基于Web的通信电源远程监控系统的设计与研究

   远程监控系统是信息网络与工业控制网络结合的产物，它通过现场控制网络、企业内部网和Internet，把分布于各地的智能仪表系统互联起来，实现控制设备间的远程信息交互，完成远程监视与控制任务。将Web技术应用到远程监控系统中，可以提供比传统远程监控更为强大的功能。用户只需要通过普通的浏览器，就可以实现对远程设备的监视、控制、诊断、测试和配置。借助以太网和Internet技术，把嵌入式系统连接到Internet上，就可以方便、低廉地把信息传送到世界的任何一个地方。本文将利用动态数据交换技术和远程通信技术将远程监控应用于通信电源控制的领域。

　　1  动态数据交换技术的分析

　　动态数据交换技术，简称DDE，是一种Windows系统中进程间的通信机制，建立在Windows 内部的消息处理机上，其实质为各应用程序间通过共享内存来交换信息。

　　目前，很多的工控软件如iFix、RSVIEW32都支持DDE 功能。通过DDE 功能实现组态软件与其它应用程序的数据交换，可以扩展组态软件的功能。Net-DDE 可以扩展组态软件的网络功能，在Web中实现数据的共享。iFix 软件使用操作系统提供的NetDDE服务器与客户支持，用NetDDE 从一个远程DDE 服务器中获取信息，NetDDE 地址语言不同于普通的DDE 编址，通过NetDDE 用于传输实时数据的语法为:

　　这里的computername 是服务器节点的计算机或工作站的名字，NetDDE＄是保留名，它确定用Net-DDE 进行能够数据传输，Netshare 是共享名，代表一组本地的应用程序名& 主题名。项是用于数据传输的独立部分。本系统用iFix 作为服务器，NetDDE 的实时数据语法*享名为"＄DMDATA.DDE"，在共享名中应用程序的名字DMDDE，主题的名字为DATA。

　　2  远程通信技术的分析

　　TCP/IP通信协议是一套工业标准协议，它是Internet最基本的协议，以它为基础组建的Internet是目前国际上规模最大的计算机网络，Internet的广泛应用，使得TCP/IP成了事实上的标准。TCP/IP实际上是由不同层次上的多个协议组合而成的协议组。

　　其协议族层次如图1 所示。

　　其中TCP (TransmissiON Control Protocol ，传输控制通信协议)、UDP (User Datagram Protocol ，用户数据报协议)是TCP/IP在传输层上的协议都使用IP作为网络层的协议。

　　当数据传输的性能必须让位于数据传输的完整性、可控制性和可靠性时，TCP 协议是当然的选择。例如文件传输、远程登陆等;当强调传输性能而不是数据的完整性时，例如音频、多媒体应用、数据库查询等，可靠性由应用程序提供，高效率的UDP 是最好的选择。

图1  TCP/IP协议图

　　3  通信电源远程监控系统设计方案

　　对于通信电源远程监控中心人员而言，能方便地将自己的控制信息实时地传递给所关心的设备，并以直观、快捷的方式获取所关心设备的实时状态参数和信息是最理想的。因此，本文主要分析了系统的硬件设计和软件设计。

　　3 .1  硬件系统的设计

　　本文设计的的远程监控系统硬件结构如图2 所示。系统的硬件主要由两大部分组成:嵌入式Web服务器、底层传感器和控制器设备。嵌入式Web服务器是硬件系统的核心。上层浏览器与嵌入式Web服务器之间是基于TCP/IP协议的网络通信，底层嵌入式Web服务器与设备之间的通信都是以嵌入式Web服务器为核心的，并且由嵌入式Web服务器将上层与传感器和控制器设备通信联系在一起，构成一个能实现完整功能的系统。

　　传感器对被控对象的状态进行监测，通过Web服务器将状态信息反馈给用户。控制器接收Web服务器发给它的命令信息，实现对被控对象进行控制。以嵌入式Web服务器为节点，将嵌入式Web服务器通过RJ45 接入局域网，再为每个嵌入式Web服务器分配一个局域网内私有的IP 地址，可以实现在局域网内访问每个嵌入式Web服务器，从而对它下面的设备或过程进行远程监控。

　　欲实现在互联网*问嵌入式Web服务器，现场局域网可以通过ADSL 专线、DDN 数据专线、ATM宽带接入等方式接入互联网，这样就能获取一个或一组真实的InternetIP 地址(固定IP)，为每个嵌入式Web服务器分配一个固定IP 地址，即可在远程访问这些嵌入式Web服务器。此种Internet接入方式的缺点是IP 地址的需求量非常大，成本很高。比较好的办法是在现场连成局域网，通过网关(Gateway)与外部连接。这样，内部嵌入式Web服务器及其下面的子系统与外部Internet就隔离开来，对系统的安全提供了保障。网关功能类似一个路由器，这种网关不用PC资源，要求比较简洁，用户可以在远程用浏览器通过网关与嵌入式Web服务器连接，这样可以远程控制各个嵌入式Web服务器。同时现场局域网上也可以挂接多个用户浏览器，可以随时监测各个设备或过程的工作状态。

图2  基于嵌入式Web服务器的远程监控系统硬件结构框图

　　3.2软件系统的设计

　　本系统的软件设计任务包括嵌入式Web服务器程序设计和网页设计。其中主要是嵌入式Web服务器程序设计。此程序包括以下几个组成部分:系统定义与设置(包括开发工具的设置、方式地址、条件定义、变量、等式、宏定义等)、中断服务程序、主程序和多个子程序。按功能分，主要分成以下几大模块:系统初始化模块、TCP/IP协议栈模块、Internet通信应用程序模块、底层设备通信模块、中断服务程序模块。由于系统要完成控制与状态监测这两个主要功能，数据通信是双向的，所以Internet通信应用程序模块、底层设备通信模块、中断服务程序模块又各自划分两个子模块。

　　系统软件结构框图如图3 所示。

图3  系统软件结构框图

　　为了说明原理而避免重复描述，下面的设计中，底层设备专指智能传感器和控制器。系统启动时需要对系统进行初始化，这由系统初始化模块完成。TCP/IP协议栈是本软件系统的结构基础，其它所有模块均建立在此基础上。欲实现远程用户对设备的控制，需要如下软件模块:Web服务器接收远程控制命令模块，Web服务器向底层设备发控制命令模块，中断服务程序发送信息模块。Web服务器接收远程控制命令模块是Internet通信应用程序模块的一个子模块。嵌入式Web服务器通过此模块接收远程用户发出的控制命令。之后，系统调用Web服务器向底层设备发送控制命令模块。此模块是底层设备通信模块的一个子模块。例如:欲实现对某被控对象的远程控制，要求嵌入式Web服务器向控制器发送命令和数据，控制器接收到正确的命令和数据后执行相应的动作，从而实现对该被控对象进行远程控制的目的。在嵌入式Web服务器与底层设备进行通信时，需要以固定的时间间隔重复执行中断服务程序，实现以固定的波特率收发数据。在Web服务器向底层设备发送控制命令时，多次执行的是中断服务程序发送信息模块，它是中断服务程序的一个子模块。

　　欲将底层设备的状态信息发送给远程的用户，需要如下软件模块:中断服务程序接收信息模块，Web服务器接收底层设备反馈信息模块，Web服务器向远程用户发送信息模块。在实现远程用户对被控对象的监测与控制时，嵌入式Web服务器对底层设备发出的状态信息与通信成败信息进行接收、识别与处理，这由Web服务器监测底层设备的信息来实现。而中断服务程序接收信息模块是用来以固定的格式和波特率接收底层设备发出的信息。嵌入式Web服务器检测出底层设备的当前状态后，应能将控制成败信息和设备状态信息反馈给远程用户，代表设备当前状态的指示开关状态应正确，这由Web服务器向远程用户发送信息模块来实现。

　　4  小 结

　　本文全面介绍了基于Web的远程监控系统的信息通信、数据交换和总体设计方案，利用动态数据交换技术的远程通信技术设计了基于Web平台的监控系统结构模式，充分体现了远程监控的特点。