后台系统、实时多任务系统和多处理机系统等。具体实例有VxWorks、pSOS、QNX、PalmOS、WindowsCE、lynxOS和嵌入式Linux等。选择适合监测站乃至整个无线远程监控系统的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能关系到整个系统研制的成败。选择过程杂而又需要耐心：要了解各RTOS的特点和适用范围，比较其间的区别，才能找到最为合适的一种。选择比较时，需要考虑的因素主要有：

①RTOS能否支持在项目中使用的语言和微处理器；

②RTOS能否与ICE、编译器、汇编器、连接器及源代码调制器共同工作；

③RTOS是否支持设计中要用到的服务，如消息队列、定时和信号量等；

④RTOS能否达到应用产品的性能需求，比如实时性需求；

⑤能否获得产品开发时必要的组件，比如协议栈、能信服务、实时数据库、Web服务等；

⑥RTOS是否能为公开出售的硬件提供设备驱动程序；

⑦使用RTOS是否免费；

⑧能否获得目标代码；

⑨获得的技术支持有多少；

⑩对于需要授权的RTOS，授权方式是怎样的。

嵌入式实时软件的开发与传统软件的开发有许多相似之处，继承了许多传统软件的开发习惯；但由于嵌入式实时软件的功能和运行环境特殊，决定其与传统软件的开发有所区别。嵌入式实时软件的开发使用交叉开发方式。所谓交叉开发是指，程序代码的实现、编译和连接的环境与对其进行调试和运行的环境不同。前者基于普通微机平台，后者则基于嵌入式系统的硬件平台。调试过程多是在有通信连接的宿主机与目标机的配合下进行的，开发完成后需要进行固化和固化测试。另外，开发过程还需要相应的开发工具，包括交叉编译器、交叉调试器和一些仿真软件。嵌入式应用系统以任务为基本执行单元，用多个并发的任务代替通用软件的多个模块，并定义了应用软件任务间的接口。由于整个无线远程监控系统的实时性能受RTOS和应用软件的影响，所以，在软件的需求分析阶段就充分考虑其实时性要求。再加之嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰等性能的要求都比较严格，所以嵌入式实时软件的开发难度较大。

2无线通信的设计实现

无线通信的设计相对于监测站而言较简单，有许多现有的产品和通信系统可以利用，重点只是在于从多种实现方式中作出最优的选择。

常用的实现方式有：利用现有的通信网络（GSM/GPRS、CDMA移动网等）和相应的无线通信产品；通过无线收发设备，如无线Modem，无线网桥等专门的无线局域网；利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。

2.1利用现有网络实现监测站与监控中心的无线通信

现有的通信网络较多，按业务建网是3G以前通信网络的特点，无线网络也不例外。设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：全球数字移动电话系统（GSM）、通用分组无线业务（GPRS）、采用码分多址（CDMA）技术的移动网、蜂窝式数字分组数据（CDPD）系统。

GSM（GlobemSystemforMobile）是全球最主要的2G标准，能够在低服务成本、低终端成本条件下提供较高的通信质量。就其业务而言，GSM是一个能够提供多种业务的移动ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网络）。

GPRS（GeneralPacketPacketRadioService）在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，提高了现有的GSM网的数据业务传输速率，最高可达170kb/s。GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，使得移动通信和数据网络合二为一，具有“极速传送”、“永远在线”、“价格实惠”等特点。

CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）网络采用扩展频谱技术，使用多种分集接收方式，使其具有容量大、通信质量好、保密性高和抗干扰能力强等特点。

CDPD（CellularDigitalData）无线移动数据通信基于数字分组数据通信技术，以蜂窝移动通信为组网形式，是数据朎与移动通信的结合物。这种通信方式基于TCP/IP，系统结构为开放式，提供同层网络无缝连接和多协议网络服务。CDPD网络具有速度快、数据安全性高等特点，可与公用有线数据网络互联互通，非常适合传输实时、突发性和在线数据。

对使监控中心与监测站间的无线通信能利用现有的网络，对于特定的无线网需用相应的接入设备。这类设备市面上有现成的产品可供选择。接入GSM网络的通信模块有西门子的SIEMENSTC35i，接入GPRS可用西门子的MC35GPRS模块，接入CDMA网络的有华立H110CDMA模块和AnyDATA公司的CDMAModem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的无线调制解调器（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。

利用现有的网络组建无线远程监控系统，网络连接如图1所示。其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口，有些天线是内置的。利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点，使监测站和控制中心的位置不受距离的限制；但由于利用公网，安全性会有所降低。

2.2通过专用无线收发设备建立无线局域网

这种设计实现方式结构简单，且无须向网络运营商付费；利用专网，安全性高。无线传输以微波作传输媒体，根据调制方式的不同，可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高，对其它电子设备的干扰小。窄带调制方式占用频带少，频带利用率高；通常选择专用频段，需要申请；相邻频道间影响大，通信质量、通信可靠性无法保障。

采用专用无线收发设备建立无线局域网的拓扑结构如图2所示。无线收发设备包括无线Modem和无线网桥等。无线Modem与监测站和控制中心之间采用RS232通信。若采用网桥为网络组建设备，网络拓扑结构将更为灵活，如图3所示。其中在无线网两端的有线网络是可取舍的，可以是以太网、令牌环网或点对点网络等本地局域网。也可以城域网，甚至是因特网，但使用公网时须考虑安全性和费用问题。

2.3利用收发集成芯片在监测站端实现的无线通信

前两种组网方式的一个特点是采用现有的网络系统和产品，无线通信部分不须专门开发，实现较为容易。但由于所购买的产品均是独立器件，使整个系统特别是监测站一端结构复杂、体积庞大，往往在系统推广时会带来不利，且外购产品会增加系统的成本。若能将外购产品的功能与监测站集成在一起，在电路板级实现，将可以避免上述不利因素；但这会增加系统开发的难度，延长研制周期。须权衡利弊，根据项目组的开发实力和系统生命周期作最有利的选择。

采用此方法设计监测站需要实现的部分只是图1、2和3中的无线通信接口（可参看本文的网络版全文）。这部分的硬件实时框图以及处理器、存储器的关系大致如图4所示。各个子模块都有多种芯片可供选择，比如射频前端可用ML2751和RTF6900，实现调制/解调的有ML2722，扩频、解扩可用LD9002DX2和Stel-2000A等。

3控制中心的设计实现

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.204

0 前言

PLC远程监控系统的设计从其结构和控制要求上实现了系统工作环境、感染源种类因素分析和电源及软件抗干扰能力的优化，利用串行通讯协议实现前端机与PLC的串行通信强化了系统信息传输的安全性和精准性。近几年随着PLC远程监控的应用范围越来越广泛，如何利用故障诊断方法强化PLC远程监控系统的应用作用，为我国设备运行和使用提供技术保障成为了研究的主要侧重点，具有典型性。

1 PLC远程监控

PCL远程监控中主要是利用PLC实现设备h程控制程序编写，进而实现PLC远程故障诊断，完后才能网络技术相关数据的传输和通讯，并且利用设备现场传感信息采集和数据运行来实现数据系统的信号转换和信号处理，利用数据信号的信息分析能力完成及设备的运行情况，及时完成故障的诊断处理[1]。

PLC远程监控的应用领域较为广泛，近几年随着4G网络技术的逐渐发展，PLC能够有效的实现远程现场设备的终端信息采集处理，进而完成数据传输工作的数字化和可视化处理，完成设备故障的诊断和维护[2]。PLC远程监控在工业上的应用主要是以工业集成化、自动化、规模化和高效化发展为方向，完成对设备故障诊断的精确性优化。

2 PLC远程监控的特诊

从特征性的角度出发对PLC远程监控系统急性分析，其主要包含系统安全可靠性、系统智能化和实时性的特征[3]。

系统安全可靠性特征：PLC远程监控利用庞大的有机组合体实现了远程故障信息的集中处理和分析，进而提高了信息的可靠性，强化了设备信息系统的整体故障判定准确性，为设备的使用和维护经济损失带来了可靠性。

系统智能化特征：PLC远程监控在设备监控和故障诊断的过程中根据设备的运行数据情况，实现了异常和故障的智能化判定和处理，并且能够及时的采取控制措施，以完成正常系统的智能化运行。

实时性特征：PLC远程监控在其工作系统的处理和监控上能够实现监控连续性，始终对设备运行的状态实施整体监控，并且采用无间断反应传输的方式将监控的信息实时的传递给后台的工作人员，进而降低了传统反馈信息传输的延迟性和不稳定性缺陷，进一步奠定了PLC远程监控在设备运行监控中的实时性特征。

3 PLC远程监控故障诊断方法分析

3.1 数字模型故障诊断方法

数字模型故障诊断方法主要是利用系统的可测量运行信息和数学模型先验知识故障信号对比进行检测，其属于一种分离系统故障的诊断方法。数字模型故障诊断方法主要是包含两个故障处理阶段，残差产生和故障决策。其中残差产生主要是利用被监控系统输出和输入信信号残差反应整个系统可能出现的故障，如果无故障则残差一般为零。故障决策流程主要是当残差被检测出存在故障，利用阙值的设定以及统计决策模型的似然或序贯概率比的方式决定故障决策方案，完成数据模型故障PLC远程监控诊断。

3.2 可测信号故障诊断方法

可测信号故障诊断主要是根据直接可测的输入和输出信号变化关系或变化趋势完成故障的整体诊断。可测信号故障诊断的过程中包含输入输出信号小波变化故障诊断以及数学形式表达故障诊断两个流程。第一流程中PLC远程监控系统能够利用系统暑促胡的幅值、频率、相位值等进行信号与故障源之间关系判定。第二流程数学形式表达故障诊断主要是使用批分析法、概率密度法及功率谱分析法的方式对输入和输出信号之间的波动差异性进行基础计算，完成可测信号故障运行诊断。

3.3 人工智能故障诊断方法

目前PLC远程监控人工智能故障诊断主要包含故障树诊断、故障专家诊断、模糊识别诊断和模糊数学诊断四种方法。其中故障树诊断主要是利用系统或设备内特定时间及其子系统部件故障之间的逻辑结构关系图完成故障逐层次的故障树分析法。故障专家诊断主要是利用专家视觉、听觉、触觉等客观事实对系统故障进行判定。模糊识别诊断主要是采用离线分析法和在线诊断分析法对系统故障表象特征向量集进行故障模式向量函数识别。模糊数学诊断主要是利用模糊集聚类分析系统不同水平子集之间的关系，作为故障判定的成因向量，利用故障模糊合成法完成对故障的远程诊断和监控。

4 总结

通过本文中对PLC远程监控及其故障诊断方法进行分析，能够看出PLC远程监控的应用具有安全可靠性、系统智能化和实时性的特征。就目前我国国内PLC远程监控故障诊断方法来看，其主要包含数字模型故障诊断方法、可测信号故障诊断方法和人工智能故障诊断方法三种类型，在其故障诊断方法构建和优化的过程中必须充分发挥网络远程监控技术的数据共享功能，加强远程监控系统故障诊断信息交流的快速性和交互性，进而为PLC远程监控系统的技术完善奠定基础。

参考文献：

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0引言

随着工业的飞速发展，工业现场设备的增多且分散，我们需要从各类设备中读取实时信息，并根据这些信息发送相关命令去控制设备的运作。网络的出现给这种控制方式带来了极大的便利，让人们可以在任何一台主机上访问到网络上的各类设备，实现远程监控LabView，而Modbus作为工业控制协议的一种，产生于这样的大环境中，自然也具备了与网络相通的性能，并具有很强的开放性和可扩充性，通过它，控制器之间，控制器经由网络可以和其它设备进行通信，因而不同厂商生产的控制设备可以简单可靠地连成网络，进行系统的集中监控。

1 Modbus通信协议

Modbus是Modicon公司为其PLC设计的一种串行通信协议，此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录论文怎么写。下图所示是简单的Modbus传输模型。

从图上可以看出通信使用主—从技术LabView，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。而当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

所发送的消息帧包括地址域，功能代码，数据域，错误代码，其中地址域唯一标识了网络上的一台控制器，功能代码指明了所要询问的内容，数据域的长度与内容会随着功能代码的不同而变化LabView，在协议中都有详细的说明论文怎么写。

Modbus分为两种传输模式，ASCII和RTU模式，其帧结构分别如下图所示：

ASCII模式中，每8bit作为2个ASCII字符发磅，以冒号字符为起始位，控制器不断侦测冒号字符，并解码地址域，判断是否发给自己的，如果是，则接收其它域直到回车换行。消息帧使用LRC进行错误检测。

RTU模式中，每8bit包含两个4bit的十六进制字符，相比上种模式LabView，能在相同的波特率下传送更多的数据，在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始，并且它采用的是CRC检验。

2 LabView网络编程

随着网络的迅速发展，通过网络进行数据共享是各种软件和仪器的发展趋势，与传统仪器相比，LabView设计的虚拟仪器的优势是具有强大的网络通信功能，实现的技术有以下几种：使用网络通信协议编程实现，可现成使用的协议有TCP、IP、串口通信协议、均线网络协议等；使用DataSocket技术；使用客户端远程控制服务端的程序，包括远程面板和浏览器访问；利用共享变量进行网络通信。本文将采用共享变量实现网络通信，下面将介绍实现通信的步骤。

1.创建Modbus IO server

LabView中提供了可以直接创建ModbusIO server的express VI,如下所示，我们只需要配置其相应参数即可LabView，如下所示，下图中，所选择的是ModbusEthernet IO server。

其中，Processname指的是所要创建的server属于哪一个共享变量包中，IPAddress指的是它的地址，这些数据都可以通过配置文件来灵活配置论文怎么写。

2.创建共享变量

共享变量是LabView8为简化网络编程迈出的巨大一步，它可以设定其与网络中的哪台控制器的哪个变量连接，也可以与Modbus server 和OPC server相连接，用户不用了解任何网络协议，就可以轻松实现数据交换。

在工程中创建一个共享变量，它必须存在于一个lvlib之中，进行相关的设置LabView，为了方便，本文将共享变量和server放在同一个lvlib中，如图五所示，图中红框部分指的是该共享变量绑定了刚才用express VI所创建的Modbusserver，并指向了一个确定的地址。在程序之中，LabView也提供了相应的工具让用户实现动态绑定，通过共享变量的属性节点中的url属性，则可以随时改变该共享变量的绑定地址，可以读出创建好的Modbus IO server的I/O server url，再加上所要绑定的地址，即可组成图五红框中的path，如图六所示,

3结束语

本文利用LabView提供的便捷平台LabView，实现了对支持Modbus协议的设备的网络访问，程序可以访问设备上的各个端口值，并可以适应设备的变化，不管外接的是什么设备，只要其支持Modbus，只需要修改相应的配置文件即可，程序可以导入它进行动态的绑定和属性设置，可移植性较高，可以适应工业现场中设备种类多的环境。

当然，还有很多可以深入研究的地方，本文只是创建了Modbus Server，接下去还可以创建OPCserver等，用同样的手段也可以获得更多的兼容性。

参考文献：

[1]邹红利.简化的MODBUS通讯协议在实时通讯控制中的应用 武汉工业学院学报2009 /28 /04

[2]孙璐.Modbus/TCP协议在远程监测中的应用, 计算机软件及应用, 2009 /28 /04

[3]侯国屏，王珅等LabView7.1编程与虚拟仪器设计 清华大学出版社 2005.2 ISBN 7-302-10284-1

[4]ModiconModbus Protocol Reference Guide

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1 前言

安钢高线水处理系统采用了工业自动化技术与计算机网络技术，利用组态王、PROFIBUS总线和PLC技术完成水处理远程监控控制。论文参考，现场总线以太网。在完善提高基础自动控制同时，将各系统的设备监测信号及生产数据连接起来，对压力波动、温度变化和液位等现场数据进行实时监视和分析处理，实现集过程控制与生产管理于一体的现代化高效管理。论文参考，现场总线以太网。

2 水处理工艺流程

高线水处理系统大体分为净循环水系统、浊循环水系统、软水系统、事故水系统以及给排水系统。水处理系统的工艺流程：冷却水由净循环供水泵组、浊循环供水泵组加压后送至各用水点，经过现场冷却设备后水温升高到约50℃并含有大量污油、铁鳞、污泥等，经过冲氧化铁皮供水泵组将水经冲渣沟至旋流池，在旋流池内沉淀、由平流池供水泵组加压后送至平流沉淀池、经过二次去油、去渣，由过滤器后送至冷却塔、冷却后温度低于35℃。流回浊循环水池，再由净循环、浊循环泵组加压后送用水点循环使用。

3 水处理PLC控制系统硬件设计

根据水处理系统规模，系统主要有上位监控机、SIMENSS7-300可编程控制器、DX220无纸记录仪、prfibus-DP总线通讯设备、ethernet通讯设备等。论文参考，现场总线以太网。论文参考，现场总线以太网。

基础自动控制系统采用SIMENS S7-300 CPU 318-2（6SE7 318-2AJ00-0AB0）可编程序控制器，二个中央槽架之间由UR0的IM360（6SE7360-3AA01-0AA0）与UR1上的IM361（6SE7 361-3CA01-0AA0）模块相连接，现场配有9台ET200M，PLC和工控机之间通过PROFIBUS-DP总线进行通讯。过程量采集使用两台DX220无纸记录仪，与工控机之间通过ethernet通讯。上位机采用DELL GX－240（P4 1.7G/256M/80G）主机，构成一套完整的控制与监控配置方案。

水处理控制系统通过带有PROFIBUS-DP主/从接口的中央处理单元，采用分布式I/O、PROFIBUS-DP现场总线控制，同远程ET200站构成分布式控制系统，结合组态王操作画面，实现远程控制；通过工业以太网与DX220无纸记录仪的通讯，实现组态王过程参数画面监控，进而达到了现场工艺生产要求。

控制系统采用就地手动、上位机点操和集中自动监控系统三种控制方法相组合，现场采用33块6ES7321-1BL00-0AA0输入模板，输入点数998点，输出采用22块6ES7322-1BH00-0AA0输出模板，输出点数503点，有关硬件组态及模块安装位置见附图1，主要用于操作方式的选择、水泵运行、压力、水位、电动蝶阀限位、水泵起停、电动蝶阀开闭，备用泵自投以及指示灯显示和远程画面等。两台DX220无纸记录仪均为16通道模拟量输入回路，主要采集水温、水流量、水压等参数，用于画面的报警与显示。

图1 系统构成示意图

4 水处理控制系统软件设计

水处理控制系统软件按照工艺过程和控制设计，编程软件采用西门子STEP7编程软件，其最大的特点是采用了块结构的方式。对于许多工艺控制条件相同的设备，只编制一个功能块(FBs)，在组织块中通过调用赋予不同数据块的功能块，来控制相对应的同类设备，在程序的调试和修改中，只需修改FB，即可实现对同类所有设备控制的修改。

5 实时监控

上位机软件采用Windows2000操作系统，组态平台为工控组态软件KingView6.0。上位机实现的功能为：数字显示水处理系统中的液位、管道压力、进出水流量实时值与累积值、水温度。论文参考，现场总线以太网。按照水处理自动化的要求，对一些实时参数以及历史数据进行汇总记录，生成各类组态王报表，或者将数据输出到SQL数据库中进行记录。各设备的运行、故障等状态显示，各设备的启动、停止操作，并进行操作记录，以便查询；出现每个设备故障时发出声音报警并记录故障情况（故障时刻、故障类型等），方便进行事故分析。论文参考，现场总线以太网。重要参数、报警、故障都可以报表打印。

6 结语

该系统自投入运行以来，稳定可靠，在线修改和调试方便，给操作人员和维护人员带来很大方便，在高产稳产、降低能耗和安全环保等方面发挥了很大作用，进一步推动了水处理自动控制系统的广泛应用。

参考文献：

[1]廖常初主编，PLC编程及应用，机械工业出版社，2002。

[2]郑晟、巩建平、张学主编，现代可编程控制器原理与应用，科学出版社，1999。

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引言

城市发展朝着智慧或智能型的方向转变是城市发展的必然趋势，尤其是借助网络、传感或遥感技术等品信息处理技术构建智慧城市成为其中必备的技术支持和基础。在智慧城市体系构建当中，城市的基础设施建设、信息资源开发利用等，对城市居民以及城市本身的发展起着极为重要的作用，而其中以网络信息科技为支撑产生的作用及效果则会更加明显[1]。而具体如何将网络信息科技应用到智慧城市的构建当中，以下则具体分析视频流媒体转发技术在其中消防远程监控中的应用[2]。

一、视频流媒体转发技术

流媒体技术是一种应用于流媒体的综合技术，其中涉及到多媒体采集、编码、传输、解码和存储等方面。实际上，流媒体在播放之前并不是对所有内容进行下载，而是只对部门内容进行缓存，在整个数据传送的过程中，用户能够在计算机上利用播放器或其他硬件软件实现对多媒体文件的播放，这种方式能够节省下非常多的用户下载等待时间和存储空间，与此同时后台服务器实际上仍然还在进行多媒体文件的下载。

二、智慧城市体系及架构

在当前时代及社会发展形势下，智慧城市是与网络充分融合的，例如城市的基础设施建设与电信网、物联网等相互结合，并且其最终形成的模式是以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民的新模式[3]。在智慧城市体系之下，城市居民的生产、生活更加便利和高效，城市的运行、发展更加趋于智慧化。针对“智慧城市”，IBM《智慧的城市在中国》就提出“它能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活”[4]。

总而言之，智慧城市体系的构建对城市的发展以及城市居民的生活、生产有着积极的作用，该理念下的城市发展未来也必将成为城市经济、国家经济，甚至世界经济发展的关键。

三、视频流媒体转发技术在智慧城市体系中的应用分析

由于智慧城市体系构建当中，城市的基础设施建设等是与网络信息科技相互结合，因此针对视频流媒体转发技术在其中的应用，以下则具体以其在智慧城市体系当中的消防远程监控系统中的应用，予以具体的分析和探讨。

3.1 智慧城市体系中的消防远程监控系统及其现状分析

3.1.1 智慧城市体系中的消防远程监控系统

城市视频监控可以涉及各个领域和行业，比如工地监控、餐饮监控、道路监控、旅游景点监控、企业生产监控、城市治安监控等[5]。针对城市消防远程监控系统，是利用现代通讯网络的优势，将每一个建筑物内独立的火灾自动报警系统联网，同时综合地理信息系统、数字视频监控等信息技术，从而在监控中心内对所有的联网建筑物的火灾报警情况进行监测。需要注意的是，互联网网络传输的宽带和传输质量影响关系到整个系统的可靠性，但是因各个建筑物内多用户访问数字视频图像给网络宽带带来较大问题，影响到城市消防远程监控效率。

3.1.2 城市消防远程监控系统现状分析

在城市消防远程监控系统中，当一个用户访问系统中的一路视频图像，就会占用一定的网络宽带。实际上，整个系统可能会出现多个用户去访问相同路数的视频图像或多个单位同时去访问各自的视频图像，在这个过程中大量用户的涌入就很容易出现视频图像不流畅、图像卡死的问题出现[6]。导致这种问题出现的原因在于城市消防远程监控中心申请的网络管带不够，因此出现网络阻塞。因网络阻塞问题的出现就需要运营商申请增加网络宽带，但是需要注意的是城市消防远程监控系统的真正意义在于传输火灾报警信息，其中查看视频图像只是辅助作用，传输火灾报警信息才是关键。因此本文研究将视频流媒体转发技术与城市消防远程监控系统的结合。

3.2 视频流媒体转发技术在智慧城市消防远程监控系统中的应用

视频流媒体转发技术通常而言是以ezCSS流媒体转发服务器软件为基础的，该软件主要是针对各种公共网络环境下的视频传输开发的网络视频管理软件，其在城市消防远程监控系统当中得以应用，不仅能够解决访问视频网络宽带问题，还能够解决广域网和局域网的网络互访功能[7]。就视频流媒体转发技术在智慧城市消防远程监控系统中的应用，以下主要结合实例予以深入分析。

实例：ikan视频监控平台由杭州协凯科技有限公司开发，可以对接视频监控主流厂商的软件平台，将不同视频监控平台上的资源汇集、接口整合，再为第三方应用提供业务系统集成接口，基于HLS（Http Live Streaming）的流媒体传输协议开发，以视频图像应用为手段实现视频转发的功能，让视频监控的本地化走向互联网，内部管理走向社会大众。ikan视频监控平台架构见图1。

ikan视频监控平台具有五大优势：

优势一：突破专网的限制，提供互联网的服务

对接建设在专网的视频监控平台，为互联网提供视频监控资源调用的入口，同时在专网与互联网之间建起安全堡垒，降低发生在视频监控平台的网络安全风险。

优势二：支持对接主流厂商的视频监控平台，整合对外接口，且兼容性高

提供与大量监控平台对接的能力，实现对接主流厂商不同版本的视频监控平台，将不同视频监控平台的接口整合成统一的对外接口。

优势三：汇聚视频资源，专业处理流媒w，降低应用平台对接复杂度

经过ikan视频监控平台的流媒体转发，将视频资源整合，互联网应用对接本平台就可以调用在不同监控平台上的视频资源，实现一对一的简单开发，降低一对多开发的复杂度，提高开发的效率。

优势四：覆盖多平台、免播放插件、高效的视频输出

实现在不同类型的系统平台（Mac、windows、IOS、Android）和业务平台（APP、网页、微信公众号）的免OCX控件实时预览，3-5秒钟内快速播放，自适应网络状况，确保视频播放的流畅度，有效解决操作视频监控平台碰到的常见问题。

优势五：平台可用性高，扩展性强

提供标准统一的API接口，可以根据接口文档进行二次开发，将视频功能模块嵌入到各种各样的互联网应用；也可以根据客户视频相关的需求进行定制开发，满足在各行各业的使用。以浙江台州移动阳光厨房的ikan视频转发技术为例进行分析，目前台州市共建成“阳光厨房”1513家，其中大型、特大型餐馆、养老机构435家，学校食堂349家，单位食堂58家，中小餐饮单位671家。利用ikan视频转发技术建立起来的移动阳光厨房，在单位的各单位的洗碗洗菜间、烹调间、冷菜间、二次更衣室等关键点位安装了监控摄像头，采用这种开放式的监管方式不仅让餐饮经营单位实现了良好的营销宣传，同时对保证广大人民群众的食品卫生安全也有积极意义。目前，台州的1513家“阳光厨房”已接入市市场监督管理局智慧监管系统，共有840家已接入台州餐饮服务食品安全社会共治平台。其中厨房监控系统与餐饮监管部门实现联通，相关工作人员可以直接利用健康系统远程进行监督操控，一旦发现违规行为可以进行现场取 证。通过研究发现ikan视频转发技术能够实现多用户对视频图像的远程访问功能，最终减少运营商在网络宽带方面的投入。综上关于视频流媒体技术在智慧城市体系中的应用实例分析，城市运行在技术的支持下，展现出更加智慧的一面。当然，视频流媒体转发技术在智慧城市体系中的应用，具体还涉及到到其他方面例如其在医疗卫生当中的应用、在交通发展当中的应用等，并且视频流媒体转发技术在其中的应用也体现出了极好的功效，在此就不详细阐述。总之，该视频流媒体转发技术在城市智慧化的过程中具有极为重要的作用。

四、结束语

综上所述，视频流媒体转发技术的优势十分突出，尤其是对智慧城市体系的构建起着先进性的作用。关于视频流媒体转发技术在智慧城市体系中的应用，本文主要就其在智慧城市消防远程监控系统中的应用给予具体的分析和阐述。视频流媒体转发技术在ezCSS流媒体转发服务器的基础上，则充分体现出了消防工作的迅速性、快捷性和协调性，尤其是在消防监控中的图像处理上凸显其巨大的优势。当然，以上仅仅探讨了视频流媒体技术在城市消防方面的应用，其在城市其他的基础设施建设如医疗卫生、交通监控等方面的应用也是不容忽视的。总之，视频流媒体转发技术在智慧城市体系的构建当中值得推广和应用。

参 考 文 献

[1]赵勇，刘娟，李健. 智慧城市体系框架浅析[J]. 电信网技术，2013，04：1-6.

[2]唐云凯. 基于物联网技术构建智慧城市体系研究[A]. 旭日华夏（北京）国际科学技术研究院.首届国际信息化建设学术研讨会论文集（一）[C].旭日华夏（北京）国际科学技术研究院：，2016：2.

[3]商燕，张升. 基于有线电视网络的智慧城市体系建设[J]. 通讯世界，2016，01：6-7.

[4]王文超，邱桂苹，穆森，赵倩. 基于视频监控的流媒体分发方法的研究[J]. 信息通信，2012，31（05）：32-33.

[5]刘英，王涛，甘朝辉，洪波，岳云鹤. 多级视频监控流媒体服务系统设计方案[J]. 无线电工程，2011，11（12）：1-4.

篇6

中图分类号：TP315 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 14-0000-01

The Remote Monitoring Terminal Anti-jamming Design

on GPRS-INTERNET Network

Li Ning

(Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang050031,China)

Abstract:Web-based remote monitoring is currently carried out at home and abroad active researched,widely used in many fields.Among them,the elimination of all kinds of interference for the system stability and security is an important part,this remote monitoring system based on analysis of the city lights in the GPRS-Internet network based on various factors and the interference of the interference method,the related remote monitoring system has more general significance.

Keywords:Remote monitoring network;Anti-jamming

基于网络的远程监控系统具有应用性广，易于生产等特点，但是系统中的各种干扰严重影响了其作用的发挥，也是设计生产者最关心，最难解决的问题之一。本文所做的抗干扰研究基于远程监控系统最常见的城市照明系统，带有一定的普遍性，在此系统中的抗干扰措施应用于其他系统也能得到较好的效果。本文分三部分，第一部分是对所研究的具体的远程监控系统，路灯系统的结构介绍。第二部分是分析其中的各类干扰的情况。第三部分是针对第二部分的各种干扰采取的抗干扰措施。

一、监控系统总体结构

路灯远程监控系统的组成如图1-1所示。MTU通过GPRS-Internet网络采集实时运行参数，进行远程监测、控制和信息管理。FTU安装于远程终端，接收并执行来自监控中心主站端计算机（MTU）的命令，并能自动检测设备异常事件及时将相关数据上传给MTU。

二、干扰的影响

可靠性是描述系统长期稳定、正常运行能力的一个通用概念，也是产品质量在时间方面的特征表示。影响系统正常运行的主要因素包括内部因素和外部的各种电气干扰，以及系统结构设计、元件选择、元件布局和外部环境等，主要表现在以下四个方面。

（一）数据采集误差加大

干扰侵入微机系统测量单元模拟信号的数据通道，叠加在有用信号之上，会使数据采集误差加大，特别是当传感器输出微弱信号时，干扰更加严重。

（二）控制状态失灵

微机输出的控制信号常依据某些条件的状态输入信号的逻辑处理结果，若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信号，将导致输出控制失常。

（三）数据受干扰发生变化

在混合信号处理器系统中，存放于RAM中的内容受到干扰可能对系统造成不同的影响。

（四）程序运行失常

外界干扰导致PC值的改变，程序将执行一系列无意义的指令，最后进入死循环，这将使输出严重混乱或系统失灵。

三、抗干扰采取的一般措施

监控终端线路板硬件电路的可靠运行是整个系统得以正常工作的基础，因此采用的抗干扰措施一般应该包括元件的选型，电路原理图的设计，以及在设计PCB板时的特殊考虑等方面。

（一）印刷电路板采用的抗干扰措施

印刷电路板应本着尽量抑制噪声源、减小噪声的传播与耦合、减小噪声的吸收的原则来设计和布线。对印刷电路板进行了合理的分区，按单点接电源、单点接地的原则送电，每个区域的电源线、地线由该点分三路引出。噪声元件与非噪声元件要离得远一些。

（二）电源和地线设计

对于电源和地线的设计采用了如下几种措施来提高系统的抗干扰性能：单独设计模拟电源用于模拟部分供电，与噪声较大的数字部分完全分开；拥有数字地和模拟地的模拟芯片，采用在模拟电源入口处单点接地的方式，尽量减少数字信号对模拟信号的干扰；为减小地线的公共阻抗，降低不同地线上的点的电位差异，尽可能得将地线加粗；在电路板进行了大面积的覆铜处理，以降低地线的公共阻抗，提高地线的屏蔽作用。同时，电路板的地与机壳相连，这样有利于防静电、提高系统的可靠性。根据印制线路板电流的大小，尽量加粗了电源线的宽度，减少环路电阻。另外，尽量使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

（三）采用隔离技术

为了减少监控终端工作环境中引入各种干扰，就需要在监控终端线路板与外界连接电路中进行隔离。在采集外部模拟量时，选用互感器可以阻断外部输入信号与监控终端线路板之间的电气信号的直接连接，从而减少了外部干扰侵入可能性。对于高频的干扰信号，经过互感器后也将被大幅度衰减，从使得在送到信号处理电路中干扰信号得到降低。同样，在开关量输入和输出信号处理时，分别采用光电隔离器和继电器隔离，隔离电路两端采用不同电源供电，使得监控终端线路板与外部信号完全断开电气信号连接。在通信电路中，则采用变压器隔离。

（四）硬件容错性设计

硬件电路的容错性是指在外部输入误信号，或者在输出端所接的驱动电路中有误时，系统能够自动检测错误，并做出处理。电路各种接口电路中，特别是有极性的接口中，必须严格按照信号极性连接，各种芯片所需的电源为直流电源，如果把电源接反，将损环系统。在设计过程中，对于直流电源输入进行了整流，这样无论所接电压的极性如何，经过整流桥输出的信号总是能够满足系统的要求，从而起到保护系统电路的作用。

对于电路中经常使用的RS-485通信。RS-485总线抗干扰的原因是因为他采用差分传输信号，从而达到抗共模干扰的作用。RS-485总线信号是由2根有极性的差分信号来传输的，也不能将其反接。一种常用的方法是对信号在发送以前进行调制，得到无极性信号，然后再发送，这样可以避免由于在电路连接过程中造成的信号反接现象。

（五）信号采集的数字滤波

使用的是算术平均值滤波法可以有效的过滤外界随机信号。采用算术平均值滤波，采样结果曲线平滑程度好，但如果采样次数取值太大，虽然平滑度好，但是影响程序运行时间。

（六）“看门狗”技术

除了采取防御和抑制干扰的各项措施外，还采用了MCU自带的正常工作监视器（通常称为“看门狗”）来监视MCU的工作状况。通过不断检测程序循环运行时间，一旦发现程序循环时间超过最大循环运行时间，就认为系统跑程序，需进行出错处理。

（七）其他软件抗干扰设计

除了在硬件上采取一些抗干扰措施外，还需要在软件上采取一定措施。方法很多，有开关量输出、设置软件陷阱、软件冗余、重要指令冗余、数据的保护与恢复技术和NOP的使用等。

篇7

中图分类号：TP391.41

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.09.017

0 引言

由于我国的地理位置情况，我国的气候受季风影响较大，降水量的地区、时间分布不均匀，从而导致河流的流量和水位变化较大。以我国秦岭淮河以北、黄河流域下游地区为例，每年七八月份，由于亚热带季风影响，降雨量骤升，河流水量剧增，水位快速上升，从而会引发洪涝灾害，从而导致大量的生命、财产损失。产生洪涝的原因除了降雨之外，还有一些其他的气象和水文因素，例如：温度、湿度、降水间隔、水流流速、风速、风向等。而随着气象技术、传感器技术的发展与成熟，人类已经可以获取到持续的气象和水文数据；同时，随着大数据时代的到来，大数据处理和分析技术的成熟，对长期的气象、水文数据进行数据分析和挖掘已经成为了可能，从历史的信息中挖取和洪涝灾害有关的信息，从而进行防洪预警已经成为了当前的研究热点。

气象与水文是洪涝灾害的客观原因，同时，洪涝灾害往往也由一些人为原因造成，比如排水能力差，排水不及时，防洪工程响应不及时，质量不过关等因素。针对质量不过关等问题，政府需要加强对水利T程质量的监管力度。而针对响应不及时等问题，即可通过数据分析、预测方法配合防洪设备的远程控制等技术来解决。以泵站为例，可用本论文设计的泵站远程监控系统来实现水泵的远程启动与调整，调整排水量，从而减轻洪涝灾害的影响。

针对洪涝灾害这一问题，本文提出了基于结构化支持向量机（Structured Support Vector Machine）的泄洪联动技术研究。通过历史的洪涝信息训练学习模型，并根据观测到的水文信息对洪涝灾害进行预测，生成各水泵的工作策略向量。并根据该向量通过远程监控系统进行水泵的控制与调度，尽可能预防洪涝灾害。

1 基于结构化支持向量机的泄洪联动设计

防洪泄洪作为水利水文监控系统的重要功能需求之一，如何准确地进行洪涝信息的预测预警，实现其智慧化是目前国内外的研究热点。目前较为经典应用较广的洪水预测调度模型主要包括流域水文模型（如新安江模型）、河道演算水文学和水力学模型（如Muskingum Method、动力波演进模型）和据流域特制模型（如陕北模型、河北雨模型）。在“新安江模型”中检测站实时监测流域温度、相对湿度、河流径流量等；然后对所采集监测数据进行数据挖掘处理，通过各种拟合方法确定该地区植被覆盖面积、土壤渗透系数、饱和蓄水量等相关水文参数的置信区间；最后在已确立的模型基础上对水文数据（如降水量、水位等）进行演算，修正模型参数。目前来说，国外的河流代表模型有TOPMODEL模型（Topography BasedHydrological Model）和SWAT模型（Soiland WaterAssessment Tool）等。

结构化支持向量机（Structured Support VectorMachine）是一种机器学习算法，它泛化了机器学习中支持向量机（Support Vector Machine）的分类器（classifier），从而使得其可以预测复杂的结构。结构化支持向量机可以用于预测树状结构（Tree），有序表结构（Sequence），当然也可以用于预测向量（Vector）。在实际的水文信息分析中，往往需要考虑到众多的影响因素，比如上文提到的降雨量、降雨间隔、水位、湿度、温度等，这些影响因素也被成为分析问题的指标。

而对于气象和水文信息而言，这些指标往往存在以下两大特征：

指标规模庞大：

对于水文数据而言，由于每时每刻的气象和水文情况都在改变，即每时每刻都有新数据产生，数据规模庞大。而且对于气象和水文信息而言，一段较长时间内的数据才对分析工作有着重要作用，往往需要分析一年，十年甚至一世纪的数据才能得到有效分析结果，因此，对于指标而言，数据规模庞大是一个明显的特征。

指标之间存在重叠：

水文数据指标间往往不是独立的，而是存在重叠的，比如降雨指标会影响水位指标，也会影响湿度指标。这些重叠的指标一方面会导致分析问题变难，分析工作变重，也会导致大量的计算浪费。

针对以上问题，本文首先采用主成分分析法来降低数据的维度，即只选取关键的指标，从而减少重叠指标造成的影响，也可以显著的减少计算量，再引入结构化支持向量机进行联动处理。本方法旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标。其步骤如下：

2 基于结构化支持向量机的泄洪联动技术实现

本文设计的泄洪联动技术主要涉及到以下两部分工作：1）通过主成分分析法对数据进行降维，从而减少计算量和由数据重叠问题造成的结果不准确；2）通过结构化支持向量机根据历史的气象、水文信息对水泵策略进行预测。而这两部分则均为数据分析任务，计算量较大，计算速度较慢，因此本文将以上两个算法作为离线程序，每天定时运行，生成相应的结果，便于管理员进行决策。数据的输入系统包括：

（1）泵站采集数据处理系统

泵站采集数据处理系统对泵站数据进行远程监测，功能主要包括：统计和记录主要电气设备的动作（将系统采集到的泵机运行状态等数据进行分类处理并保存）；事故及异常统计记录；参数越限统计（对参数越限等异常进行必要的统计，同时在必要时进行警示，并可根据需求生成报表）；运行日志及报表打印。

（2）远程自动化控制系统

可通过本系统所设计开发出的主体水利信息化管理软件来对泵机进行启停控制。系统根据实时运行状态，按照预设控制参数和模型实现对泵站机组的自动控制。站点泵机的控制可通过切换开关转换到“手动操作”或者“远程控制”。

当控制方式被切换到远程控制方式时，除了站点值守人员操作站点上位机实现对机组的控制外，中控室和有权限人员也可以直接实现对站点设备的相应控制，从而实现泵站的少人甚至无人操作，大大减轻人员工作量。

在现场安装的传感终端远程监测模块，完成对站内机组、电气设备及周边设施环境的实时监控，同时提供和管理上位机的远程通讯接口。通过485串行总线等通信方式，站点管理人员可以实时监测该站点动态数据和了解各操作中的主要工作过程。

站点监测的对象主要包括：机组电压、电流；机组温度；水位等。

站点上位机对监测的数据可以以数字和图形两种形式进行实时显示，它通过各种动态的图文来表示整个泵站各种设备的实时状态，给人以生动、直观的操作效果。

（3）泵站远程监控软件系统

泵站远程监控软件系统是为了实现抗旱与排涝泵站组成的泵站集群的信息化、智能化的开发、管理，因此是整个系统的核心组成部分之一。通过该软件系统可以实时显示各个分站的运行情况，如泵机电压电流、泵机温度、进水口水位、排灌量等重要信息。远程控制机组的启、停转换；且能对系统故障进行白诊断，能有效地保护机组的安全运行，进而帮助运行人员发现事故隐患等。

基于主成分分析法的水文信息降维法关键算法实现：

1.标准化矩阵：

function std=cwstd（vector）

cwsum=sum（vector.1）；%对列求和

[a，b]=size（vector）；%矩阵大小，a为行数，b为列数

for i=l：a

for j=l：b

std（i，j）=vector（i，j）/cwsum（j）；

end

end

2.计算主成分：

Function result=cwfac（vector）；

std=CORRCOEF（vector）%计算相关系数矩阵

[vec，val]=eig（std）%求特征值（val）及特征向量（vec）

newval=diag（val）；

[y，i]=sort（newval）；%对特征根进行排序，y为排序结果，I为索引

For z=1：1engm（y）

newy（z）=y（1ength（y）+l-z）；

end

rate=y/sum（y）；

newrate=newy/sum（newy）

sumrate=0：

newi=[]；

for k=length（y）：-l：l

sumrate=sumrate+rate（k）；

newi（length（y）+l-k）=k；

if sumrate>0.85 break；

end%记下累积贡献率大85%的特征值的序号放入newi中

end

基于结构化支持向量机的泵站策略预测关键算法实现如下：

pann.pattemS=pattems；

pann.1abels=labels；

pann.10ssFn=@lossCB；

parm.constraintFn=@constraintCB；

pann.featureFn=@featureCB；

parm.endIterationFn=@iterCB；

parm.dimension=10；%经过主成分分析法后的数据维度为10

pann.verbose=l；

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1 油田数字化的概况

数字油田就是通过数字地球技术为技术基础来实现油田的全面信息化。通常来说国内的数字油田包括以下几个方面，一是数字油田是数字地球在油田的具体应用，油田在自然状态下的数字化信息虚拟体即为数字油田，数字油田也是油田应用系统的一个综合集成，数字油田是企业的数字化模型的发展，数字油田对于油田的发展来说是油田数字化的企业实体形式，数字化油田工程中的能动者是数字化应用的工作人员，也就是说数字化油田其实是油田的一个科技化虚拟表现，通过对油田基本信息的汇总和分析建立油田模型，根据不同的数据处理进行探查和研究，进行油田工程中的模拟情况，其中油田的生产信息以及地理信息尤为重要，数字化油田的建设能够根据基本信息的模型建设及时获取油田的生产动态快速进行反应和完善，另外企业的信息化和油田的数字化能够很大程度的改善在油田这个大工程中各部门的互相联系和数据的整合能力，提高了工作的效率和安全。为石油企业建立数据以及信息资源的共享和管理体系是数字化油田的发展核心，以资料库的发展为基础，在信息共享的基本条件下不断的发挥石油勘探开发以及地面建设储运销售等全面的生产和管理，综合建立数据体系，与各专业的应用系统融合和完善，通过油田生产管理优化应用的基本模型实现虚拟技术数据的可视化和多维化的全面发展，另外智能化的分析也为油田的数字化提供了更好的方向，通过智能化分析的模型更好的实现企业经营管理的信息化背景基础，物联网技术就是针对数字化油田的开发管理而研发的一种针对性技术，能够满足油田的生产运行、生产管理以及监控等各个方面的基本需求，是石油勘探开发中一项综合的技术应用，能够实现油田开发管理的一体化和规范化，实现了现代化生产经营的规范、统一的数据平台。

2 油田数字化的应用

2.1 数据处理 数字化油田在发展过程中，由于设备承载力问题等原因对油田的开采效率和安全有很大的影响，这就需要我们采取措施去避免，另外数据对于油田工程来说也尤为重要，油田工程中数据的丢失或者传输的不及时不准确都会造成油田工程的延误和影响，并且在油田开采的过程中有多个采油点，这就会出现大量的数据需要采集和储存，大量信息的输入和输出对网络宽带以及设备的要求就更高，数据库建立不仅仅是去订阅相对应的学术论文，而且是建立属于我们自己的数据收集和管理系统，这个系统可以是中国石油内部各公司联合构建的，也可以是某个油田内网对内查阅的，但重要的是要有极强的针对性和实用性，能够对于采油采气的技术研究和发展起到推动和促进作用。

2.2 远程监控 数字化油田实现了油井生产过程的远程监控，其中油田的远程监控系统能够对油井的供图、压力、温度、电流、功率等进行远程监控并且通过网络进行传输和分析，对于油井的生产工况有一个实时的诊断，另外远程控制还能够实现实时产液量的计量，用电消耗的分析以及可以通过扭矩法、电能法等计算和控制抽油机的平衡，通过远程的监控分析和诊断从而实现油井工作中的参数优化设计，通过优化设计以及诊断资料由专家进行解决方案的确定，基于油井工况诊断和工艺参数设计结果，远程实时实现对油井的大闭环智能控制，通过井场摄像机传送视频信息到视频服务器，通过交换机上传至无线网桥，后经无线网络最终实现现场视频数据传送到站内视频监控平台。另外，注水井生产远程监控分析优化系统通过网络远程采集注水井的压力、流量等数据，利用PID算法自动调节阀门开度。同时将即时流量数据和累计流量数据以及各种压力数据，传送到RTU，利用CDMAGPRS网络将数据传回到油田企业内部网计算服务器。Web系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示等。

2.3 物联网的应用 通过技术的不断发展，石油互联网也逐渐应用到油田的生产实践当中，物联网技术在数字化油田建设中的应用能够简化油田的建设工作，在油田数据采集、远程监测、物资管理等繁复的工作中物联网的技术应用很大程度上减轻了工程负担，提高了工作效率，物联网技术的应用能够实现跨地域的协同工作，物联网的应用紧密联系了工程中的各个琐碎的环节，对于油田工程中的多项业务科学有序的进行了整合，实现了油田生产经营过程中的优化，不断拓宽了油田的勘探业务，在科技迅速发展的今天数字化油田的进程中物联网技术的应用是数字化油田的一个发展方向，对于数字化油田的建设来说是一个有效的措施，油田勘探的不断发展与油田的信息采集以及智能化技术的应用随着油田勘探开发的进一步深入、信息采集与智能计算技术的迅速发展，油田中物联网的应用越来越成熟，能够更好的服务于油田的开发和完善。

2.4 无线网络部应用 无线网络的应用通过无线通信产品的选择能够基本实现增压站和井场之间的数据实时传输、视频监控、远程控制等效果，不仅如此还能够进行数据的传输，实现数据共享和数据的科学管理等应用。

做好数字油田，必须树立思想先进比系统先进更重要的理念，要有创新思想，开放学习的态度及分享成果的意识；要勇于承认差距，改变现状，迎头赶上；要服从大局、服从整体，统筹兼顾，突出加强勘探生产、实施管控、基础建设等重点；要将生产运行的理念转变为生产决策的理念，更好地推进油田科学发展。

3 结语

综上所述，油田数字化的建设不是一概而论的，而应该是结合油田的具体特点，通过对现有资源的集成和整合，对于创新和管理理念进行分析，对于油田的生产管理和综合研究的数字化管理系统统一建立，从而对安全、监控过程、人力资源的节约进行强化，从而提高效率和公司效益，数字化管理能够很大程度的提高生产效率，大大降低劳动强度，不断提高安全保障的水平，大大降低安全风险，从而不断实现油田管理的科技现代化的发展。达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。

参考文献：

[1]苗青.油田数字化建设中存在的问题及对策[J].油气田地面工程，2013（9）：120-121.

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路灯线路漏电远程监控系统组成主要包括：监控中心计算机监控系统、现场漏电检测智能控制终端以及通讯网络等部分。路灯线路漏电远程监控系统如图1所示。

1.1 监控中心计算机监控系统

监控中心计算机采用Internet固定宽带网络与系统连接，采用Windows中文版操作系统和SQLServer2005数据库平台，可实现远程访问。现场路灯漏电智能终端数据传输采用移动GPRS无线平台与监控中心通信。监控[( dylw.NEt) 专业提供论文写作和发表的服务,欢迎光临]中心配置监控计算机，彩色液晶显示器、UPS电源、打印机等设备。监控软件功能包括：地理信息系统、系统测控、图形监控、动态显示、历史数据采集、趋势图、历史数据显示贮存、事故报警、制表打印、终端参数远程设置、控制逻辑修改、系统调试等。

1.2 漏电检测智能控制终端

漏电检测智能控制终端分布在城市路灯箱变内，采用无线GPRS和监控中心计算机通信。该产品采用嵌入式STM32单片机，时钟频率达到72MHz，配以5英寸分辨率480×272真彩色触摸液晶显示器，构成一个功能完全的微处理系统。采用全封闭铸铝机箱，强弱电信号严格分离，抗干扰能力强，有多个可插拔输入输出端口，人机界面友好，汉字显示。可根据需求进行各种参数显示和功能设置，可随时执行主机下发的遥测、遥控、遥调命令，将终端采集到各种漏电数据上报到监控中心，根据告警限量对路灯线路进行保护。

1.2.1 漏电检测智能控制终端技术参数

漏电检测智能控制终端技术参数如下：CPU STM32采用ARM Cortex-M3内核，时钟频率72MHz、内存：64M;采用TFT真彩液晶屏，分辨率(480×272)电阻式触摸屏，触摸延迟时间<10ms;通讯接口采用：1×RS-232，2×RS-485，1×USB，1×LAN(以太网口)。

漏电检测智能控制终端单台设备具有16路A\D输入接口，可采集0～10A漏电电流信号，0～400V交流电压信号，4～20mA、0～20mA、 0～5V的各种传感器信号;具有12路光隔离的开关量输入口和10个继电器触点输出控制口，继电器无源触点输出(AC250V/5A、DC30V /10A)。

系统适应运行环境为：工作电源：交流220V，工作温度范围：-20℃～70℃，工作湿度范围：0%～95%。

1.2.2 漏电检测智能控制终端的保护原理

根据“基尔霍夫节点电流定律”：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和，即：∑i(t)入=∑i(t)出。

(1)可知，在路灯被保护线路工作正常，没有发生漏电的情况下，流入和流出零序电流互感器一次侧的电流相量和等于零，即：i1+i2+i3+iN=0。

(2)铁芯中磁通的相量和也为0。零序电流互感器的二次侧不产生感应电动势，漏电信号处理电路没有漏电信号而处于警备状态，没有输出，漏电控制电路不动作，维持正常供电。当被保护路灯线路中有漏电或人身触电时，由于漏电电流的存在，通过零序电流互感器一次侧各线电流的相量和不再等于零，有了漏电电流，铁心就有了交变磁通(交变磁场)，在交变磁通作用下，零序电流互感器二次侧线圈就有感应电动势产生，形成剩余漏电电流输出信号，该信号通过整流变换电路后输入到 A/D转换器和无线漏电智能监控终端微处理器内进行处理，只要剩余电流(漏电电流)达到预先设定漏电电流保护值时，无线漏电智能监控终端微处理器输出一个控制信号控制继电器，继电器得电动作，推动脱扣器动作，脱扣跳闸切断电源，实现漏电保护。无线漏电智能监控终端控制原理图如图2所示。

无线漏电智能监控终端主要用来对路灯线路漏电电流数据采集、分析、数据上传、接受监控中心计算机命令、就地数据显示、功能设置、控制路灯线路接通和断开。对防止人身触电提供可靠保护，同时也可用于对电气线路因漏电造成的接地故障进行保护，防止接地电流引起的设备和电气故障而造成的火灾隐患。

1.2.3 漏电电流告警设置

在使用无线漏电智能监控终端时，正确合理地选择无线漏电智能监控终端每一路的漏电电流检测告警保护值非常重要：一方面在发生触电或泄漏电流超过允许值时，无线漏电智能监控终端可有选择地动作;另一方面，无线漏电智能监控终端在正常泄漏电流作用下不应动作，防止供电中断而造成不必要的灭灯。

在设置漏电保护器的额定漏电动作电流应注意：(1)为了保证人身安全，额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值，国际上公认30mA为人体安全电流值;(2)为了保证电网可靠运行，额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流。

1.3 通讯网络

系统采用GPRS无线通信方式，利用分组数据传输技术，数据传输速率最高理论值能达171.2kb/s，可缩短系统数据检测时间。凡手机可通信的地方均可正常使用，可实现城市路灯漏电检测系统在城市内无通信盲点。

2 系统功能

2.1 智能保护功能

路灯线路漏电远程监控系统以计算机为控制核心，使用现代无线网络平台，根据路灯线路运行环境，单独设置不同支路的路灯线路漏电保护参数，显示和记录路灯线路漏电电流以及线路的工作和故障状态。同时依据常规漏电动作电流的变化情况可对设备检修维护启动提前示警功能;根据路灯线路漏电保护参数智能控制漏电保护电路动作;对突况也可远程控制设备启用和关闭，在路灯启动电流瞬间波动时智能有效规避保护动作。

2.2 信息传输功能

路灯线路漏电远程监控系统可快速处理现场路灯漏电报警信息，并将真实漏电数据和漏电部位及时传送到监控中心，同时以手机短信方式通知现场维护人员，可提高漏电信息的及时性和准确性，增强了路灯漏电保护反应能力。

2.3 数据检测功能

路灯线路漏电远程监控系统实时监测各路灯线路漏电电流，对相关设备进行自动或人工巡检测试，实现漏电电流、系统电流和电压的动态显示， 为用户提供了一个监视路灯电网运行时漏电状况的实时平台。如果用户发现线路的漏电明显增加，就可以在漏电保护器还没有动作时，检查线路故障并排除故障，从而及时发现设备运行故障，确认故障类型和故障状态，并对故障信息进行跟踪处理，提示管理单位及时维修故障设备，提高漏电检测系统的完好率。

2.4 远程参数设定功能

路灯线路漏电远程监控系统具有设置不同额定漏电动作电流的功能，系统能在中心控制室和监控现场对各漏电告警值进行设置一次告警、二次告警等。漏电电流的保护值不是一成不变的， 对不同的环境、不同的设备有不同的要求。正常漏电电流，最大不得超过100mA;漏电电流较小的电网，非阴雨季节为75mA，阴雨季节为200mA;漏电电流较大的电网，非阴雨季节为100mA，阴雨季节为300mA。安装于路灯单灯的漏电保护器用于保护单个或多个用电设备，是直接防止人身触电的保护设备，因被保护线路和设备的用电量小漏电电流小一般不超过10mA，宜选用额定动作电流为30mA，动作时间小于0.11s的漏电保护值。

2.5 二次合闸功能

路灯漏电智能终端监测到漏电电流超标后首先自动跳闸，延时20s～60s后会自动进行二次或多次合闸(间隔和次数可设定)。如故障未排除，仍有超限漏电电流存在，重合闸后立即跳闸并自动闭锁，二次合闸漏电电流保护后需人工检修排除故障后重新投入使用。

2.6 远程报警功能

路灯线路漏电远程监控系统可实现的告警保护功能包括：(1)线路漏电电流超过漏电设置报警值120%(可修改)，现场智能终端向监控中心发送漏电电流过一次线报警，监控中心可根据天气和现场实际情况确定是否停止该线路工作;(2)线路漏电电流超过设置漏电报警值150%(可修改)，现场智能终端输出控制信号切断主回路供电电源，同时向监控中心发送漏电电流过二次线报警信号，并且通过监控中心的短信息模块将报警信息到相关人员的手机上;(3)监控中心收到终端漏电电流告警信息或检测到终端设备异常时，屏幕弹出故障信息窗口，显示故障的位置、类型、故障参数，并用语音提示操作人员故障设备的名称、故障状态;(4)在地理信息图形中相应位置做出故障指示，方便故障定位及人员维护;(5)将故障信息存入监控计算机告警数据库，以备查询和事后故障分析。

3 结语

城市路灯照明系统是城市建设的重要组成部分，路灯线路防漏电事故在当今社会中日益尤为重要。通过实际工程的检测，结果表明本文提出的路灯线路漏电远程监控系统具有有效防止城市路灯线路漏电对人身安全造成危害，在故障隐患消除后能够自动合闸，路灯线路漏电参数记忆、存储、显示、打印等功能。本文详细介绍了该系统的组成及设备配置，重点介绍了漏电检测智能控制终端的保护原理及报警参数设置，以及该系统在实际使用中可实现的智能保护、信息传输、数据检测、远程参数设定等功能，可为实际工程中的应用提供参考。

篇10

 

随着网络技术和多媒体技术的发展，网上聊天室已经不再局限于文字聊天，网民和聊友们更希望的是聊天有实时性，互动性、趣味性。在文字聊天的同时能够通过视频和语音更好的交流、增强实时性、互动性和趣味性已经成了一个很迫切的需要。

2课题的相关理论和技术

2.1 UDP协议

UDP协议是英文UserDatagramProtocol的缩写，即用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。与我们所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，都属于传输层协议。

UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特殊的算法计算得出，在传递到接收方之后，还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏，发送和接收方的校验计算值将不会相符，由此UDP协议可以检测是否出错。

篇11

 

1、引言

高级别的质量检测需要在高质量的环境中进行。温度和湿度是环境的重要参数，对温湿度的监测是实现优质环境的重要手段。为了避免人为干扰环境和提高效率，远程监测是一种有效的方法。目前的远程监测系统大多采用以太网络、无线数据传输模块或zigbee无线网络传输数据[ 1-6]。但是，以太网是有线传输，需布线，受地理环境影响较大；无线数据传输模块的传输误码率高，可靠性差；zigbee是专用协议无线网络，成本高，开发难，而且覆盖范围有限。本文提出一种基于GSM的温湿度远程监测系统，具有传输误码率低、成本低及覆盖范围广等优点，并且可与监测人员的手机绑定，实现随时、随地，移动监测。

2、传感器的数学模型

2.1 半导体温度传感器原理

根据PN结理论，在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度具有很好的线性关系。对于理想二极管，只要正向电压VF大于几个KT/q，其正向电流IF与正向电压VF和温度T之间的关系可表示为

(1)

式中IS 为二极管反向饱和电流， K 为波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K），T 为绝对温度（K）， q为电子电荷（1.602×10-19库仑），

整理后，得

(2)

如前所述，晶体管的基极一发射极电压在其集电极电流恒定条件下，可以认为与温度呈线性关系[7]。

2.2 阻抗型高分子湿度传感器原理

阻抗型高分子湿度传感器的感湿原理如下：高分子湿敏膜吸湿后，在水分子作用下，离子相互作用减弱，迁移速度增加；同时吸附的水分子使解离的离子增多，膜电阻随湿度增加而降低，由电阻变化可测知环境湿度。阻抗型高分子湿度传感器复阻抗与空气相对湿度、材料配方和电极结构都有关系： 与我有关系

(3)

其中m为叉指对数，b为单个叉指长度，n为电化学反应电子转移数，f为法拉第常数，c*为氧化剂浓度，D为扩散系数[8]。

但由于传感器的材料配方、电极结构等方面的不同，导致各种不同的阻抗型高分子湿度传感器的特性曲线有较大差别，不能用统一的曲线来概括。

3、远程监测系统

本系统采用先进的GSM无线通信技术、配合以嵌入式解决方案和数据采集等先进技术，构建了一种基于GSM的温湿度远程监测系统。

3.1 系统组成及功能

系统分为监测中心站和远程监测终端两个部分:监测中心站主要有PC主机、GSM通信模块TC35i组成（或用户手机）；远程监测终端主要是由LPC2148ARM内核控制器、GSM通信模块TC35i、信号调理电路、人机接口和通信接口电路组成。监测中心站通过GSM网络与监测终端进行无线远程通信,实现了基于GSM的远程监测。系统结构图如图1所示。

图1 远程监控系统框图

系统实现的功能主要包括数据采集、数据传送、报警、实时控制和数据处理。远程监测终端主要负责采集温度、湿度、2项数据，根据监测中心的命令进行实时上传数据。中心对收到的采集数据进行处理，报警，实现实时监控。

3.2 温度检测电路

本系统采用AD公司生产的单片半导体集成模拟型温度传感器AD590。它具有线性度高、精度高、体积小、响应快、价格低等优点,测温范围为-55~+150℃。具有良好的互换性,非线性误差为±0.3℃。此外,AD590的抗干扰能力强,信号的传输距离可达100 m以上[9]。

流过器件AD590的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数：

(4)

式中，—流过器件(AD590)的电流，单位K

AD590的灵敏度为1μA/K,0℃时输出273μA电流,每上升1℃输出电流增加1μA ,每下降1℃输出电流减小1μA。AD590基本测温电路如图2所示。

图2 温度检测电路

3.3 湿度监测电路

系统采用CHR-01型阻抗型高分子湿度传感器，其复阻抗与空气相对湿度成指数关系。其基本特性为：工作电压1V AC（50Hz ～ 2 K Hz），检测范围20%～ 90% RH，检测精度±5%，工作温度范围0℃～＋85℃，特征阻抗范围21 ～ 40.5KΩ。湿度传感器阻抗变化与温度有关，其关系见规格书中湿度阻抗特性数据表，通常先检测温度，然后按阻抗查表获得湿度值。由于直流电压可使水分子电离，加速老化，所以采用交流电压测试其阻抗[10]。

将CHR-01与555构成多谐振荡器，通过检测频率，进而获得阻抗。湿度检测电路如图3所示。

图3 湿度检测电路

低电平表达式：

高电平表达式：

输出频率表达式：

(5)

利用单片机的定时器/计数器进行频率测量，假设计时时间为T(s)，此期间计数值为N，则被测频率f=N/T

则CHR-01的阻抗为

(6)

其中R1与C的选择很关键，电容C要选择高精度电容，一是保证其充放电的能力，二是为了其电容值精确，更方便计算湿敏电阻的返回值。

3.4 GSM模块

本系统采用西门子公司工业级GSM模块TC35i进行远程数据传输。TC35i支持中英文短消息，自带异步串行通信接口，方便与PC机和单片机接口，可传输语音和数据信号，通过AT命令可实现双向传输指令和数据，波特率可达300b/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short MessageService，短消息)，电源范围为直流3.3～4.8V，电流消耗为空闲状态为25mA，发射状态平均为300mA。

3.5 微控制器LPC2148

现场监测站采用了PHILIPS公司基于ARM7 TDMI-S 内核的微控制器LPC2148作为主控制器，完成现场监测站的全局控制。论文参考网。LPC2148内嵌32KB 的片内静态RAM 和512 KB 的片内Flash 存储器，片内集ADC、DAC 转换器，实时时钟RTC，2 UART ,及USB2.0等多种接口。具有JTAG调试接口、方便在线调试，而且应用电路相对简单，开发和生产的成本低。芯片可以实现最高60 MHz 的工作频率，能够满足嵌入式系统μC/OS-II 及人性化的人机界面的要求。大容量的内存，方便了收发短消息时的数据缓冲。

4、系统的软件设计

系统采用GSM无线通信模块TC35i实现远程数据通信，TC35i通过AT命令来进行控制，采用短消息方式进行数据传输。系统软件包括现场监测站软件和监测中心站软件两部分。现场监测站软件主要完成短消息收发、PDU数据协议分析、A/D转换、串口通信及人机接口的功能，其中重点是短消息收发和PDU数据协议分析，这是解决现场监测站与监测中心站之间远程无线通信的关键。论文参考网。监测中心站的短消息收发及PDU数据协议分析与现场监测站软件流程基本相同，不再赘述。

4.1 发送短消息

发送短消息的过程:首先将短消息中心号码、对方号码、短消息内容编码成PDU格式;然后计算出短消息的长度,发送AT+CMGS=〈lenghth〉〈CR〉,〈CR〉代表回车即ASCⅡ码0x0D。等待TC35i模块返回ASCⅡ字符“〉”,则可以将PDU数据输入,PDU数据以〈Z〉作为结束符。短消息发送结束后模块返回〈CRLF〉OK〈CRLF〉。发送短消息流程图如图4所示。

图4 发送短消息流程图

4.2 接收短消息

接收短消息使用定时器进行周期性串口查询的方式。短消息到达后,计算机可以接收到指令〈CRLF〉+CMTI:“SM”,INDEX(短消息存储位置)〈CRLF〉。读取PDU数据的AT命令为AT+CMGR=INDEX〈CRLF〉,执行此命令后模块返回刚刚收到的PDU格式的短消息内容。收到PDU格式的短消息后,将这个短消息进行解码,解码出短消息发送方的手机号码、短消息发送时间、发送的短消息内容。接收短消息流程图如图5所示。论文参考网。

图5 接收短消息流程图

6、结论

为了实现质检所需的优质环境，本文研究一种基于GSM的温湿度远程监测系统。设计了以LPC2148为核心的现场监测终端系统，实现温湿度的采集，短消息收发及人机接口等功能，并通过GSM模块TC35i与监测中心站通信，接受指令并实时上传信息，实现了监测中心对现场温湿度的远程监测。实验表明，本系统传输误码率低，通信可靠，具有很好市场前景，也为高效率远程监测系统的实现提供了一种新方法。

参考文献：

[1] 王天杰，原明亭，基于C8051F020的以太网远程监控系统的设计.化工自动化及仪表, 2007, 34 (5) : 36～39

[2] 朱正伟,王昌明，基于以太网的远程电网测控系统的设计与实现[J]. 高电压技术，2005，31（2）：70-72.

[3] 孙静，王再英. 基于以太网远程温度监控系统的设计[J].微计算机信息，2008，24（9）

丁彦闯，韦佳宏，刘广哲. 基于nRF2401 的分布式测温系统设计. 电子测量技术，2008，31（12）：107～109

孙玉坤,王博,黄永红. 基于PTR2000 的无线生物发酵监控系统. 仪表技术与传感器，2007（7）：32～34

[4] 刘卉. 基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发. 吉林大学学报，2008，38（3）：604～608

[5] 张军国. 基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统的研究. 北京林业大学学报，2007，29（4）：41～45

[6] 高文华. 基于ZigBee的温湿度监测系统. 电子测量技术，2008，31（10）：122～124

[7] 张越. 高压开关温度在线监测技术的研究. 燕山大学硕士论文，2001.

[8] 刘若望.高分子电阻型薄膜湿度传感器——元件构造、老化机理、感湿机理探讨. 浙江大学硕士论文，2002

[9] 美国AD公司编写AD590技术手册

[10] 西博臣公司编写CHR-01型阻抗型高分子湿度传感器技术手册

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中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 05-0000-02

Design of Embedded Refactoring System Based onMicroBlaze

Tang Pei,Huang Peng

(Yangtze University,School of Computer Science,Jingzhou434023,China)

Abstract:A Refactoring embedded system based on the MicroBlaze soft-core can be used to complete the remote monitoring based on embedded Web server.In this thesis,We'll introduce some information of Xilinx MicroBlaze soft-core microprocessor and the way of customizing the hardware platform and How to cut the operating system uCLinux.At last,We'll give the remote monitoring program flow chart.

Keywords:Refactoring MicroBlaze soft-core;Embedded systems;

XilinxFPGA

可重构技术是目前计算机系统研究中的一个新热点,是指依靠软件编程来改变系统的硬件结构,以适应不同应用的一种技术,也称为自适应计算平台。作为一种新的体系结构,可重构技术可依据不同的应用,将同一个器件重新定制,以完成不同的任务,从而达到降低开发成本、加快开发进度的目的。本文基于Xilinx的Spartan-3E开发板,设计了一个可重构的嵌入式系统,实现基于嵌入式Web服务器的远程监控。

一、可重构嵌入式平台

可重构嵌入式平台的体系结构是由FPGA发展而来的。目前已见报道的可重构嵌入式平台多数都采用了多FPGA的结构,根据应用场景的不同,还可包含多CPU或专用存储器。由于FPGA固有的特点以及应用范围的不断扩大,逐渐成为目前最常用的可重构器件。本文采用内嵌Microblaze的Spartan3E实现了一个可重构样机平台。

(一)Spartan-3E开发板

Spartan-3E是Xilinx公司Spartan系列的最新产品,是在Spartan-3成功的基础上进一步改进的产品,提供了比Spartan-3更多的I/O端口,更低的单位成本,是目前Xilinx公司性价比最高的FPGA芯片。其应用比较广泛:支持32位RISC处理器;内嵌Xilinx的MicroBlaze软核,可用于嵌入式系统的开发;支持DDR接口的应用;支持基于Ethernet网络的应用;支持大容量I/O的扩展应用。

(二)MicroBlaze软核

MicroBlaze处理器是Xilinx公司针对嵌入式处理器开发应用推出的一种32位嵌入式处理器内核,简单但灵活性强,在目标器件中可以与其他外设IP核及用户IP核一起,构成指定功能的片上系统(System On Chip,SOC)。MicroBlaze处理器的内部结构如图1所示。

其中:

DOPB:器件内部的设备数据接口总线,用于处理器与片内的设备进行数据交换。

DLMB:实现数据交换的本地块存储器总线,该总线为处理器内核与块存储器(BRAM) 之间提供专用的高速数据交换通道。

IOPB:用于实现外部程序存储器的总线接口。当程序较大时,需要外接大容量的存储器,该总线提供读取指令的通道。

ILMB:用于取指令的本地存储器总线,该总线与器件内部的块存储器(BRAM)相连,实现高速的指令读取。

MFSL0. . 7 :主设备数据接口,提供点对点的通信通道。

SFSL0. . 7 :从设备数据接口,提供点对点的通信通道。

由于MicroBlaze处理器在FPGA中实现,并且可以方便控制外部电路,因此利用MicroBlaze微处理器作为 FPGA在线重配置系统的控制器是较好的选择。

(二)硬件平台的搭建

系统硬件平台由Microblaze处理器软核及RS232_DCE、LEDs_bit、Ethernet_MAC、DDR_SDRAM_16M*16、OPB_TIMER等IP核构成,处理器软核及IP核可利用EDK9.1嵌入式开发工具进行配置。硬件系统的结构如图2所示。

(三)嵌入式操作系统设计

在搭建好的硬件平台上根据需要裁剪μCLinux内核,将交叉编译生成的内核镜像与根文件系统用EDK9.1下载到开发板上,即构成了可重构的嵌入式系统。

编译μClinux内核需要先用EDK工具生成硬件平台的BSP,利用BSP提供的处理器硬件配置文件配置μClinux内核,选择需要的驱动模块,编译生成内核镜像文件。在配置内核的同时通过选择开源软件Busybox选项构造系统常用的程序和命令,在Busybox生成的目录和文件的基础上再构造根文件系统的目录树,并添加相关设备文件和配置文件以及系统运行时需要的脚本文件,从而形成最终的根文件系统,最终在编译内核时将文件系统作为映像编译到内核中。

(四)远程监控设计

利用Linux系统提供的进程调度和网络通信功能,本系统设计了一个支持多进程的Web服务器,利用HTML代码和C#代码制作了一些相关网页,并采用C语言编写了一些简单的应用程序。用户可以通过浏览服务器端的网页,向服务器发出使用应用程序的请求,服务器接收请求后,对该请求进行分析解释并执行相应的操作,最后将用户要求的内容或者出错信息以HTTP应答方式返回。服务器端对远程用户请求进行处理的程序流程如图3所示。

本文是基于Microblaze的SoPC设计,并实现了一个具体的应用――远程主机通过WEB网络对终端开发板进行操作和控制。该应用简单、灵活,成本较低,选材简单,效率较高。

五、结语

本文基于MicroBlaze软核设计了一个可重构的嵌入式系统,完成基于嵌入式Web服务器的远程监控。系统基于Xilinx公司的MicroBlaze处理器软核,搭载经过裁剪的μClinux组成一个完整的嵌入式系统,嵌入支持多进程的Web服务器及相关的网页和简单应用程序,用于完成远程的访问与监控。可有效降低服务器的构建成本,避免处理器的更新换代,扩展产品的生命周期。依此方法构建嵌入式服务器,目前在国内尚不多见,具有一定的创新意义。

参考文献:

[1]赵峰,马迪铭等.FPGA上的嵌入式系统设计实例[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008

[2]赵泽才,常青.基于MicroBlaze 的嵌入式系统设计[J].现代电子技术,2006(10):56-57