网路控制设计

1、第四章 網路控制設計Done by 張志瑋 李冠德4.1前言在大四上的專題研究中，專題指導老師針對現有的倒立單擺系統以及一些其他正在進行的控制系統專題，希望做出一個網路控制教學系統，能夠整合數個控制系統，讓使用者可以在自己的個人電腦上利用透過網際網路對各個控制系統下達控制的參數（ex：、）來學習以及觀察實際的控制系統運作，並且可以利用網路攝影機傳回實際運作的影像來得知自己下達的參數值是否合適。我和另一位同學李冠德經由老師及研究室的學姊指導下逐漸構想出現今原始架構的概念，並試著實現其中的一些部分。以下為至今的階段性成果，其餘的研究則仍在進行中。4.2Internet-Based Control

2、System架構概念簡介為了先用較簡單的方式試驗，我們先對單一device做控制：一個可以由使用者(user)經由網路連結至Web Server，從而由Web Server向device下達欲執行的命令之系統架構如圖4.1所示，可以大致分成兩個大區塊：使用者端（Client）與伺服端（Server-side），Client一般來說當然是在家中或是在寢室之中，而Server-side則是放置在實驗室（Lab）中，使用者利用瀏覽網頁的方式下達命令後儲存在資料庫（Data base）中。我們利用ASP(Active Server Pages)的方式來撰寫網頁，可以做讀寫資料庫的動作來進行如使用者登入

3、（login）及儲存使用者的下達的命令參數，再呼叫VB程式經由RS-232傳送到控制device的電腦，由於一般控制器都是用Turbo C寫成，所以VB與TC之間的溝通也是一個重要的關節。networkClientUser(PC)User(PC)User(PC)WebServer(PC)Controller(PC)deviceRS-232RS-232(VB)(TC)Data BaseServer-side(Lab)圖4.1 網路遠端控制架構Web Server以一部電腦作Web Server端，用ASP動態網頁的方式設置，其中包含了網頁主體以及儲存的資料庫兩部分，主要的工作有三：(1)User

4、身分登入驗證，在資料庫中建立使用者帳號及密碼以利比對。(2)接收並將user透過網路傳達至server的command data(ex：PID control的Kp、KI、KD之值)儲存至資料庫。(3)啟動VB程式，用RS-232傳輸至Controller。Controller原本的倒立單擺系統即是以一部PC作為controller，其內部是以一TC程式作控制器的計算，再經由D/A card傳至直流伺服器（DC servo）去推動倒立單擺的馬達，其示意圖可參考第三章的圖3.1。現今為了作到遠端控制的功能，controller必須具備以下功能：(1)用VB作接收，並將接收到的command da

5、ta儲存成TC能辨識的資料型態（ex：TXT）。(2)由TC程式讀取command data，計算後向DC servo送出控制訊號。由於在整個遠端控制系統之中RS-232傳輸佔的份量相當重，在下一小節我們也作了一些有關於RS-232傳輸協定使用上的介紹。 4.3RS-232介面傳輸RS-232的工作方式(1)RS-232經由歷代的變革，由最初的25pin演變成為今日所見的9pin模式。其腳位意義如表4.1所示。腳位簡寫意義Pin1CD載波偵測(Carrier Detect)Pin2RXD接收字元(Receive)Pin3TXD傳送字元(Transmit)Pin4DTR資料端備妥(Data Te

6、rminal Ready)Pin5GND地線(Ground)Pin6DSR資料備妥(Data Set Ready)Pin7RTS要求傳送(Request To Send)Pin8CTS清除以傳送(Clear To Send)Pin9RI響鈴偵測(Ring Indicator)表4.1 RS-232腳位意義(2)訊號定義： 訊號的電壓在+3V+15V之間稱為“0，一般用途為“on，電壓在-3V-15V之間稱為“1，一般用途為“off，其傳輸方式是透過傳輸線上電壓的改變來交換資料。(3)RS-232的參數設定： .起始位元與停止位元 如圖4.2所示，由於RS-232傳輸為一非同步串列傳輸，沒有同步

7、的時脈作基準，所以當資料要作傳送或是結束傳送時要有所告知。RS-232再平時不作傳輸時的狀態一值保持為“1，故當資料要傳送時會有一起始位元“0，當傳送完成後再降為低電位狀態。 停止位元為低電位狀態，長度有1、1.5、2 Bit的選擇。而起始位元的長度則固定為1 Bit。圖4.2 停止位元及起始位元 .資料傳輸單位 RS-232的資料長度有5、6、7、8 Bit的傳輸種類，如圖3.2中就是一個8 Bit的資料型態。各種傳輸種類必須依照要傳送的資料字元型態（ex：ASCII code為8 Bit）以及和device之間的協定來作選擇。 .資料傳輸速度 在RS-232中的傳輸速度單位為BPS（bit

8、 per second），由於非同步傳輸必須要有相同的參考時脈才會知道資料是否接收完成，因此必須要有相同的資料傳輸速度。若是傳送端與接收端的傳輸速度不一，會造成資料讀取的不正確。如圖4.3所示，無論較快或是較慢的接收速度所取樣得到的資料都會跟原本傳輸的資料有所差異。圖4.3 不同的取樣速度 .同位位元檢查 同位位元檢查是為了避免資料在傳輸過程中受到干擾，而導致接收到的資料不正確所設的一種檢查方式，分為偶同位及奇同位兩種。發送端檢查待傳送資料中的狀態“1的數目為n個，當設成偶同位檢查時，n為偶數時在資料的最後面加上“0，n為奇數時則加上“1；當設成奇同位檢查時，n為偶數時在資料的最後面加上”1”

9、，n為奇數時則加上“0。在Visual Basic中利用RS-232作為傳輸介面的設定我們利用Visual Basic既有的通訊元件MSComm控制項來作兩部PC之間的RS-232傳輸，並且在此簡介其設定。(1)通訊連接埠：將commport設為1（com1）或是2（com2）(2)內部設定：如“9600,n,8,1的設定，其代表意義順序為（傳輸速度(BPS),有無同位檢查,資料長度Bit數,停止位元數）(3)交握（Hand Shaking）協定：（沒有交握）1（XON/XOFF交握協定）2（RTS/CTS交握協定）3（Request To Send及XON/XOFF交握協定）交握協定可以說是

10、另一種檢查資料正確性的方式，由於非同時序時傳送與接收雙方會因時序不同而造成了資料遺失，故利用交握的方式來告知對方已完成的情報，可以減少失誤。4.4Visual Basic與ASP網頁實作我們嘗試實際的架設Web Server Pages，利用ASP網頁結合VB，當user透過network連結至Web Server時，先驗證使用者身分，爾後再連結至VB所製成的網頁執行，由使用者輸入資料後再由RS-232傳送到另一部電腦(controller端)。在這個部分我負責的是ASP網頁的設計，而VB程式則由李冠德同學負責撰寫。ASP的設計是利用資料庫的建立，目前具有使用者登入及讀寫資料庫的功能。而VB程式內容主要分成兩個部分，一個是在server端上的接受端程式，另一則是放在網頁上的要求端程式。(1)要求端程式：這部分程式是放在網頁上，一旦有使用者連上此網頁時，即自動向接收端要求連線，當user鍵入資料（如KP、KI、KD），按下程式上所建立的傳送按鈕，便可將資料傳送至接收端。(2)接收端程式：讓其處於隨時準備連線的狀態，當與要求端連線時，就把要求端所傳送的資訊，經由RS-232轉送到controller端的電腦上。相關的視窗畫面如使用者登入（圖4.4）