基于电话网的嵌入式远程控制器的设计

基于电话网的嵌入式远程控制器的设计（10篇）

1.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇一

基于嵌入式Web的远程监控系统设计

摘 要：本文结合机房环境设备的管理需要，分析了远程监控系统的特点，提出基于嵌入式Web服务器的远程监控系统设计思路、体系架构方法，并对基于OPC技术的互联与基于嵌入式Web服务器的互联作了简要对比。文章结合CGI程序的设计，着重探讨了嵌入式Web服务器的实现方法。关键词：嵌入式平台，Web服务器，远程监控，CGI程序

⒈引言

随着计算机和网络技术的普及，计算机系统的数量与日俱增，计算机机房已成为各大型单位的信息枢纽。机房中的环境设备（如空调、UPS电源、配电柜、消防设备等）为网络系统的安全运行提供了环境保障。同时，环境设备自身的安全运行，也成为机房管理的重要内容之一。一旦机房的环境设备出现故障，就会直接影响计算机系统的正常运行，严重的还会造成机房内的相关设备损坏，甚至导致网络系统瘫痪[1]。因此，对机房环境设备的运行状态进行实时监控，是保证机房设备安全运行的关键措施。

⒉远程监控系统的需求分析

对机房环境设备的监控主要涉及以下几个方面的内容：对配电系统、UPS系统、空调系统工作状态的监视；对机房的温湿度、生活用水和供暖制冷系统漏水情况等进行监测、报警，以及对门禁系统、消防系统、保安系统等的管理。由于这些环境设备是连续工作的，因此要求监控系统也必须是长时间连续工作的。这样就对系统设计的可靠性、安全性、可维护性等方面提出了更高的要求[1]，具体表现在以下几个方面：

⑴高可靠性。要求监控系统可长时间不间断运行，无故障运行时间要长，且系统的维护快速简便。

⑵高安全性。系统应能够提供多种安全保护措施，对异常状态进行分析、记录、及时报警，以便让管理人员能够尽快了解所发生的情况并及时处理。

⑶较强的实时性。监控系统对信息的传输要及时，不能有过大的延时，否则难以及时跟踪被监控对象的当前状况。

⑷易用性和易维护性。机房环境设备监控系统，应以GUI的方式提供良好的人机界面，便于人机交互。同时，监控系统要有通用性和灵活性，即可以在对系统进行少量修改或扩充就可增加新的监控项目，扩充监测点数，以满足新的监控要求。

⑸丰富的系统功能。要求监控系统不仅能够提供一般的报警功能，对采集的当前数据进行记录且保存

历史数据，并以图形方式对环境设备运行状态和参数进行直观显示。

实施监控的主要方法，即是在现场控制器的控制之下，实时地采集数据并与预设的值进行比较，如果超出相应的阀值则给出报警，以提示有关人员进行相应处理。根据对环境设备监控的位置不同，可把监控系统分为本地监控和远程监控两大类。本地监控方式往往需要派人长期现场值守，管理成本较高；而借助于公共的Internet或企业内部的Intranet网络实施远程监控则可做到无人值守，从而大幅度地节约管理成本、提高机房管理水平和效率，因此成为监控系统发展的主流方向。

⒊远程监控系统的设计

基于对远程监控系统的需求分析，进行系统设计时应重点考虑如下几种因素：首先，要考虑现场总线与数据网的互联问题。由于被监控对象的信号种类较多，所采用的现场总线标准各异，因此不同总线标准之间的转换以及现场总线与数据网之间的互联是系统设计时需要重点考虑的问题[2]。其次，实时性要求是远程监控网络系统区别于普通网络系统的基本特征。如果监控系统的实时性得不到保障，现场监控就失去了实用价值。第三，为满足监控系统的高可靠性要求，应分别对硬件系统和软件系统进行抗干扰设计。第四，根据远程连接方式不同，应采用不同的安全措施以保证信息的安全传输。3.1监控系统的功能设计

监控系统的基本功能主要包括：现场数据的实时采集、发送和显示；对采集到的数据进行处理和存储；对数据处理的结果进行分析、判断和报警；提供多种业务支持功能。3.1.1实时数据采集

实时数据采集是实施系统监控的基础。在环境设备的监控系统中，需要实时采集的数据主要包括高低压配电系统及UPS电源的电压、电流、电源开关状态等参数，空调机的冷热水温度、流量、送风量、送风温度、新风量等状态参数，以及机房内部的环境参数（如温度、湿度、水浸、烟感、门禁等）。不同的参数采用的总线标准不同（如RS232/485总线、Lonworks总线），只有把它们统一到TCP/IP协议上，才能实现真正意义上的远程监控。

3.1.2报警功能

报警是监控系统的基本功能之一。监控系统对采集到的数据进行分析、处理，如果发现相关数据超限、数据异常，则说明环境设备出现异常情况，此时应发出相应报警。设计报警功能时，需要考虑被监控对象的自身特性、优先级别等因素，对多个报警信号进行加权处理，以保证系统的所有重要报警都能被及时处理。

3.1.3多种业务支持功能

灵活的查询和丰富的报表功能是对监控系统基本功能的扩展。通过对设备运行状态的实时数据、历史数据进行对比分析，从不同角度向管理者提供设备运行和维护信息，为设备的维护、大修、更新、改造等质量管理提供可靠依据。3.2监控系统的结构设计

远程监控系统由现场数据采集设备（可以为多个设备）、本地Web服务器和远端监控主机三部分构成[3]。Web服务器通过现场总线与本地数据采集设备直接相连，并负责把本地传感器采集到的数据进行简单处理，通过网络发送到远端的监控主机上，从而为实现无人值守的管理方式创造条件。

远程监控系统在设计时需要解决的关键问题，就是将不同类型的现场总线或控制网络与以太网进行互联互通，从而实现监控信息的远程实时传输。目前，实施远程监控主要有如下几种方法：①基于PSTN的传统方法，即通过Modem连接异地的现场设备；②基于OPC技术。采用支持多种现场总线规范的OPC Server，通过OPC 接口实现现场总线到Internet或Intranet网络的无缝连接；③基于嵌入式平台实现远程监控。在嵌入式平台上完成对现场数据的实时采集，通过现场总线与数据网的互连，将Server端的数据通过TCP/IP协议提供给远端的监控主机（即Client端）；④采用其它自定义方法实施远程监控。3.2.1基于OPC的监控系统

OPC 是以OLE/COM/DCOM机制作为应用程序级的通信标准，采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式向用户提供通用的接口，解决了软、硬件厂商之间的矛盾，提高了系统的开放性和互操作性[4]。基于OPC架构的监控系统结构如图1所示。其中，OPC DA Server为数据采集服务器，OPC AE Server为报警服务器。OPC Server 提供多种接口规范，应用程序和Web浏览器（即OPC Client）可以通过这些接口取得与OPC Server相连的硬件设备信息，从而实现OPC Client通过以太网对OPC Server的访问。同时OPC Server也可以将采集到的数据或报警信息通过网络发送到客户端或Web浏览器端。

在基于OPC的体系架构中，由于 COM/DCOM 已被视为网络功能的具体实现方法，使得Client对OPC Server的远程访问成为标准的网络访问方式。但是OPC技术的缺点也是非常明显的，由于LE/COM/DCOM机制是一个纯软件的架构，对系统资源配置的要求高。当系统规模较大或监控点数较多时，系统的实时性将会明显下降。

3.2.2基于嵌入式平台的监控系统

实时监控系统需要长时间不间断地工作，对系统的可靠性和实时性均有较高要求。为此必须从系统功能、体系架构、软硬件系统的稳定性、设备功耗等方面进行综合考虑（例如选用工控级的产品），设计小型化的智能型监控系统。而建立在RTOS之上的嵌入式系统为控制系统的网络化、小型化提供了有效途

径，嵌入式网络控制已成为监控系统未来发展的重点方向之一。

基于嵌入式平台的远程监控系统结构如图2所示。其中，嵌入式Web服务器既是远程监控系统的中心节点，也是控制网络与数据网络进行互联的网关，通过TCP/IP协议将其连接到以太网上，监控主机则通过以太网（或Internet）在远程实时地监视现场信号的动态变化，从而实现远程监控的目标。对于能够直接支持TCP/IP协议的现场检测设备，则可以将其直接连接到以太网上，图中的液体泄漏检测仪即是如此；对于采用其他总线标准的现场设备，则需要通过嵌入式Web服务器进行信号转换之后把现场总线连接到以太网上。

图2 远程监控系统结构图

⒋嵌入式Web服务器的设计

在基于嵌入式平台的远程监控系统中，监控系统的中心节点主要承担两方面的任务：一方面负责对现场数据的采集，即Web服务器以定时巡检的方式通过现场总线对传感器的信号进行采集；另一方面负责协议转换，把现场总线来的数据转换成TCP/IP协议的格式，通过以太网将其发送到远端的监控主机上。在本设计中实现了从RS232、RS485到TCP/IP协议之间的相互转换。4.1开发环境简介

考虑到系统开发的简便性，本方案选用uCLinux操作系统平台作为系统的OS环境，辅助开发工具选用MiceTek公司的HiTool。嵌入式Web服务器的硬件环境选用MiceTek公司的Samsung44B0X开发板，利用其丰富的接口功能，可实现嵌入式Web服务器与传感器的直接连接。4.2 嵌入式Web服务器的硬件设计

嵌入式Web服务器硬件环境的自定义，是根据监控系统的需要，重新制作嵌入式系统的主板。该主板的CPU仍选用Samsung的S3C44B0X，1M的BootFlash，8M的SDRAM，并提供10M/100M的以太网端口，2个RS232接口和6个RS485接口。如果待检测的参数较少，则选用一块嵌入式Web服务器主板即可；如果待检测的参数较多，则可选用多个同样的Web服务器主板，并对每个Web服务器进行参数配置（设置不同的IP地址），构成分布式的Web服务器。如果监控系统要求存储的数据量很大，则可以采取以下两种方法加以解决：一是嵌入式Web服务器外接硬盘；另一种方法是外加一台由工业控制级的服务器，对多台嵌入式Web服务器进行统一管理。4.3 嵌入式Web服务器的软件实现

嵌入式Web服务器的软件开发主要包括以下几项内容：首先，完成嵌入式操作系统的移植和TCP/IP协议的剪裁；第二，编写数据采集、数据处理应用子程序；第三，编写远程通信子程序；第四，报警处理子程序；第五，数据查询和报表生成子程序。这些功能应先在上述的开发环境中进行初步实现之后，再移植到自定义的环境中。

由于嵌入式系统的资源有限，因此对上述功能的实现应尽量简洁，例如对HTTP协议的移植，只需要保留基本的Get和Post方法即可，而Options、Head、Put、Delete和Trace方法在此可不考虑实现，因为对RAM（或EEPROM）中的数据存储可以采用循环覆盖的方式。

在此方案中，嵌入式Web服务器与Web浏览器及其他应用程序之间的交互，可以通过调用CGI（Common Gateway Interface）程序来实现。CGI规定了Web服务器与浏览器及其他可执行程序的接口协议标准。当Web浏览器将请求信息发送给Web服务器时，Web服务器触发一个可执行的CGI程序，该程序根据用户请求的内容做出相应的处理，并将处理结果以Web服务器可识别的方式输出，Web服务器再将该结果回送给Web浏览器[5]。

CGI程序中的信息传递是通过标准输入设备stdin和标准输出设备stdout来完成的。Web服务器在调用CGI程序之前，需要预先设置好所有的环境变量，以便把客户的请求转化为参数后存入环境变量，然后就可以调用CGI程序了。CGI程序根据不同的请求方法确定如何获取客户的请求内容，而Web服务器则通过标准输入设备stdin获得客户请求；对于CGI程序的输出结果，Web服务器则是通过标准输出设备stdout来获得，Web服务器对其进行语法分析之后，再传送给客户浏览器。至于CGI程序的实现，本方案选用C语言，以保证CGI程序的快速、高效和安全。

⒌结语

基于嵌入式平台的监控系统，以其体积小、可连续工作时间长、性能稳定等特点，得到人们的广泛认可，成为网络化远程监控系统的主流方向。在本设计中，借助于相对稳定和成熟的软硬件开发环境，设计了一套较为完整和实用化的远程监控方案并加以实现。经使用证明，该设计方案是成功的并取得了较为理想的效果。

参考文献

[1]关光富，计算机机房环境设备监控系统与设计分析，电工技术杂志，2004.2 [2]周祖德编著，基于网络环境的智能控制，国防工业出版社，2004.1,第1版 [3]宋广军，张敬，王睿，基于web的温湿度远程监控系统，微计算机信息，2004.1 [4]孙敏，顾德英，汪晋宽，基于OPC技术的监控组态程序的开发，仪器仪表学报(增刊)，2003.8 [5]汤碧玉，曾楠，郑灵翔等，嵌入式系统中基于Web的远程监控设计与实现，厦门大学学报（自然科学版），vol.43(5),2004.9

2.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇二

1 传统的集散控制 (DCS) 方式分析

DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统, 它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物, 可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能, 是完成过程控制、过程管理的现代化设备。由于技术的发展和设备可靠性的提高, 用于工业过程控制的过程控制站规模变得日益庞大, 功能变得日益集中, 现场信号的检测、传输和控制均采用4m A~20m A的模拟信号, 这正是对“分散控制、集中监控”思想的违背。随着电气设备的日益复杂化, 功能日趋多样化, DCS控制方式已经暴露出了越来越多的问题;而基于工业以太网的远程集控系统真正做到了这一点, 把控制彻底地下放到现场, 现场的智能仪表就能完成诸如数据采集, 数据处理, 控制运算和数据输出大部分现场功能, 只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。因此, 发展基于工业以太网的远程集控系统取代传统的DCS控制, 是远程集控系统发展的必然。

2 基于嵌入式的远程电子控制自动化系统设计实现

2.1 远程控制功能实现方式

在基于工业以太网的远程集控系统中, 每个节点是一台数字智能设备, 这些设备都内置微处理器, 具有采样、A/D转换、线性化、校正、运算处理、报警判断以及PID控制等功能, 只需根据控制系统结构和控制策略所需功能块以及具备的功能块库的条件, 分配功能块, 通过组态软件, 完成功能块的连接, 就能方便的实现各种常规控制方案, 这样就把原来DCS站中大量简单控制功能下放到现场中, 实现真正的分散控制。在实际的远程电气自动化控制系统设计中, 控制变量中还有大量的逻辑量控制变量, 主要是辅机起停过程中相关设备按照顺序进行动作, 设备间的保护、联锁和顺控等;另外, 辅助车间的工艺过程多以顺序控制为主, PLC对于顺序控制有其独特的优势。PLC的选型应以遵循现场通讯协议或能与网络进行通讯交换信息的为优选对象。在电气自动化的实际控制中, 模拟量控制和逻辑量控制不是截然分开的, 各个设备是否投入和在运行当中都要受到其他设备状态和工况的影响和制约, 受控于所在系统和整个系统的运行情况。

2.2 远程控制系统层次架构设计

(1) 远程信息管理层:实现所有机电设备的管控一体化功能, 在底层传输集成和数据集成的基础上, 实现对各集成子系统的动态显示, 主要的功能包括:支撑机电运输装备的“管控一体化”管理, 达成机电设备管理信息化与生产自动化的真正结合。通过管控一体化系统下达机电设备调度与安全生产操作指令, 能够及时响应各种突发事件。能集成与生产相关的各类信息, 系统采集的数据实时采集于管控服务器, 从而体现了管控信息的实时性、联动性。通过若干设置在现场的监控站和设置在远程管理监控中心的大屏幕, 对被监测的全部机电装备实现运行工况的全方位监控与指挥。 (2) 网络层:采用光纤工业以太网结构, 主要功能是可同时接入不同协议的数据 (主要指各集成子系统) , 在数据传输平台中提供以太网和现场总线的传输链路, 实现数据的网络化传输和交换。 (3) 设备层:直接与被控的机电设备相联系, 实现本地单元设备的运行控制和基本保护功能, 显示本地控制状态信息;同时能够通过局域网与远程信息管理层的中央调度室双向传输数据, 实现远程集控与本地控制的结合。

2.3 嵌入式控制集控系统的开发

软件平台设计中, 采用嵌入式实时操作系统μClinux对系统多任务进行调度及管理。基于实时多任务操作系统的应用程序中, 实时性取决于对任务及中断的处理。用户根据需要调用μClinux的任务调度函数, 调度函数从就绪任务中寻找优先级最高的任务, 并进行任务切换操作。按照任务划分原则, 结合电气自动化远程集控系统的具体要求, 把应用软件分成以下几类任务: (1) 测控基本功能实现任务:包括测量、数据预处理、驱动输出等。此类任务实时性、可靠性最高, 所以优先级最高, 测量优先级最高。数据预处理是根据需求对采样数据作低通滤波处理。 (2) 保护功能任务:主要是报警功能。要求尽可能快的完成。 (3) 人机交互功能:键盘响应、显示器显示等。优先级最低。

系统任务的实现由两个不同的进程实现:本地数据采集程序和网络服务程序。本地数据采集程序对外部信号进行采集, 并将采集的数据送到数据处理模块;数据处理模块对采集的数据进行数字滤波, 数据保存模块负责将公共缓冲区的数据按照一定的格式保存到Flash中;键盘模块提供用户在现场对设备进行控制的手段, 用于设定采集的参数。网络服务程序实际上由两部分构成:嵌入式Web server和CGI程序。嵌入式Web server作为在后台运行的守护进程。负责监听来自网络的客户请求。当用户通过IE浏览器向本地系统发出请求时, 启动相应的CGI程序, 将请求转化为服务器能够识别的格式, 进行处理后, 再由CGI将结果转化为Web浏览器能够识别的格式, 作为HTTP应答消息回送到客户端, 从而完成客户端与本地系统的交互操作。

3 结语

嵌入式实时系统的开发是一个很复杂的过程, 除了在分析初始要求后权衡软硬间的关系外, 还要时刻在系统灵活性、速度、成本、计划和可用工具之间作出权衡。我们开发的基于Linux的嵌入式系统应用于远程电气自动化控制系统, 能满足当前工业控制领域对测控系统提出的要求, 保证测控任务完成的实时性、可靠性, 可连到工业以太网实现远程监控, 其硬件接口采用插板的形式, 结构简单, 易于装卸, 方便系统集成和维护;软件方面, 用户可针对具体应用作相应修改或删除即可, 因而提高了测控系统的开发效率, 在工业控制领域有很好的应用前景。

摘要：针对传统的集散控制模式在远处集控系统中的不足与问题, 采用工业以太网设计了远程电气控制自动化系统, 并结合嵌入式系统开发了具有远程集控功能的电气自动化控制系统, 给出了嵌入式远程电气集控系统的网络层次架构、控制实现方式以及嵌入式系统的设计方案, 对于进一步完善基于嵌入式系统的远程电气控制自动化集控系统具有一定借鉴意义。

关键词：嵌入式控制,电气自动化,远程测控系统

参考文献

[1]金真, 唐明浩, 蒋琳.Internet远程监控系统的嵌入式实现方法[J].计算机工程, 2006, 32 (1) :245～247.

[2]王学龙.嵌入式Linux系统设计与应用[M].北京:清华大学出版社, 2001.

3.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇三

关键词 远程控制系统 拨号电路 摘挂机控制电路

中图分类号：TP23 文献标识码：A

0 引言

智能家电远程控制系统是集智能家电、设备自动化、网络通信为一体的安全控制系统。系统一般由电话机，语音解码芯片，ADC转换电路，单片机系统，继电器等组成，能够完成对常用家用电器的远程控制。本文对该系统的核心技术进行分析。

1 原理和核心技术

实现家用电器遥控是未来家电的一个发展方向。控制信号来源于电话信号系统，系统的基本原理为电话接口通过语音放大电路、振铃检查电路、摘挂机电路和双音频解码电路为单片机提供控制信号，并由单片机向家用电器发送信号达到控制的目的。主要的遥控方式采用红外线、超声波、动力载波、无线遥控、蓝牙及无线寻呼等，较为常见的事采用红外线、超声波方式的遥控装置，遥控距离在10m以内。

设计要求成本低，稳定，适合于现代的社会。所以系统主要以AT89C2051单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心，本文主要研究电话信号系统的关键技术：拨号电路和摘挂机控制电路

2 拨号电路

拨号电路分为脉冲拨号电路和双音频拨号电路（DTMF）。拨号电路的作用是将键盘输入的按键信号进行控制输出，下面我们将对两种电路进行分析。

2.1 脉冲拨号电路

脉冲拨号电路是将键盘输入的信息进行编码，存入集成电路存储器中，最后变换成直流脉冲输出，该脉冲可以控制与通话环路相连的脉冲开关管饱和导通或截止，于是在环路中就形成电流断续的直流脉冲。脉冲拨号电路有并联脉冲拨号电路和串联脉冲拨号电路两种，实际电话机大多采用串联脉冲拨号电路，其二者区分的实质就在于脉冲开关管与通话电路的连接形式。

2.2 双音频及兼容拨号电路

双音频及兼容拨号电路的优点有：拨号所占时间大幅缩短、能减少交换机接续的差错、便于应用程控交换机提供的特种业务。

通过对脉冲拨号电路与双音频拨号电路的分析比较，双音频拨号电路比脉冲拨号电路更适合于在本设计，所以我们可将拨号电路进行如下的规划。

撥号电路是系统设计的一个重要部分，电器控制信号的来源就是拨号电路，虽然我们常用的设计采用双音频拨号电路，但是我们需要知道的是脉冲拨号电路和双音频拨号电路只是在信号的处理和输出形式上有所不同，我们同样可以使用脉冲拨号电路完成控制信号的发生。

3 摘挂机控制电路

拨号电路产生拨号信号解码后需通过控制电路形成控制信号，所以摘挂机控制电路便成为系统中非常核心的一个部分，一般采用AT89C2051作为控制电路核心。

4 电路工作原理

AT89C2051首先从P3.5 检测与门G4的输出，G4每输出一个正脉冲，电话振铃一声；P3.5必须检测到8个正脉冲信号时，才从P1.1送出低电平使三极管T7导通，于是继电器JK吸合使两对常开触点JKa和JKb闭合，并使500欧电阻被接入电话线，实现了“模拟提机”。然后P3.2等待DTMF解码器STD端正脉冲的到来，一旦识别到STD端的正脉冲，P3.0-P3.4即读入DTMF解码器的输出的二进制码信息，这个信息就是遥控命令，AT89C2051能对其进行判别。

挂机命令的执行信号是从P1.1输出的，当P1.1=1时，T7截止，继电器释放，即实现了“模拟挂机”。而控制受控对象动作的信号是从P1.3-P1.7共5路输出的。为提高了电路的抗干扰能力，防止AT89C2051因受到意外干扰而可能导致的受控对象的误动作，我们可在P1.3到 T1，P1.7到T5中连接集成块74LS273。使得AT89C2051从P1.3-P1.7输出的信号是先由74LS273记忆后再送出，其控制逻辑与直接接到的T1-T5是一样的。设计的摘挂机控制电路如图2所示。

4 结束语

4.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇四

关键词：BACnet控制器楼宇控制设备嵌入式Linux体系结构

BACnet协议是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议。该协议已成为美国国家标准(ANSI/ASHRAE135-1995)和欧盟标准草案，并在成为草案级国际标准。其中定义了23个对象和42个服务，以及5个数据链路的局域网底层网络结构。1月正式发布了附录135a，成为标准的附件J，确定BACnet/IP技术的第6个局域网互联的底层技术。

1BACnet网络体系结构和控制器功能分析

1.1BACnet网络体系结构

BACnet建立在包含四个层次的简化分层体系结构上。这四层相当于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层。BACnet标准定义自已的应用层和简单的网络层，对于其数据链路层和物理层，提供了五种选择方案，在附件J-BACnet/IP中加入了对IP的支持。

图1是BACnet/IP网络体系结构层次图。BACnet没有对应于OSI的第四、五、六层，也就是说，BACnet没有传输层、会话层和表示层。BACnet网络层屏蔽了底层采用的网络技术的差异。

1.2BACnet控制器的功能分析

在一个BACnet控制网络中，一个BACnet控制器通常和多个控制设备直接相连，负责监控这些设备的运行。概括起来说，BACnet控制器应该具有三个方面的功能。①通信功能。BACnet控制器是一个网络控制器，所以它必须能够发送和接收BACnet报文，和其它BACnet设备进行通信。②监视功能。BACnet控制器要监视与它直接相连的控制设备的状态。这样，它就要提供数据结构来描述这种状态。在BACnet协议中，描述这些状态是用BACnet对象。BACnet协议提供了42个标准对象。③控制功能。BACnet控制器要控制与它相边听设备的运行，不仅要使这些设备之间具有互动能力，而且要使这些设备和系统的远程设备能够互动，所以在BACnet控制器中应该有逻辑控制模块来实现这一功能。值得注意的是，不同时间、不同地点，BACnet控制器中的控制逻辑可能是不同的，因而在BACnet控制器中要提供改变控制流程的工具。这种工具最好是图形界面的，以方便用户使用。

图1BACnet体系结构层次图

2基于嵌入式Linux开发软件的可行性

①Linux是一个和Unix相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。在开发过程中，可以根据实际需要，通过内核构筑工具对Linux内核功能进行裁减，做成体积很小的嵌入式操作系统，可使其达到500KB或更小的规模。

②在实时性应用方面，通用的Linux在强实时性应用方面存在欠缺。Linux调度程序原来主要是针对台式计算机操作系统。重点考虑的是在应用程序的吞吐量上，即采用了一种“公平共享”的策略保证所有进程得到平均的CPU时间。在楼宇控制设备这种弱实时性应用中，如果采用先进的内核机制、进程调度算法和较小粒度的系统时间(10ms)，是可以满足弱实时应用要求的，因此，Linux可用于楼宇自动化系统。

③Linux是源代码开放的操作系统，可以很容易得到内核的接口和源码，我们可以把BACnet的协议实现集成到内核中去。

5.嵌入式远程控制系统的设计与实现 篇五

信息化的21世纪, 各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。在此基础开发出远程控制嵌入式系统的各种应用极大地提高了工作效率和生活便利。智能家居就是嵌入式远程控制的一个具体应用[1]。

多年来, 笔者在智能家居方向做了很多开发应用。本文就如何在嵌入式系统上利用现成的电话网和互联网来实现远程控制进行了多种成功方案的硬件描述, 这些方案在使用上各有特点、实现的难易程度不同。完成远程通信后, 在具体内部控制执行上, 由于采用总线结构、自学习式红外无线的方案, 可以很好地满足各种现场环境和扩展的需要。

而这些众多的智能终端又可以组成更大的系统, 此时就需要用到数据库, 所以如何用函数丰富, 底层的控制灵活的C语言写出数据库的DBF文件就要分析DBF的头部结构, 通过研究测试修改, 总结出可以直接使用的代码。

2 智能家居 (Smart home)

“智能家居”系统是利用先进的计算机技术、通讯技术和嵌入式技术, 将各种家用设备通过通信网络连接成系统。各种设备不但可以相互通讯、根据不同的状态互动运行, 还可以向外提供远程控制能力, 帮助家庭与外部保持信息交流畅通, 从而给用户带来最大限度的高效、便利、舒适与安全。如图1所示, 本文就以该系统为例来阐述远程控制的方案与实现。

3 远程通信 (Remote communication)

3.1 可选方案

公用电话通信网特点[2]是采用电路交换方式、信道独占、信道利用率低、传输效率高、时延小;具有通信快捷、语音明了、终端普及的优点。计算机网络特点是采用分组交换方式、信道共享、信道利用率高、传输效率低、时延大;具有费用低廉、界面直观、显示丰富的优点。二者的不同点正好可以互补, 相同点是通信区域均已覆盖全球。

3.2 电话模块

电话模块具有数据处理和存储、数据通讯、语音提示、自动摘挂机、自动拨号等功能。具体采用8051单片机[3]作为中央控制单元, 实现了语音提示及安全认证机制。主要有振铃检测、模拟摘挂机、双音频信号编解码、信号音检测、语音提示、EEPROM数据存储等子模块组成。

3.3 网络模块

实现网络通信功能的可选方案和特点有:控制芯片+网卡芯片的方案, 其特点是代码编写难但网络功能灵活;控制芯片+硬件协议栈+网卡芯片的方案, 其特点是控制简单但网络功能固定, 如图2所示, W3100A芯片是一硬件协议栈的集成电路, 芯片中安装相对简单的TCP/IP协议[4], 实现了软件硬化。

4 控制执行 (Control execution)

外围接口模块在智能居家系统[5]负责的基本控制功能应包括:照明控制、家居安防、电器控制、环境控制等。

如图3所示, 内部通信一般采用具有可扩展性和工程安装简单特点的总线技术, 各个控制分支视实际情况灵活采用有线或无线技术。

5 C语言与数据库 (C language and database)

如将这些智能终端再组成大系统时, 就可能用到数据库, 需要用C语言的格式读写文件。d BASE和Fox BASE都是带结构的文件, 数据库文件由文件结构和数据两部分组成。文件结构采用的是二进制存储方式而数据部分则是以ASCII方式存储。库文件结构部分描述库文件的概况:建立或修改日期、数据记录个数、库文件结构长度、记录长度等。如下所示, 即用C语言编写DBF文件就成了关键, 经过研究调试, 形成如下程序可以方便地调用。

注意:

(a) 数据库的字段长度与定义的库文件数据部分对应, 但字段类型可以不同。

(b) 由于字符串结束符的缘故在调用“写函数”输入时只要不超过定义的位数即可, 但调用“读函数”时则会出错, 所以只要输入时小于定义的位数就能读写正常。

(c) 此接口程序时以记录为单位进行读写的。

(d) 因“写函数”中记录末尾标记的引入和新记录数的重写, 记录数会随之改变。

(e) 可根据需要修改程序后再放到头文件中, 仅在主函数中调用即可。

6 结论 (Conclusion)

智能家居系统是嵌入式远程控制系统的一个应用例子, 由于控制对象多, 单个智能控制系统无法完成控制任务, 需要构成一个由多种设备、多种平台的综合系统。本方案内部采用总线协议, 具有组网方便、性能稳定、成本低廉的特点;外部采用电话与TCP/IP协议[6], 具有远程控制能力、扩展性强的特点。嵌入式与非嵌入式的连接再加载数据库又能组成更大的智能系统。

参考文献

[1]王平, 等.家用网络化智控系统的研究开发[J].计算机应用研究, 2004, 21:221-222.

[2]王平, 等.家居网络智控系统中PSTN远程通信模块的设计[J].福建师大学报, 2007, 23 (4) :61-63.

[3]张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[4]W.Richard Stevens.陆雪莹, 译.TCP/IP详解, 卷2:实现[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[5]夏涛, 陶洋.基于四大模块的智能家居的研究与设计[J].工程地质计算机应用, 2007, 48 (4) :23-26.

6.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇六

关键字：GSM;短消息服务;AT指令;串口通信;智能家居

中图分类号： TP399                       文献标识码：A

Design  of  Intelligent  Home  Furnishing Remote  Control  Module  Based  on  SMS

XuLin*，Ye WeiQiong，Cheng KaiLi

（School of Computer and Communication， Hunan University of Technology， HuNan Zhuzhou  412000， China）

Abstract：This paper using serial communication technology and AT instruction set to design a remote control module based on SMS. The user can through the mobile phone to send text messages to control the Home Furnishing equipment which bring in control center.This paper introduces the design of hardware， analyzes SMS encoding rules under the PDU mode，software design about the module， and built a control platform based on Samsung S3C2440 processor as the core to finished data processing. The design of communication system based on GSM， make sure the control module has strong reliability and stability. The module tests to validate its feasibility， provides a solution for the application in engineering.

Key  words ：GSM;SMS;AT;Serial communication;Intelligent Home Furnishing

1 引言

智能家居是指利用计算机技术对接入主机的各种家居子系统进行网络化的控制和管理，以实现一种全新的家居体验。常使用智能手机或平板电脑作为控制终端实现对家居子系统的控制和管理。本文所设计的控制模块基于传统的GSM网络，通过SMS（短信息服务），结合计算机串行通信技术，采用AT指令的通信方式实现对接入主机的家居子系统的控制和管理[1]。相对于依靠智能手机或平板电脑使用APP（Application）的控制方式，采用传统的GSM短消息方式则更加方便快捷，并且保证了非智能机用户和老人同样可享受智能家居所带来的全新体验。本文主要介绍控制模块的硬件设计、短消息的编码与解码、控制模块软件设计实现等内容。

2 硬件平台设计

控制模块硬件结构设计框图如图1所示，硬件设计主要包括以三星S3C2440微处理器为核心搭建的控制平台、GPRS-Modem经通用异步收发器（UART）接入控制平台、家电设备通过I/O总线扩展接入控制平台。

硬件结构主要包括嵌入式微处理器和GPRS/GSM通信模块，其中微处理器采用韩国三星公司的一款基于ARM 920T内核的嵌入式微处理器S3C2440，该处理器主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用场景，且具有功耗低、外设接口齐全的特点 [2] 。GPRS/GSM通信模块选用西门子公司生产的TC35i，支持GSM900/GSM1800MHz双频、1个RS-232串口接口、串口速率1200bps～115200bps。

串行通信是完成处理器单元和外设之间数据通信的常用方式，在使用串口通信之前需对串口进行初始化配置。串口使用过程包括三部分：打开串口、配置串口、数据传输。本文采用RS-232C串行接口，其中电压在-3V～15V表示逻辑0、+3V～+15V表示逻辑1。

处理方式方式

短消息服务（SMS）是GSM通信系统所提供的一种数据传输服务。通信特点是源端与目标端不需要建立连接，源端将短信内容和目标号码发送至短信服务中心暂存，当目标端接入GSM网络后，短信服务中心将短信内容发送到目标端。GSM系统支持三种模式的短消息服务协议：Block Mode、Text Mode、PDU Mode。如今最常用的是PDU模式，其特点是可以传输除ASCII以外的汉字、图像等数据。在PUD模式中短信内容可分为三种编码方式：7bit编码、8bit编码、UCS2编码。本文采用的是PDU模式下的UCS2编码方式，此编码方式最大特点在于支持Unicode（统一码）字符集，支持中文短信发送，一次性最大可传输70个字符[3]。

3.1 短信服务相关的AT指令

AT（Attention）指令集是一套用于从终端设备（Terminal Equipment，TE）到终端适配器（Terminal Adapter，TA）之间数据交换的指令集合，AT指令是目前手机通讯中最常用的控制指令， 通过它可以实现手机的拨号、发短信等功能。本文所设计的控制模块使用AT指令实现GPRS-Modem与控制平台之间数据通信，完成短信的接收、短信发送、以及其他数据的传输功能。短消息服务中常用的AT指令有[4]：

AT+CSMS  //选择GSM的SMS业务;

AT+CMGF  //选择短信格式 1：Text模式，0：PDU模式;

AT+CMGR  //读取短信;

AT+CMGS  //发送短信;

AT+CMGD  //删除短信;

AT+CSCA  //短信中心号码;

3.2短信息的编码规则分析

本文所描述的短信服务采用PDU模式下UCS2的编码规则。UCS2 编码是指将单个的字符按IEC10646 的规定，转变为16 位的Unicode 宽字符，即将单个的字符转换为由四位的‘0-‘9、‘A-‘F的数字和字母组成的字符串。中文编码严格按照Unicode字符编码规则进行编码，英文编码时，由于其本身为一个ASCII码，则在ASCII前加0补齐Unicode格式的16个字符即可。当完成对短信内容的编码，接着就开始进行PDU 字串的编制。PDU字串同样为一个由‘0-‘9、‘A-‘F组成的ASCII码串[5] 。PDU字串基本组成元素如表1所示：

表1 PDU字串组成元素

控制模块选取“客厅灯”和“客厅空调”这两个家居子系统作为模拟测试对象，对这两个子系统的控制命令包括开客厅灯、关客厅灯、开客厅空调、关客厅空调，与之对应的短信内容为命令大写首字母组合，对应的UCS2编码如表2所示。控制中心在检测到命令控制完成后，需将控制结果回馈给客户手机端，具体回复内容包括成功开启、成功关闭、控制失败，对应的短信内容和UCS2编码如表3所示：

表2 控制命令编码对应表

控制命令选取“开客厅灯”为例进行短信解码分析，手机编辑短信内容“KKTD”以控制平台绑定号码为目标地址发送短信。则控制平台接收短信主要通信过程如下所示：

AT  //向Modem发送AT命令;

OK  //Modem回复OK，表示连接成功;

AT+CMGR=1 //从Modem读取SIM卡里的第一条短信;

+CMGR：   //Modem返回SIM卡中的短信数据;

>0891683108200505F0240D91683150781765F100084190102103000004

>4B4B5444

AT+CMGD=1  //删除SIM卡中第一条短信;

从Modem返回的数据中第一行是短信的相关属性，例如短息的发送者、短信中心号码、发送时间、短信内容长度等，第二行表示短信的内容。

根据PDU字串组成元素表以及短信服务接收端的编码格式对收到的字串解码，结果如表4所示：

表4 PDU接收字串组成格式

短信解析结果为：短信服务中心号码是+8613800100500，发送方号码是13058771561，短信内容是“KKTD”，发送时间是：2014-09-01 12：30：00。

控制结果选取“成功开启”为例进行反馈过程短信编码分析，目的为向13058771561发送一条短信，短信内容为：“成功开启”。根据PDU字串组成元素表以及短信服务发送端的字串格式进行PDU字串的构造，构造结果如表5所示：

表5 PDU发送字串组成格式

0891683108100005F031000D91683150781765F10000A7  08  6210529F5F00542F;

PDU Type：31 表示要求发送回复;

格式化的短信中心号码：0891683108100005F0;

计算短信长度：PDU字串长度除以2结果用十进制表示 46位/2=23;

控制平台使用AT指令发送短信过程如下所示：

AT   //向Modem发送AT;

OK   //Modem返回OK表示连接成功;

AT+CMGF=0  //指明短信模式为PDU模式;

OK   //Modem就绪;

AT+CMGS=23 //发送短信，指明短信长度23;

> 0891683108100005F031000D91683150781765F10000A7086210529F5F00542F（">"表示输入发送内容：短信中心号码+PDU字串Ctrl+Z发送，串口有OK回复表示短信发送成功）

4软件设计实现

控制模块软件设计主要包括GPRS-Modem、控制平台、控制程序三部分。软件设计结构如图2所示：

图2 模块软件设计框图

GPRS-Modem通过接收来自控制平台的AT指令，完成对短息的接收和发送。

控制平台完成系统上电初始化、对接收到PDU字串的解析以及反馈信息的PDU字串的构造等功能。系统上电后首先对串口进行初始化配置，配置串口相关的主要参数有：波特率为115200bps、无奇偶校验位、停止位1位、数据位8位、采用硬件流控等。完成对串口配置后从控制平台向Modem发送命令：“AT”，若串口回复“OK”则表示串口配置成功。完成初始化后，若检测SIM卡中有短信到达，通过AT+CMGR指令从Modem读取SIM卡里信息，在控制平台中完成对短息的解析，解析过程如上文分析所示。解析完成后将解析的命名交给控制程序进行命令控制操作，最后使用AT+CMGD指令删除SIM卡里的信息。

控制程序设计为一个多道分支程序，以接收到的短信内容作为参数进入对应的分支，执行具体的控制操作，控制完成后将控制结果返回给控制平台完成对控制结果的编码和PDU字串构造处理。使用AT+CMGS指令将回馈信息发送回用户手机。

5结束语

本文设计了一种基于SMS的智能家居远程控制模块，文章阐述了短信息服务的原理和AT指令集等内容。GSM网络具有覆盖面广且远距离通信可靠性高等特点，模块依赖于GSM网络能保证控制过程的稳定、可靠。短消息服务（SMS）具有操作方便、实时性好、价格低廉等特点，以手机作为控制终端使得控制操作简单灵活，同时免去了对用户端的开发，降低研发成本。本文设计的控制模块经实验验证成功，为实际工程应用提供了一种快速、高效的远程控制解决方案。

参考文献

[1]  李志伟.基于AT指令的串行通信程序的设计[J].微计算机信息，2007，23（3-3 ）：272-274.

[2]  张 豪，杨春燕，汪筱阳.S3C2440A芯片及应用[J].电子设计工程，2011.12，19（24）：26-34.

[3]  魏志强，黄亮.基于短信的远程控制与追踪系统设计与实现[J].微处理机，2011.6，3：92-95.

[4]  张立材，王荣.基于短信息的智能家居控制技术研究[J].工业控制计算机，2014，27（4）：91-92.

7.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇七

关键词：IP113F；ARM ；RTL8019AS ；uC/OS；TCP/IP；以太网

中图分类号：TP84文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0274-02

1 IP113F芯片简介

IP113F芯片是IC Plus公司生产的一款具有网管功能、超低功耗的光纤收发器。内置专为收发器设计的两口交换机内核，支持纯收发器模式，全/半双工模式均可采用相应的流量控制，支持单/多模光纤转换，支持3.3V I/O，并可通过SMI（MDC,MDIO）和IC内部MII接口对两组独立寄存器进行操作，监控或重新设置本地或远端光纤收发器的工作状态。用户可以通过串行管理接口MDC（管理数据同步时钟输入接口）和MDI0（双向管理指令接口）来访问MII寄存器， MDI0是信号线，MDC是时钟线，一个管理单元最多可同时外挂32个IP113F。数据在MDI0上是一位位传输的，是发生在MDC的上升沿跳变，MDI0上的数据通信协议如表1所示。当SMI处于空闲状态时，MDI0则处于高阻态。管理单元在MDI0上发送32位连续的“1”和“01”信号来初始化MDI0接口。

2 整体功能设计

系统的基本功能是32台光纤收发器同时通过同一SMI口网络转换器与远程的上位机进行通信（如图1所示）。转换器完成的具体工作是接收光端机发送过来的测试数据，自动识别其长度和来源，将其转化为网络数据格式，通过以太网发送到上位机，同时接收上位机通过以太网发送过来的控制信息，并自动识别其发送的目标，通过SMI口发送给相应的光纤收发器。根据实际需要，可以在上位机通过以太网配置SMI口网络转换器的IP地址。

3 硬件结构设计

转换器的硬件电路主要选用基于ARM7内核的嵌入式处理器LPC2214芯片进行整体控制，LPC2214芯片带有256KB的高速FLASH，并带有16K片内SRAM，为了满足通信过程中的数据缓存和一定的系统运行空间，片外扩展了512K字节的SRAM（IS61LV25616AL）。片外通过IIC总线扩展了256字节的EEPROM（CAT24WC02）用于保存好已设置的IP地址。选用10M全双工以太网控制器RTL8019AS芯片完成网络通讯功能，与外界的通讯口选用UTP RJ-45接口，HR61101芯片充当网卡变压器。采用通用的I/O口P0.5和.P0.6模拟SIM口的时序对IP113F进行数据采集，电路整体设计如图2。

4 系统软件设计与实现

4.1 引入RTOS

光纤收发器数据采集的实时性要求比较高，若采用传统的前后台设计方法会显的过于复杂，且实时性不能保证。解决这个问题的最好方法是采用实时操作系统RTOS。uC/OS-Ⅱ操作系统是一种源代码公开的嵌入式操作系统，具有代码短小精悍，简单易学的特点，对本设计是一个理想的选择。

uC/OS-Ⅱ完全是占先式的实时内核，基于优先级，即总是让就绪态中优先级最高的任务先运行，因此实时性比非占式的内核好。其大部分代码是用C语言编写的，可移植性强，可以在大多数8位、16位、32位以至64位微处理器上运行。uC/OS-Ⅱ在LPC2214上的移植可参考文献［2］。

4.2 TCP/IP协议的选择与裁减

为使SMI口转换器具有以太网接人功能，必须在ARM处理器中嵌人TCP/IP协议，参考开放系统互连(OSI)模型，在ARM中嵌人的TCP/IP协议采用简化的四层模型，即链路层、网络层、传输层、应用层。根据实际需求，结合ARM 微处理器的处理能力，设计中对完整的TCP/IP协议进行了全方位裁减。

（1）链路层。由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成。RTL8019AS的驱动程序就是在该层实现的。

（2）网络层。保留了完整的IP协议，对ARP协议进行简化，对于ARP包只响应ARP请求，取消RARP，只维护最简单的一个IP地址与MAC地址的映射Cache表，定时刷新。

（3）在传输层，用于工业现场一般采用TCP或UDP协议，TCP协议提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务，而UDP协议是一个简单的面向非连接的数据报的运输层协议，考虑到所设计的系统数据传输的安全性，设计中选用TCP协议。

（4）在应用层，裁剪掉HTTP协议，通过将控制界面设置在上位机上来代替其功能。

通过上述裁剪，把TCP/IP协议嵌入到操作系统uC/OS-Ⅱ中，并提供API接口函数供应用程序调用，使得ARM可以快速无冲突地收发TCP数据包，符合系统对实时性和可靠性的要求。

4.3 系统的实现

采用嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ使整个设计简单，各个任务相互独立且具有不同的优先级来保证紧急任务及时响应，从而有效地对任务进行调度。整个软件设计由操作系统和一系列用户应用程序构成。

主函数是程序首先执行的一个函数，主要实现操作系统的初始化，该函数永不还回。操作系统的初始化包括任务控制块，事件控制块的初始化，而且在启动多任务调度之前，必须至少创建一个任务。此系统创建了一个启动任务TaskStart，主要负责系统硬件的初始化，包括时钟的初始化和启动，中断的启动，IIC总线的初始化与启动，SMI口的初始化与启动，RTL8019AS的初始化与启动，并且对各个应用任务进行了划分。

(1)任务的划分。

要完成多任务系统的各个功能，必须对任务进行划分。本程序根据各个任务的重要性和实时性，把整个模块分成6个具有不同优先级的应用任务，即IP地址设置、接收协议转换、发送协议转换、NET发送、SMI口发送、SMI口采集。

除了3个主要应用任務外，还有两个中断服务子程序。一个是时钟节拍中断，用于提供周期性信号源，另一个是网口的接收中断，用于把接收到的数据写入缓冲区。

(2)任务的具体实现。

本系统采用ARM作为服务器，PC端作为客户端的TCP通信模式，由上位机主动请求连接ARM。在串口和以太网建立通信之前，首先要调用IP地址设置任务，对IP地址、子网掩码、网关进行初始化设置。

SMI口通信实现的功能有SMI口发送和SMI口采集。SMI口采集任务优先级较低，进行多任务调度后若没有相关事件发生系统就一直运行SMI口采集任务，若采集到IP113F的状态发生变化，数据通过协议转换后发送到远程的上位机。SMI口发送作为一个单独的任务独立运行。SMI口发送任务需要系统调度器通知缓冲区中是否有待发送的数据,若没有数据发送，则将该任务挂起，系统运行其他任务

以太网通信模块由以太网数据收发和协议转换构成。数据的接收在RTL8019的中断服务程序中实现。以太网数据的发送，接收协议转换及发送协议转换分别作为独立的任务运行。以太网数据的发送任务同样需要系统调度器通知缓冲区中是否有待发送的数据。协议转换主要实现对接受数据报文的解析及给待发送数据添加协议报头，在编程时可以直接调用嵌入的TCP/IP协议的API函数，对数据报文进行分层。接收协议转换任务对从8019传过来的数据处理过程如3所示，不同的子协议具有不同的功能号，任务根据功能号对协议进行区别。发送协议转换则为图3的逆序表示。

(3)任务间的同步与调度。

通常多任务操作系统的任务不同于一般的函数，它是一个无限循环，而且没有返回值。如果没有更高优先级的任务进入就绪态，当前任务不会放弃对CPU的使用权。为了实现操作系统的正常运行和有关事件的同步，必须正确处理任务间的通信和事件标志的设置。系统的功能结构如图4所示。

系统进行多任务调度后，高优先级任务由于申请某个资源而发生阻塞，进入挂起态，系统运行较低优先级的SMI口采集任务。每个事件分配一个信号量，一旦事件发生就启动信号量的等待任务表中进入就绪态的任务。当接收中断发生时就启动协议转换任务，这过程通过信号量的通信机制实现。接收协议转换任务先对来自上位机的数据解析，然后根据数据的命令头发往SMI口发送队列或EEPROM发送队列，进而启动相应的SMI口发送任务或IP设置任务。发送协议转换任务对SMI口采集的数据进行协议转换后存入以太网发送队列，然后通知NET发送任务把数据发给上位机，从而保证任务与事件同步。

5 总结

本文所设计的SMI口网络转换器模块实现了上位机同时对多光纤收发器进行监控。本设计既可作为一个独立的模块，又可嵌入到用户设计的系统中进行二次开发。总之，嵌入式Internet技术代表着嵌入式系统和Inernet的发展趋势，对其研究具有重要的实用价值和远大的发展前途，尤其是智能测控和家庭网络化方面的前景意义。

参考文献

［1］周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2004.

8.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇八

随着数字录音技术的发展,各行各业对各种受理电话的录音需求已经十分迫切,公安、电信等呼叫受理部门基本上都采用的数字录音系统,以实现各种语音通话的实时记录,方便以后的查询,达到有据可查。

目前,传统的数字录音系统都支持网络放音与电话放音两种工作模式,网络放音主要是通过计算机声卡播放的方式实现对录音电话的放音,电话放音主要通过拨打电话听取录音的方式实现对录音电话的听取。

在公安实际应用过程中,网络放音的方式由于工作环境比较吵闹,听取录音需要重新带耳机等因素的影响,实际使用的人不是很多,目前主要采用大多数都是电话放音的方式,但电话放音一个突出的问题就是在听取录音时需要从头至尾全部听取,且不能进行进度控制,如果稍有不慎漏过了或者没有听清楚,都需要重新再听,在很大程度上影响到公安工作的开展。

本文针对公安工作的实际需求出发,提出了一种基于远程网络控制与电话放音协同工作的放音控制方式,可实现接警员在电话听取录音的同时,可通过网络同步控制放音的进度,实现对电话放音进度的任意控制。即提升了110指挥系统的指挥调度能力,又满足了公安实战工作的需要,具有较高的应用价值。

2、设计思路

为了解决此问题,我们提出了通过开发远程控制客户端程序,来实现对电话放音进度的任意控制,通过消息通信技术来远程控制客户端程序控制信息与数字录音系统的电话放音进度信息的协调,从而较好的解决用户在电话听取录音的同时,可通过网络同步控制放音的进度。(如图1)

其操作步骤如下:(1)客户端话机摘机;(2)远程控制客户端向通信调度系统发送听取录音请求;(3)通信调度系统调用CTI检查数字录音系统电话放音通道的使用情况,如果有空闲通道,通信调度系统通过CTI将电话通道与客户端话机通道连接,并将电话放音通道号发送至远程控制客户端;(4)远程控制客户端接收到电话放音通道后,将电话放音通道号、本机坐席号、需要听取的录音号信息发送至数字录音系统;(5)数字录音系统验证信息的有效性,并将验证结果通知远程控制客户端;(6)验证通过后,数字录音系统开始向指定客户端话机放音通道播放录音文件,并向远程控制客户端返回播放信息;(7)远程控制客户端显示返回的播放信息,并将控制信息发送给数字录音系统;(8)数字录音系统检查控制信息的有效性后,响应执行控制操作,并将操作结果返回至远程控制客户端;(9)远程控制客户端显示返回的操作结果,并根据返回的操作结果判断播放是否成功,若成功,则调整播放进度,否则按原进度继续播放。

3、技术路线

在应用系统的实现过程中,主要采用了以下技术路线:

3.1 采用C/S模式实现远程网络进度控制与电话放音同步工作的方式

由于数字录音系统作为110指挥系统的一个重要组成部分,只能采用服务器硬件配置的方式实现数字录音功能,因此必须部署在程控通讯设备机房,而接处警座席需要在接处警大厅进行部署,因此解决接处警座席远程网络控制电话放音的方式只能是采用远程的模式,通过综合考虑110指挥系统整体部署环境,我们认为采用C/S模式是比较理想的。

3.2 利用CTI/ACD技术实现坐席电话与数字录音放音模块语音通讯线路的连接

通过110指挥系统的通讯平台来实现语音的连接,通过综合通信平台实现控制信息的实时传递,但在实现过程中可能还需要解决系统之间互相协同工作的问题。

3.3 利用综合通信平台实现网络控制与电话放音的协同工作

充分利用110指挥系统的通信平台,统一消息部署及格式定义,通过远程控制系统来实现对电话放音的播放、暂停、停止、快进、快退、拖拽等操作。

3.4 采用多线程技术、事件驱动方式实现多座席并发访问与控制

采用多线程技术及事件驱动技术来实现多座席并发访问控制的问题,以满足公安系统的业务需求。

4、结语

9.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇九

从90年代以来, 油井的自动化和网络化管理的程度日益提高, 但是由于油井大部分都分布在交通不便的野外且数量非常多, 常规采用的油井数据采集方式大多需要巡井工人到现场进行抄表, 这种方式不仅费时费力, 增加维护成本, 而且, 由于一些人为因素有可能还会影响数据的准确性。虽然利用无线射频芯片做为油井数据采集的改进方式, 使巡井人员可以远离油井进行数据采集和分析, 但是这种方式还是需要人员到油井现场, 且一次只能对少数油井的数据进行采集, 工作效率还是不高。而本研究提出的融合ZigBee和GPRS技术的特点和优势开发设计的嵌入式的油井远程监测系统, 在监测管理中心就可以对监测的所有油井工作时的各种数据进行实时地主动和被动地采集。不但降低了数据采集成本更提高了数据采集的准确性和实时性[1]。

[2 监测系统的总体结构

整个监测系统的结构设计如图1所示, 以ZigBee和GPRS构成的无线网络为数据采集的传输核心, Zigbee主要完成单一油井数据采集需要的各种传感器的连接和多个油井之间的联网;GPRS通过接收来自Zigbee传输的数据, 并将数据通过主动或者被动的方式传送到监测管理中心。利用嵌入式芯片S3C2410和ucLinux构成数据采集前置机的控制核心, 达到对油井运行时电压、电流、温度和压力等数据的采集和控制, 远程监测系统的数据采集和监测管理中心服务器用一个GPRS模块通过RS-232与计算机连接, 通过上位机软件处理和存贮采集到的油井数据, 并进行分析汇总和对远端进行必要的控制。

本远程无线监测系统可以对油井的各类运行数据进行主动采集, 然后传输到监测管理中心进行分析和存储, 并根据出现的异常数据情况, 对远端的油井进行必要的检测和控制, 也可以将告警数据直接发送到相关的维护人员, 节省故障排除时间, 尽量减少油井故障发生的时间和次数。基于以上的一个设计思路, 本系统在设计上由硬件装置和监测中心组成, 逻辑上主要由位于硬件装置上的数据采集、控制软件和位于监控中心的管理软件组成, 两者相互配合完成油井的远程数据监测和控制功能, 并为今后油井的正常运行提供数据方面的参考。

3 系统的设计实现

由嵌入式油井无线远程监测系统的基本结构可以看出, 系统硬件设计主要考虑两个部分:一是终端数据采集单元的设计;二是监测网络传输中心单元的设计。下面分别对这两部分进行详细介绍。

3.1 嵌入式终端数据采集节点的设计

终端数据采集节点主要由控制核心C8051F040, 无线芯片CC2430, 和用于三相电压、电流的霍尔传感器, 温度传感器和压力传感器等组成。节点系统采集需要的监测数据和下发控制指令, 同时与数据采集中心节点单元构成无线传感器网络, 将采集来的数据通过GPRS网络远程无线传输到监测管理中心[2]。整个硬件电路如图2所示。

3.1.1 三相电压和电流监测电路

由于抽油机使用的是工频50 Hz、380 V的三相电压, 所以, 电压电流监测电路是完成模拟电流、电压信号转换为数字信号, 然后由单片机进行读取、监测的一类电路。其主要包含霍尔电压传感器、电流传感器和C8051F040等器件。控制系统中需要输入电流、电压两路模拟信号, 因此要用多路模拟开关。此外由于采样的信号是一个快速变化的信号, 因此在模拟开关和A/D转换芯片之前需加一个采样保持器。在采样电压信号时保持电流信号, 这样才能保证采样的电压和电流信号为同一时刻的值[3], 而C8051F040这款高性能的单片机所带的ADC转换器就可以完成对电能信号的采样、保持和转换等功能。本设计中对三相电压和电流有效值的计算, 采用以下公式。

计算电压有效值公式为:

$U=\sqrt{\frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}-1}u}{}_{{}_i}^2}(1)$

电流有效值计算公式为:

${\rm I}=\sqrt{\frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{l=1}^{{\rm N}-1}i}{}_{{}_l}^2}(2)$

式中:N——一个周期内的采样点数;ui——一个周期内各个采样点的电压值;il——一个周期内各个采样点的电流值。

3.1.2 压力信号采集电路

压力传感器安装在输油管上, 根据所安装管路的压力选用相应量程的传感器。根据油田输油管的具体情况, 选用了HDP501压力传感器, 此压力传感器的特性如下:量程为1～150 MPa, 可以满足实际需要;供电电压VT为直流24 V, 可以选用 (4～20 mA (二线制) , 0～5 V、1～5 V、0～10 V (三线制) ) 这两类输出信号方式, 压力传感器根据输油管压力的不同, 发送出不同的电流值或者电压值, 当压力传感器输出的电流为4 mA时, 电压跟随器LM110输入引脚输入1 V电压;当压力传感器输出的电流为20 mA时, LM110输入引脚输入5 V电压。然后电压输入到C8051F040的A/D, 根据不同电压, 单片机可以判断出不同压力值。压力信号采集电路如图3所示。

3.2 嵌入式数据监测中心单元的设计

数据监测中心单元硬件电路设计如图4所示。它是整个远程监测系统的传输核心单元。在整个系统中, 起着承上启下的作用。该单元通过S3C2410控制器实现GPRS网络和ZigBee网络的数据交换。

这部分主要的技术难点在于Zigbee芯片和GPRS模块之间的协议转换。基于这一要求, 我们开发了基于这两种无线网络芯片的网络协议转换单元, 它的任务是负责ZigBee和GPRS网络的双向数据转换, 是一个基于ZigBee与GPRS协议的转换网关[4]。下面给出在32 MHz系统时钟下, 用DMA向flash存储单元内部写入程序的部分源代码[5]。

通过对CC2430、S3C2410和SIM300的分析, 在uclinux操作系统程序框架结构的基础上, 建立两个任务ZigBee_T、GPRS_ T, 为避免数据拥塞, 系统创建两个消息队列[4]:GPRS_ZigBeeQ=ZSGCET (&MsgQA[0], Q_Size) , ZigBee_GPRSQ=ZSGCET (&MsgQB[0], Q_Size) 。

4 系统软件平台的设计

整个软件系统分成三个部分, 由监控中心软件子系统、嵌入式终端数据单元软件子系统和无线网络传输中心软件子系统组成。图5给出了整个软件系统的结构图。其中下位机软件 (包括嵌入式终端数据节点软件子系统和数据监测中心软件子系统) 主要由C语言、汇编语言和嵌入式操作系统uClinux以模块化结构进行开发。而上位机软件 (监测管理中心软件子系统) 用VC++6.0和SQL Server数据库进行开发。

监测管理中心操作系统采用Windows2003 Server中文版, 数据库采用SQL Server。服务器接收到GPRS网络传来的IP数据后要进行验证。在收到来自监测管理中心的就绪信息之后, 下位机将采集的数据编制成规定格式, 通过GPRS网络发送到监测管理中心, 监测管理中心读取IP数据包, 识别信息内容, 然后进行分析和显示。监控中心软件主要应用VC++6.0的socket控件来实现数据的收发, 通过UDP或者TCP协议进行数据的交互, 实现网络的通信[5]。监测中心主程序流程图如图6所示。

由图6可知, 整个监测系统的工作都是以数据监测和故障处理为核心的。在系统的初始状态下, 系统的物理部件即ZigBee无线传感器网络和GPRS网络进行数据采集和监测工作, 如果没有问题则系统将持续的处于这种状态, 如果有问题则说明被监测的设备中出现故障, 这时将通过告警装置进行显示, 提示相应的工作人员去处理发生的故障。同时, 系统也会对采集来的远端数据进行存储处理和统计分析。

5 结 论

利用基于嵌入式技术的油井无线远程监测系统对油井实施性能监测和控制保护, 不但是必要的也是可行的。是对现有油井维护方式进行改进的一种良好手段。本方案采用32位嵌入式ARM微处理器系统作为远端监测模块的控制和通信核心, 利用Zigbee技术构成无线传感器网络, 利用GPRS网络形成远程监测网络。相关分析表明, 本方案利用了嵌入式技术、ZigBee和GPRS技术的优势, 具有传送及时、运行可靠等优点。本系统扩展性较强, 在实际应用中可以灵活扩展功能, 以适应需求。因此, 本系统的设计有广泛的应用前景。

摘要：为了适应油井参数采集的自动化和网络化, 融合ZigBee和GPRS技术的特点和优势, 提出了嵌入式的油井远程监测系统的解决方案, 分析了以嵌入式控制器为核心的终端采集和无线网络传输单元的硬件设计、监测管理中心软件设计及管理平台的运行和构成, 监测管理中心通过ZigBee和GPRS构成的无线网络监测和采集油井的性能和运行状况。本系统为油井的检测和自动化管理提供了基础。

关键词：油井远程监测,ARM和uCLinux,嵌入式系统

参考文献

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[4]马福昌, 冯道训, 张英梅, 等.ZigBee和GPRS技术在水文监测系统中的应用研究[J].水利水文自动化, 2008, (3) :1-4.

[5]沈苑, 施展, 陈晓蓉.GPRS技术在远程数据采集系统中的应用[J].仪表技术, 2006, (6) :27-28.

[6]马永强, 李静强, 冯立营.基于Zigbee技术的射频芯片技术CC2430[J].单片机与嵌入式系统应用, 2006, (3) :45-47.

10.基于电话网的嵌入式远程控制器的设计 篇十

在工业控制领域中,需要将多个分别独立的仪器仪表所产生的数据进行汇总[1],传统的通信方式有两种解决办法,第一种,主要采用RS-485总线、现场总线或工业以太网将分别各自独立的仪器仪表组网连接,需要施工布线,工期比较长,特别后期维护费用比较高;第二种,主要采用单片机+GPRS+Zigbee的现场控制系统[2]由于单片机速度和整体性能的制约,系统后期改造受到一定限制和制约。本文提到了一种基于无线传感器网络和移动通信技术的工业监控分布式网络模型,将嵌入式技术、无线传感器网络和移动通信技术有机结合起来。采用两级组网方式,从而简化了仪器仪表设备之间的物理线路连接,不仅简化了系统复杂度,还可以降低成本。解决了数据采集系统和控制设备之间的数据传输问题。本系统实时性强,可靠性高。

2 系统总体设计方案

如图1所示,本设计每个采集数据的设备通过Zigbee终端节点连接,嵌入式平台通过串口外接Zigbee模块与GPRS模块,基于linux操作系统完成分布式无线远程测控。

用户可以通过两种形式获得各设备数据,第一种被动形式,Zigbee终端设备实时采集设备数据,当采集的数据超出了用户设定的范围时,发送数据给Zigbee协调器,Zigbee协调器通过嵌入式平台上的GPRS模块将数据以短信息的形式发送给用户;第二种主动形式,用户可以通过发送特定短信息的形式给嵌入式平台,嵌入式平台给Zigbee协调器一个中断信号,利用Zigbee协调器通过查询的形式读取各个Zigbee终端设备数据,并以短信息的形式发送给用户,使得用户随时随地的了解工控现场的状况。实现了用户随时随地实时了解工业控制领域中设备运行的状况。下面从硬件组成和软件的实现两部分详细讲解设计过程。

3 硬件组成

3.1 嵌入式平台设计

嵌入式平台利用S3C2410微处理器做为整个系统的控制中心,扩展了64M FLASH、64M SDRAM。S3C2410是一款基于ARM920T内核的高性能、低功耗、低价格的微处理器。内部采用高级微控制总线(AMBA)体系结构,主频高达203Mhz,集成3通道UART[3],其中2个串口,分别连接一个Zigbee汇聚点模块,一个GPRS模块。

3.2 Zigbee模块设计

Zigbee模块采用TI公司推出的一款符合IEEE802.15.4规范的SOC射频收发器——CC2430。该芯片在内置80c51核的基础上整合了Zig Bee射频(RF)前端和内存。具有128KB可编程闪存和8KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、AES128协同处理器以及21个可编程I/O引脚,其中,P0、P1口是完全的8位口,P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节,可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用[4]。因此,需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。大大降低了硬件开发周期和成本,最大程度的降低了系统开发风险。

我们选用SIMCOM公司的SIM300 GPRS模块,并配以相关电路而构成GPRS模块。根据图1可知,Zigbee协调器与GPRS模块分别采用串口连接到嵌入式平台,硬件设计不是很复杂,这里不再描述。

4 软件设计

4.1 S3C2410嵌入式平台控制设计

本模块的设计程序由4个线程组成,分别是串口发送线程、串口接收线程、短信发送线程,短信接收线程,它们各自单独运行,分别处理自己信息。各线程间通过全局变量通讯。

多线程在并发执行时可以按系统的实际情况让各线程间互斥或同步。本系统中用互斥锁来实现互斥,用信号量来实现同步。

信号量本质上是一个非负的整数计数器,它被用来控制对公共资源的访问。当公共资源增加时,调用函数sem_post()增加信号量。只有当信号量值大于0时,才能使用公共资源,使用后,函数sem_wait()减少信号量。

本系统采用RS-232串口与Zig Bee通讯。由于Linux引入了设备文件的概念,读写串口可以像读写普通文件一样进行操作,非常简单。

4.2 GPRS短信息收发设计

GPRS短信息收发设计是在linux操作系统之上采用多线程利用AT命令完成GPRS模块的短信收发功能。发送短消息的主要流程如下:首先串口初始化,GPR S模块初始化,如果数据有异样,S 3C2 41 0通过A T指令在短信发送线程上发送短消息,然后关闭串口,发送结束。接收短信息与发送短信息类似,篇幅有限,就不再描述。

4.3 Zigbee网络收发设计

如图1系统框图所示,Zigbee网络采用星型拓扑结构设计,即由一个Z i gb e e协调者C oo rd和多个网络Zigbee终端节点rfd组成。

Coord节点建立网络并对网络进行监控,接收从rfd传入的信息并通过串口传给S3c2410嵌入式平台;接收从串口传入的信息并执行相应的处理,即发送信息控制rfd节点。

r f d节点与设备相连采集设备当前状态和数据信息,控制设备的状态;申请加入网络并及时将收集到的信息发送给Coord节点;接收从Coord节点传入的控制信息并做相应的处理。

4.3.1 Coord节点设计

首先,Coord节点扫描信道,寻找网络中的一个空闲信道来建立新的网络,如找到合适的信道,Coord节点建立一个新网络,为新网络选择一个唯一的PAN标识符,并为自己选择一个16bit的网络地址,16bit的网络地址在整个网络中是唯一的,也就是802.15.4中的MAC短地址[3]。当有rfd节点加入网络时,Coord节点给它分配一个在该网络中唯一的网络地址,并接收来自rfd节点的第一帧(节点代号)保存在网络表里。以中断的形式接收来自串口的控制命令和rfd节点的信息帧;将收到的串口命令以帧为单位存入串口命令缓冲区ttyc_in;将来自rfd节点的信息帧存入无线接收缓冲区rfd_in。查询串口命令缓冲区ttyc_in和无线接收缓冲区rfd_in;若串口命令缓冲区ttyc_in有控制命令,解析并通过无线方式传送给rfd;若缓冲区rfd_in有rfd节点的信息帧,通过串口传送给嵌入式平台。Coord节点流程图如下图2所示:

4.3.2 rfd节点设计

首先rfd节点进行初始化、加入网络、获得Coord节点为其分配的网络地址、发送本节点的第一帧节点信息帧(节点代号)给Coord节点。每隔30秒查询本节点中各传感器的状况,将此时状况信息与用户设定的范围比较,当采集的数据超出了用户设定的范围,将此数据存入无线发送缓冲区send_to_Coord,rfd节点产生发送中断,发送数据给Coord,此时中断优先级最高;若有来自Coord节点的查询命令,则将命令存入无线接收缓冲区Coord_in后,将查询的结果存入无线发送缓冲区send_to_Coord,rfd节点流程图如图3所示。

5 实验结果与分析

本系统在设计过程中构造了10个Zigbee节点的小型网络。在Zigbee模块之间可视距、网络不繁忙、网络质量较好且发送数据量小于128Bytes时,通过嵌入式平台向用户发送异常短信时,用户短信接收正常,但用户向嵌入式平台发送查询短信,自动回复短信有短暂延迟,但当短时间内多次向嵌入式平台发送查询短信,会引起GPRS数据包丢失或数据溢出。这主要是因为选用的SIM300模块缓冲区较小造成,需要适当控制网络数据流量。

6 结束语

本系统基于嵌入式平台采用两级无线连接方式,与传统技术相比,无需任何单独布线,大大缩短建设工期并且系统稳定性和可靠性更高。可以广泛应用于工业自动监控、水文气象监控和井下人员或设备监控等监控点比较分散的领域。

参考文献

[1]师晓敏,朱名日.基于CAN和CC1100的嵌入式远程测控系统的设计[J].仪表技术与传感器,2009,(2):53-55.

[2]朱运利.基于GPRS和无线传感器网络的现场监控系统[J].仪表技术与传感器,2008,(12):46-47.

[3]Samsung semiconductor.S3C2410A 32-Bit RISCMicroprocessor[M].Samsung,2004.