试验站远程监控系统网络接口的设计

试验站远程监控系统网络接口的设计

远程监控系统广泛应用于工业远程监控、智能楼宇、安防监控和网络家电等方面，通过远程监控，技术人员无须亲临现场就可以方便控制和掌握仪器、设备的运行状态及各种参数，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行过程控制。

1 远程监控系统信号传输的基本要求

● 传输数据通道及精度满足试验标准要求。

● 传输响应速度快。

● 运行稳定可靠性高。

● 可实现网络信息化管理。

2 现状分析及方案确定

基于以上要求，国内外目前可采用的无线传输方式有以下几种方案。

● 数传电台远程监控方案：它可采用编码方式完成软扩频或是硬件扩频以满足数据传输的要求，但系统造价比较昂贵；数据传输可靠性低；维护困难。

● 基于CDPD网络的远程监控方案：在简易再开发应用中，产品硬件部份造价太高；覆盖范围太小，无法应用于试验站可能存在的偏僻地带。

● 基于GSM-SMS模块无线数据监测系统方案：具备网络覆盖面广、用户综合投资小、运营费用少，数据传输安全可靠等诸多优点，对于解决监控采集点分散、覆盖面广、监控点移动、实时性要求较低的监控采集系统具有无可比拟的优势，但受到公网业务开通状况及信号覆盖范围的影响较大，受系统及网络运行情况影响，不可控因素较大。

网络接口的构成

无线传输系统网络接口的控制器采用8位单片机+精简TCP/IP协议栈方案。总体方案结构如图1所示。

图1 无线传输系统网络接口的总体方案

系统组成

在工业测控系统中，多种仪器仪表测量的现场数据通过无线传输装置无线发送，在监控主机（PC）端通过无线传输装置无线接收数据，并对数据进行记录、分析、存储，实现信息化管理。

处于仪器仪表端的无线传输装置接收的是PC发送过来的命令数据帧，无线发送的是从仪器仪表上读取到的电量和非电量数据。处于监控主机端的无线传输装置接收的是仪器仪表端发送过来的数据或参数，而发送的是读取数据、参数或写参数命令。

网络接口的设计采用STC89C52RC来控制以太网芯片RTL8019AS进行数据的传输。

① RTL8019AS的工作方式

表1  I/O基址的选择

② RTL8019AS的网络接口方式

RTL8019AS的网络接口类型由PL0，PL1引脚决定，如表2所示。

表2 网络媒介选择

③ 单片机与RTL8019AS的连接

由上所述可知，各跳线引脚全部配置为低电平即可。芯片引脚内部接有100kΩ的下拉电阻，所以当引脚悬空时，本身就默认为低电平，因而也可将这些引脚悬空，在相关电路设计和软件设计中应注意要与这些跳线引脚配置相一致。

2 TCP/IP协议栈的总体设计

图3  TCP/IP协议栈

网络接口层是TCP/IP模型的最底层，由RTL8019AS的驱动程序来完成基本功能。RTL8019AS的驱动程序负责将单片机传输到Internet上的数据封装成以太网数据包的格式发送，以及将网络上传来的数据包进行分析使其进入上一层的协议处理程序。

网络层的功能则由ARP(地址解析协议)、IP(网际协议)和ICMP(因特网控制报文协议)协议共同完成。ARP协议能够判断数据帧中的目的地址是否与本地IP地址相同，如果相同则接收数据帧，否则将数据帧抛弃。而IP是TCP/IP协议栈最为核心的协议，所有的网络层和运输层的数据都是以IP数据报格式传输。ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

图4 数据的封装过程

系统需要传输的数据通过在每个协议层添加头部信息，最后封装成为以太网数据包，在物理网络上进行传输，数据的封装过程如图4所示。

结论

对于工业控制领域，嵌入式Internet设备将测控网与Internet互连，由此实现测控网和信息网的统一。在这样构成的网络中，传统仪器设备充当着网络中独立节点的角色，信息可跨越网络传输至所及的任何领域，实时、动态(包括远程)的在线测控成为现实。

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