基于Internet功能的网络传感器系统的设计

1、 收稿日期:2007-06-10基于I nternet 功能的网络传感器系统的设计汪献忠1,赫树开2,吕运朋1(1.郑州大学物理工程学院,河南郑州450052;2.河南省日立信电子有限公司,河南郑州450001摘要:提出了一种基于ARM 嵌入式系统的具有Internet 功能的网络传感器系统的设计方案。项目的开发可以实现工业气体检测传感器的Internet 功能和集中远程控制。用户可以直接通过Internet 网络对工业现场的气体检测报警系统进行浏览、查询和控制。系统具有运行稳定可靠等特点。关键词:Internet ;组态软件;通讯协议;气体检测;ARM中图分类号:TP212.6文献标识码:A

2、 文章编号:1002-1841(200710-0037-02Design of N etw orking Sensor System B ased on the Function of I nternetW ANG X ian 2zhong 1,HE Shu 2kai 2,L Y un 2peng 1Abstract :A way using AR M embedded system to design the netw orking sens or system based on the function of Internet is introduced.T he research of

3、the scheme can realize the function of Internet and centralized and long 2range control of the gassy ins pecting sens ors.T he clients als o can browse and control the gassy ins pecting and alarming system by Internet.T he system is provided with stability and reliability.K ey w ords :internet ;con

4、figuration s oftware ;communication protocol ;gassy inspecting ;ARM 1系统框架和功能气体检测报警传感器广泛地应用于工业生产控制过程,如电厂系统通过氢气冷却的过程中,需要对氢气等参数进行检测,来实现整个电厂的安全运行和生产。系统设计对企业内部的气体检测点进行组网集中采集,然后以企业为单位对其数据通过Internet 进行远程传送和管理。这样使气体检测仪表或传感器的提供部门企业也可以通过Internet 查看仪表的工作状况,可以及时的对其自身的故障报警提供相应的服务。具有Inter 2net 功能的气体检测报警系统的总体结构框架如

5、图1所示 。图1具有I nternet 功能的气体检测报警系统的总体结构框架图系统分为4部分:上位机报警系统网络管理软件、Internet 接口通讯模块、无线通信模块和下位机气体检测仪表或传感器。上位机报警系统网络管理软件主要采用的是现行工控系统中广泛应用的组态软件进行的,可以提供友好的人机交互界面,显示整个系统的运行流程以及参数情况;Internet 接口通讯模块则以实时嵌入式操作系统为核心,负责检测仪表或传感器不同的输出信号的统一采集,并且支持T CP/IP 协议,不仅可实现大范围分散设备组网通信,而且可利用T CP/IP 支持的各种标准应用以及自行开发上层应用,实现对节点设备的远程调度与

6、控制;无线通信则是利用无线通信模块实现数据的无线发送,系统异常时,可以向指定号码的手持设备发送告警信息,同时对网络进行控制;下位机气体检测仪表或传感器则是采用精确的气体测量仪表或者传感器,以保证检测数据的真实可靠。现场系统运行的监控参数,一般分为2类:(1模拟信号:一般是针对直接测量气体参数的传感器转换后信号,如420mA 电流信号或者05V 的电压信号。(2数字信号:一般是带有微控制器的智能仪表,本身带用RS 2232信号输出接口,可以输出RS -232数字信号,同时包括测量仪表工作是否正常的开关信号。图2MCG S 组态软件的整体结构2上位机报警系统网络管理软件上位机网络管理软件采用MCG

7、 S 组态软件进行编制,运行于WI NDOWS 操作系统平台上。MCG S 是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件,具有功能完善、操作简便、维护性强等特点,整体结构和功能如图2所示。通过“连接设备”,与Internet 接口通讯模块连接,实现数据向上位机的传送。再利用MCG S 可对整个上位机系统功能进行2007年第10期仪表技术与传感器Instrument T echnique and Sens or 2007N o 110 组态,进而实现:友好的人机界面;采集数据的实时数据和曲线、历史曲线、报表等形式的显示、存储;报表的分时查询和打印功能;参数报警界限设置;数据查询和分析等

8、。另外通过MCG S WWW 网络版,可以通过Internet 网络实现对上位机采集的参数(实时数据和曲线、报警情况、报表以及初级的数据分析进行浏览,为高层决策、远程数据处理和故障诊断提供保障。如图3所示的系统运行画面,通过MCG S WWW 服务器进行组态,通过Internet 在客户端进行浏览 。图3系统运行主画面3I nternet 接口通讯模块设计Internet 接口通讯模块以基于ARM 核的实时嵌入式系统为核心,支持多进程调度,内存管理和文件系统,可以直接实现与现代工业控制设备以及办公软件的互操作,与单片机程序相比功能强大。并且在嵌入式系统之上实现了T CP/IP 通信协议,从而可

9、以使用Internet 替代传统的单片机串口、C AN 总线等通信方式。Internet 接口通讯模块作为一个独立的Internet 设备,对外提供Internet 的接口,通过Internet 接口向外发送打包的信息。系统软件运行的PC 机和模块之间的通讯是基于差分信号传输的RS -485总线远距离通讯方案,采用了光电隔离有效地抑制远距离传输中的噪声干扰,通讯距离可达112km 3,解决了工作现场与控制室之间的分离。基于ARM 核的嵌入式系统采用的是ARM7系列内核,它采用ARM V4T (Newman 结构,提供019MIPS/MH z 的三级流水,空间统一的指令与数据Cache ,具有嵌

10、入式ICE 2RT 逻辑,平均功耗为016mW/MH z.项目采用S3C4510B 芯片作为CPU ,再加上8M BS DRAM 和2M BFlash 及其它外围芯片4。其中S3C4510B 采用ARM7T DMI 核,管脚封装208QFP ,最高时钟50MH z ,S3C4510B 提供了以下外围设备:8K B 内部cache/SRAM ,2通道UART ,2个通用DM A ,18个可编程I/O 接口,2通道H D LC ,1通道MII 接口E thernet 控制器,DRAM/S DRAM 控制器,ROM/SRAM 控制器,I 2C串行总线,中断控制器,P LL 时钟发生器,2个可编程定时

11、器,具有功耗低、网络等功能。为网络设备提供了高性能的微处理器解决方案。另外为方便模块对外提供便携式的数据接口,考虑在模块中加入US B 接口功能。此设计采用是US B 从设备设计开发。选择ARM +US B 接口芯片设计方案。4无线通信模块G SM 的接入为了将报警等系统信息以最迅速、低廉的方式通知到系统负责人,从而由对方发出指令对整个系统进行控制,这里采用以手机短信的方式进行信息的传送和接收。G S M 网络是国内覆盖范围最广的无线通信网络。短消息业务(S MS 是通过G S M 网的控制信道传输用户分组信息的一种增值服务,经短消息业务中心完成存储和前转功能。在系统无线通信设计中,模块采用的

12、是基于西门子的T C35模块的无线终端,性能稳定且带有RS232接口,可直接与PC 机相连(如图1。模块带有5V 供电电压模块,采用的G S M AT 指令为G S M07105,同时支持文本和PDU2种模式的短消息。通过与上位机管理软件的连接,信息可以通过人工或自动的方式发往负责人,发回的信息如按一定的格式可直接调节系统参数,对于上位机报警系统网络管理软件发送和接收的信息均进行了存盘,可供查询。5结束语在基于Internet 的网络传感器系统的开发、研究中,将Inter 2net 技术应用到工业控制领域,可以充分发挥设备的资源,实现企业信息网和控制网络的融合,促进企业整个信息的集成。有利于网络的进一步扩展应用,同时Internet 接口通讯模块为In 2ternet 络在工业控制领域的应用和实现现场设备层的无缝连接提供了一种连接方法,实现企业对工业现场的管理控制一体化。参考文献:1张学云,王元安.N ovell 网络实用教程1.昆明:云南大学出版社,1996:1-17.大学出版社,2002.4北京微芯力科科技有限公司.ARM Linux Board 开发工具WS 2310用户手册,2004.下期要目预告基于MC68332的剑杆织机纬纱张力测试系统MCG S 在自动上卸料实时监控中的应用一种便携式多点温