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基于IP技術(shù)的智能監控系統構架及裝置研究
摘要：本文針對IP技術(shù)和控制技術(shù)相結合的發(fā)展趨勢，提出了一種基于IP技術(shù)的智能監控系統構架的實(shí)現方法，討論了該系統的構架原則和特點(diǎn)，設計了相應的監控裝置的硬件實(shí)現方案，并進(jìn)行了實(shí)驗研究，對于開(kāi)發(fā)一種具有較好開(kāi)放性、靈活的擴展性和方便易用的網(wǎng)絡(luò )監控技術(shù)作了有益的探索。
關(guān)鍵詞：智能監控 TCP/IP協(xié)議 以太網(wǎng) 控制網(wǎng)
0引言
當前自動(dòng)化領(lǐng)域內的一個(gè)新趨勢是基于以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )測控架構由于其優(yōu)良的測控特性，正逐漸被廣泛采用，并取代傳統的串行通信而成為自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )通信的主流。目前該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究特點(diǎn)主要表現在：①傳統的網(wǎng)絡(luò )測控技術(shù)在適應性、開(kāi)放性、復雜性和價(jià)格成本方面的局限性日益受到挑戰，而以太網(wǎng)具有的高速、大容量、開(kāi)放性和適應性強的優(yōu)點(diǎn)與現代測控領(lǐng)域的要求相適應，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越廣泛地應用于智能測控領(lǐng)域[1-2]；②基于IP的Internet網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)很成熟，有完善的協(xié)議體系和豐富的應用層開(kāi)發(fā)工具，采用基于IP的測控技術(shù)可以在很大程度上解決各種測控設備和計算機設備通過(guò)異種或同種網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)的問(wèn)題，為構造開(kāi)放式測控系統提供有力支持，大大增加系統通信的靈活性 [3-6]；③基于TCP/IP的測量、控制和管理一體化技術(shù)發(fā)展非常迅速，測、控、管一體化技術(shù)不同于單純的測控技術(shù)和信息管理技術(shù)，而是依托一個(gè)高效率、開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò )系統，將測量、控制和信息管理結合起來(lái)，通過(guò)系統各要素之間充分協(xié)調配合，使系統整體達到最優(yōu)目標[7-8]。
可見(jiàn)，對以TCP/IP和以太網(wǎng)為代表的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行研究，并將其應用于自動(dòng)化測控系統，有助于開(kāi)辟智能測控技術(shù)和IP技術(shù)相結合的新的研究領(lǐng)域，對其原理和應用進(jìn)行研究具有較大的研究?jì)r(jià)值。
1基于IP技術(shù)的智能監控系統構建原則
系統體系結構構建的目的是為了實(shí)現遠程化、智能化的測控目標，并在此前提下確定系統的工作原理和系統實(shí)現的硬件基礎，完成上述任務(wù)的前提是確定系統的構建原則。
本文主要基于室內智能照明控制、室內環(huán)境調控的應用場(chǎng)合，將基于IP的測控技術(shù)結合以太網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)設計一種可行的系統構架及裝置的實(shí)現方法，并進(jìn)行實(shí)驗研究。
基于以上所述，本文確定了以下基于IP的智能監控系統構架原則：
⑴ 系統應該具有較豐富的接口類(lèi)型 把軟件和硬件兩方面結合起來(lái)考慮，建立與應用相適合的接口和規范，接口的類(lèi)別主要有串行數據接口（用于擴展流量計、電度表和溫度濕度計等測量?jì)x表）、開(kāi)關(guān)量輸出接口（擴展控制信號輸出）、狀態(tài)輸入接口（用于擴展工作信號、報警信號和故障信號等狀態(tài)傳感器）、信號輸入接口（直接擴展傳感測量電路）、網(wǎng)絡(luò )接口（用于擴展遠程通信）等；
⑵ 系統的裝置應具有網(wǎng)絡(luò )直接接入功能 監控裝置內部嵌入以太網(wǎng)通信接口和驅動(dòng)程序，不需要采用專(zhuān)門(mén)的計算機作代理服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)，通過(guò)監控裝置可以在任何可連接Internet的地方訪(fǎng)問(wèn)被控設備；
⑶ 系統的設計遵循模塊化的思想 在硬件結構和軟件結構上采用模塊化思想，不僅便于開(kāi)發(fā)調試，而且增加了系統靈活性，為進(jìn)一步的功能改變和系統擴充提供條件；
⑷ 具有比較經(jīng)濟的使用和維護成本 產(chǎn)品成本經(jīng)濟易于在用戶(hù)中快速普及，有機會(huì )被各種類(lèi)型的用戶(hù)使用，在性能上得到不斷改進(jìn)從而最終被用戶(hù)接受；
⑸ 系統的安裝、配置和操作簡(jiǎn)明 簡(jiǎn)明的特性使得即使是非專(zhuān)業(yè)的計算機操作人員使用起來(lái)也沒(méi)有較大困難，監控裝置在設置好相關(guān)參數后能即插即用，終端操作和監視界面也應直觀(guān)、簡(jiǎn)明、友好。
2 系統構架模型設計
基于以上原則，設計了圖1所示的基于IP的網(wǎng)絡(luò )化智能監控系統的構架，圖中描述了測量、控制設備與網(wǎng)絡(luò )相互連接組成一個(gè)系統的關(guān)系，整個(gè)系統構架基本分為以下三個(gè)網(wǎng)絡(luò )層次：
第一網(wǎng)絡(luò )層次 是各被控設備通過(guò)網(wǎng)絡(luò )化智能監控裝置連成一個(gè)監控網(wǎng)。各傳感器送來(lái)的狀態(tài)信號通過(guò)裝置的輸入端口輸入，供單片機處理、傳送；控制指令由輸出端口輸出到設備的執行控制機構；串行接口作為設備與監控裝置進(jìn)行數據交換的擴展接口和連接微機的虛擬控制臺接口；
第二網(wǎng)絡(luò )層次 是區域以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）。在這一層次中，同屬一個(gè)單位（或部門(mén)）的網(wǎng)絡(luò )設備和管理系統的網(wǎng)絡(luò )設備等連成一個(gè)局部區域內部的網(wǎng)絡(luò )，有較高的安全性，網(wǎng)絡(luò )的配置、管理及用戶(hù)的設備都可以明確地加以管理，網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)的身份是確定的；
第三網(wǎng)絡(luò )層次 是Internet網(wǎng)絡(luò )系統。這是一個(gè)全球范圍的廣域網(wǎng)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )將全球其他連在其上的網(wǎng)絡(luò )設備聯(lián)成一個(gè)整體，聯(lián)網(wǎng)的任何計算機終端設備可以通過(guò)Internet互相進(jìn)行資源訪(fǎng)問(wèn)，是實(shí)現真正的遠程監控必須依賴(lài)的媒介。在第二層次和第三層次之間設置局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和防火墻，可對不必要的數據流量進(jìn)行隔離。
采用上述體系結構具有如下特點(diǎn)：
⑴ 網(wǎng)絡(luò )化智能監控裝置成為一個(gè)監控信息匯集平臺。 監控裝置是第一層次和第二層次的銜接點(diǎn)，其對輸入的普通模擬信號進(jìn)行辯識并處理，然后進(jìn)行編碼并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )響應遠方的請求，同時(shí)監控裝置也可對接收自網(wǎng)絡(luò )的有效數據指令進(jìn)行解釋?zhuān)詻Q定在相應的端口輸出操作信號。通過(guò)這個(gè)平臺的處理和轉換，普通的設備不需處理復雜的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，就可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )測控；
⑵ 該體系結構能更高效地使用網(wǎng)絡(luò )資源
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