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基于IP技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架及裝置研究
摘要：本文針對(duì)IP技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種基于IP技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)方法，討論了該系統(tǒng)的構(gòu)架原則和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的監(jiān)控裝置的硬件實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于開發(fā)一種具有較好開放性、靈活的擴(kuò)展性和方便易用的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)作了有益的探索。
關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控 TCP/IP協(xié)議 以太網(wǎng) 控制網(wǎng)
0引言
當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)新趨勢(shì)是基于以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控架構(gòu)由于其優(yōu)良的測(cè)控特性，正逐漸被廣泛采用，并取代傳統(tǒng)的串行通信而成為自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的主流。目前該領(lǐng)域的開發(fā)和研究特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)在適應(yīng)性、開放性、復(fù)雜性和價(jià)格成本方面的局限性日益受到挑戰(zhàn)，而以太網(wǎng)具有的高速、大容量、開放性和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)代測(cè)控領(lǐng)域的要求相適應(yīng)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于智能測(cè)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(yīng)用層開發(fā)工具，采用基于IP的測(cè)控技術(shù)可以在很大程度上解決各種測(cè)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備通過(guò)異種或同種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問(wèn)題，為構(gòu)造開放式測(cè)控系統(tǒng)提供有力支持，大大增加系統(tǒng)通信的靈活性 [3-6]；③基于TCP/IP的測(cè)量、控制和管理一體化技術(shù)發(fā)展非常迅速，測(cè)、控、管一體化技術(shù)不同于單純的測(cè)控技術(shù)和信息管理技術(shù)，而是依托一個(gè)高效率、開放性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將測(cè)量、控制和信息管理結(jié)合起來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)各要素之間充分協(xié)調(diào)配合，使系統(tǒng)整體達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)[7-8]。
可見(jiàn)，對(duì)以TCP/IP和以太網(wǎng)為代表的開放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行研究，并將其應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)，有助于開辟智能測(cè)控技術(shù)和IP技術(shù)相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域，對(duì)其原理和應(yīng)用進(jìn)行研究具有較大的研究?jī)r(jià)值。
1基于IP技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建原則
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建的目的是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化、智能化的測(cè)控目標(biāo)，并在此前提下確定系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)，完成上述任務(wù)的前提是確定系統(tǒng)的構(gòu)建原則。
本文主要基于室內(nèi)智能照明控制、室內(nèi)環(huán)境調(diào)控的應(yīng)用場(chǎng)合，將基于IP的測(cè)控技術(shù)結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)一種可行的系統(tǒng)構(gòu)架及裝置的實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
基于以上所述，本文確定了以下基于IP的智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架原則：
⑴ 系統(tǒng)應(yīng)該具有較豐富的接口類型 把軟件和硬件兩方面結(jié)合起來(lái)考慮，建立與應(yīng)用相適合的接口和規(guī)范，接口的類別主要有串行數(shù)據(jù)接口（用于擴(kuò)展流量計(jì)、電度表和溫度濕度計(jì)等測(cè)量?jī)x表）、開關(guān)量輸出接口（擴(kuò)展控制信號(hào)輸出）、狀態(tài)輸入接口（用于擴(kuò)展工作信號(hào)、報(bào)警信號(hào)和故障信號(hào)等狀態(tài)傳感器）、信號(hào)輸入接口（直接擴(kuò)展傳感測(cè)量電路）、網(wǎng)絡(luò)接口（用于擴(kuò)展遠(yuǎn)程通信）等；
⑵ 系統(tǒng)的裝置應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)直接接入功能 監(jiān)控裝置內(nèi)部嵌入以太網(wǎng)通信接口和驅(qū)動(dòng)程序，不需要采用專門的計(jì)算機(jī)作代理服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)，通過(guò)監(jiān)控裝置可以在任何可連接Internet的地方訪問(wèn)被控設(shè)備；
⑶ 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循模塊化的思想 在硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)上采用模塊化思想，不僅便于開發(fā)調(diào)試，而且增加了系統(tǒng)靈活性，為進(jìn)一步的功能改變和系統(tǒng)擴(kuò)充提供條件；
⑷ 具有比較經(jīng)濟(jì)的使用和維護(hù)成本 產(chǎn)品成本經(jīng)濟(jì)易于在用戶中快速普及，有機(jī)會(huì)被各種類型的用戶使用，在性能上得到不斷改進(jìn)從而最終被用戶接受；
⑸ 系統(tǒng)的安裝、配置和操作簡(jiǎn)明 簡(jiǎn)明的特性使得即使是非專業(yè)的計(jì)算機(jī)操作人員使用起來(lái)也沒(méi)有較大困難，監(jiān)控裝置在設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后能即插即用，終端操作和監(jiān)視界面也應(yīng)直觀、簡(jiǎn)明、友好。
2 系統(tǒng)構(gòu)架模型設(shè)計(jì)
基于以上原則，設(shè)計(jì)了圖1所示的基于IP的網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架，圖中描述了測(cè)量、控制設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相互連接組成一個(gè)系統(tǒng)的關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)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(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控裝置連成一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)。各傳感器送來(lái)的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)裝置的輸入端口輸入，供單片機(jī)處理、傳送；控制指令由輸出端口輸出到設(shè)備的執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；串行接口作為設(shè)備與監(jiān)控裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的擴(kuò)展接口和連接微機(jī)的虛擬控制臺(tái)接口；
第二網(wǎng)絡(luò)層次 是區(qū)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）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等連成一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，有較高的安全性，網(wǎng)絡(luò)的配置、管理及用戶的設(shè)備都可以明確地加以管理，網(wǎng)絡(luò)中用戶的身份是確定的；
第三網(wǎng)絡(luò)層次 是Internet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。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(shè)備聯(lián)成一個(gè)整體，聯(lián)網(wǎng)的任何計(jì)算機(jī)終端設(shè)備可以通過(guò)Internet互相進(jìn)行資源訪問(wèn)，是實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控必須依賴的媒介。在第二層次和第三層次之間設(shè)置局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和防火墻，可對(duì)不必要的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行隔離。
采用上述體系結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：
⑴ 網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控裝置成為一個(gè)監(jiān)控信息匯集平臺(tái)。 監(jiān)控裝置是第一層次和第二層次的銜接點(diǎn)，其對(duì)輸入的普通模擬信號(hào)進(jìn)行辯識(shí)并處理，然后進(jìn)行編碼并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)遠(yuǎn)方的請(qǐng)求，同時(shí)監(jiān)控裝置也可對(duì)接收自網(wǎng)絡(luò)的有效數(shù)據(jù)指令進(jìn)行解釋，以決定在相應(yīng)的端口輸出操作信號(hào)。通過(guò)這個(gè)平臺(tái)的處理和轉(zhuǎn)換，普通的設(shè)備不需處理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控；
⑵ 該體系結(jié)構(gòu)能更高效地使用網(wǎng)絡(luò)資源
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