嵌入式因特网接入技术在测控网络中研究应用
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摘要
随着Internet和嵌入式系统的广泛应用，计算机技术、网络技术、控制技术和现场总线技术得到迅速发展，促使测控网络向数据共享更加方便、信息传递更加快捷和交互性更强的方向发展，基于嵌入式Internet技术的远程网络测控应运而生，它将推动控制技术向网络化、开发性和分布性的方向进一步发展。
现代的测控网络以现场总线技术为核心。现场总线从工业现场设备底层向上发展，计算机网络从互连网Internet顶层向下渗透，直至和底层的现场设备可以通信，就形成了基于嵌入式Internet技术的现代测控网络。
本文首先分析了现场总线系统(FCS)与传统集散控制系统(DCS)相比具有的特点、FCS的网络体系结构，介绍了几种流行的现场总线，提出了将嵌入式Internet技术结合现场总线构建现代测控网络的课题；在此基础上，构建了基于嵌入式Internet技术的测控网络结构模型；深入研究了嵌入式系统的核心硬件—嵌入式微处理器，通过对比普通操作系统，描述了嵌入式实时操作系统的特点；重点研究了实现嵌入式Internet的四种实现方法，并分析了以太网在工业测控系统中应用的难点，给出了一个基于嵌入式IP的网络测控系统实例；最后，研究与设计了一个基于嵌入式Web服务器的远程网络视频监控系统，该嵌入式Web服务器利用目前成熟的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，通过对μC/OS-Ⅱ进行适当的裁剪、修改与移植，在AT89C51嵌入式微处理器上实现了TCP/IP协议栈及应用程序，系统的成功运行证明了本文研究成果的有效性，也表明嵌入式Internet技术在现代测控网络系统中具有广阔的应用前景和推广价值。
With the Internet and Embedded system being widely used, various kinds of technology such as computer, network,control and field bus are growing up quickly. It makes measure and control network system tending towards more convenience in data sharing,more rapid in information transmition and more friendly in interoperation, and makes control technology become more networking, distributing and opening.
Field bus is the core of the modern measure and control system.when field bus develops from industry field device up to top and computer networking sinks to bottom device from internet, the network measure and control system based on embedded internet technology becomes true.
Firstly, this paper makes a detailed study on the Field control bus system (PCS),including the characters of PCS by comparing FCS and DCS, model networking of PCS and several popular Field bus, then put forward a question for discussion combining Embeded internet technology and Field bus and measure and control networking model based Embeded internet technology is constructed.Secondly, it studies Embeded system including the core of hardware梕mbeded microprocessor and real time operation system.Thirdly,the method of realizing Embeded internet is discussed for emphasis,and difficulty of ehernet application in industry measure & control system is analysed.An instance of measure & control networking system based embedded IP is given. Finally, the author designed a networked remote video surveillance system based embedded web server, μ C/OS-II is sacled and ported into the embedded microprocessor AT89C51.Based on the μ C/OS-II RTOS, TCP/IP protocol suite and application program is designed in detail.The system w
orks well that improves that the embedded internet technology will be widely used in modern measure & control networking system and has extend values.
现代的测控网络以现场总线技术为核心。现场总线从工业现场设备底层向上发展，计算机网络从互连网Internet顶层向下渗透，直至和底层的现场设备可以通信，就形成了基于嵌入式Internet技术的现代测控网络。
本文首先分析了现场总线系统(FCS)与传统集散控制系统(DCS)相比具有的特点、FCS的网络体系结构，介绍了几种流行的现场总线，提出了将嵌入式Internet技术结合现场总线构建现代测控网络的课题；在此基础上，构建了基于嵌入式Internet技术的测控网络结构模型；深入研究了嵌入式系统的核心硬件—嵌入式微处理器，通过对比普通操作系统，描述了嵌入式实时操作系统的特点；重点研究了实现嵌入式Internet的四种实现方法，并分析了以太网在工业测控系统中应用的难点，给出了一个基于嵌入式IP的网络测控系统实例；最后，研究与设计了一个基于嵌入式Web服务器的远程网络视频监控系统，该嵌入式Web服务器利用目前成熟的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，通过对μC/OS-Ⅱ进行适当的裁剪、修改与移植，在AT89C51嵌入式微处理器上实现了TCP/IP协议栈及应用程序，系统的成功运行证明了本文研究成果的有效性，也表明嵌入式Internet技术在现代测控网络系统中具有广阔的应用前景和推广价值。
With the Internet and Embedded system being widely used, various kinds of technology such as computer, network,control and field bus are growing up quickly. It makes measure and control network system tending towards more convenience in data sharing,more rapid in information transmition and more friendly in interoperation, and makes control technology become more networking, distributing and opening.
Field bus is the core of the modern measure and control system.when field bus develops from industry field device up to top and computer networking sinks to bottom device from internet, the network measure and control system based on embedded internet technology becomes true.
Firstly, this paper makes a detailed study on the Field control bus system (PCS),including the characters of PCS by comparing FCS and DCS, model networking of PCS and several popular Field bus, then put forward a question for discussion combining Embeded internet technology and Field bus and measure and control networking model based Embeded internet technology is constructed.Secondly, it studies Embeded system including the core of hardware梕mbeded microprocessor and real time operation system.Thirdly,the method of realizing Embeded internet is discussed for emphasis,and difficulty of ehernet application in industry measure & control system is analysed.An instance of measure & control networking system based embedded IP is given. Finally, the author designed a networked remote video surveillance system based embedded web server, μ C/OS-II is sacled and ported into the embedded microprocessor AT89C51.Based on the μ C/OS-II RTOS, TCP/IP protocol suite and application program is designed in detail.The system w
orks well that improves that the embedded internet technology will be widely used in modern measure & control networking system and has extend values.
引文
[1]杨士元．E—Home在中国[C]．2001嵌入式系统国际学术交流会论文集．北京，2001年10月
[2]冯继超．面向二十一世纪的嵌入式系统及发展方向[J]．工业控制计算机．2001(5)
[3]刘建昌，左云，等．现场总线慨述[J]，基础自动化，20：1—5．00．12(20)
[4]陈俊良，黎连业主编．计算机网络系统集成与方案实例[M]．北京：机械工业出版社，2001．7
[5]邬宽明．总线原理和应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001
[6]王俊杰等．Lonworks技术及其应用[J]，自动化仪表，1999(7)：39—44
[7]阳宪惠主编．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，2001．2
[8]HUANG G Q,LEEQ,et al.Web-based product and process data modeling in concurrent for X[J].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,1999,(15):53-63
[9]Louis Perrochon.A Quick Tutorial on Searching and Evaluation Internet Resources[J].IEEE Communications Magazine,1997,(6):142—145.
[10]Rohit Khare,Adam Rifkin.XML:A Door to Automated web Aplications[J].IEEE Internet Computing,1997;(7):76—78
[11]刘亚键．现代网络技术在CIMS中的应用研究[C]．湖南大学硕士学位论文．2000年12
[12]杨斌等，Lonworks网络与LAN、Internet互联的解决方案[J]．计算机应用研究，2001．17(5)：41—43．
[13]顾洪军等．工业企业网与现场总线技术及应用[M]．北京：人民邮电出版社．2002
[14]贾惠芹，刘君华．构造基于web的远程测控网络模型[J]．仪器仪表学报，2001(6)：307—308；324
[15]John A.Stankovic.Real-Time and Embedded Systems [J].ACM Computing Surveys 28A(4),Dec1996
[16]探矽工作室．嵌入式系统开发圣经[M]．北京：中国青年出版社．2002年1月
[17]黄凯．高级计算机体系结构[M]．北京：机械工业出版社．1999
[18]Jurgen Sauermann,Melanie Thelen.Real-time Operating Systems——Concepts and Implementation of Micro Kernels for Embedded Systems [M/EB].http://www.icselectionguide.com/bbricks/os_book.zip.Dec 2001
[19]Andrew S Tanebaum,Albert S Woodhull.Operating Systems——Design and Implementation(Sendcond Edition)[M].American:Prentice——Hall Inc.1997
[20]刘松强．实时计算机系统[M]．北京：学菀出版社．1994
[21]邵贝贝．μ C／OS-Ⅱ——源码公开的实时嵌入式操作系统[M]．北京：中国电力出版社．2001年8月
[22]周忠民．从CPU的制造演化看CPU的进展[J]．现代电子技术．2000；119(12)：19-20
[23]王裕明．CPU家族的回顾与展望[J]．电脑技术．2000(2)：59-54
[24]张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用[M]．北京：电子工业出版社．2000
[25]欧阳坚．系统级芯片设计与System C[J]．微电子学．2002(6)：453-456
[26]钟港湾．CPU新技术[J]．电子科学．2000；(24)：23-24
[27]Yu Yongquan.Intelligent Home Network with Agent and Network-Connected Controller[C].In: Proceedings of 2001 International Conference on Embedded Systems.Beijing,2001
[28]Putta-Roy A.Bringing home the Internet[J].IEEE Spectrum,1999;36(2):32
[29]刘凯．嵌入式互联网应用[J]．电子产品世界．2001(1)
[30]邵贝贝，许庆丰，王若鹏．在80X86上移植μC／OSⅡ[J]．单片机与嵌入式系统应用．2001年10期
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[32]王雪龙．嵌入式Linux系统设计与应用[M]．北京：清华大学出版社．2001
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[46]Xiong W.Lee J M.Efficient scence change detection and camera motion annotation for video classification[J].Computer Vision and Image Understanding.71(2):166-181
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[48]Kim H,Kwan T H,Kim WM.A fast algorithm for detetion of camera motion In:Proc SPIE Real-time Imaging Ⅲ[J],San Jose,1998,78-87
[49]段太钢，彭楚武，龚辂洲．基于嵌入式Web服务器的网络视频监控控制器[J]．湖南大学学报自然科学版(增刊)，2002(12)：133-137
[50]陈耀龙．基于TCP／IP协议的火电厂实时数据接入系统实现[J]．工业控制计算机．2003(1)：14-16
[51]柴志雷，张曦煌．嵌入式Web服务器及应用[J]．2001嵌入式系统国际学术交流会论文集．北京，2001年10月
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