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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇遠程控制系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）12-0055-02
計算機遠程控制系統的實現，可以為計算機管理者對終端用戶進行統一管理，能夠有效、準確的控制用戶使用機器的時間，從而提高了整個計算機系統的管理水平。計算機遠程控制技術具體指的是通過本機極端及發送相應的遠程控制指令到受控計算機，對其進行遠程遙控操作，使遠端的計算機能夠按照指令完成一系列的工作。通過控制本地計算機可以對遠程受控計算機進行實時控制。智能化的計算機遠程控制管理系統需要具體完善的技術處理方式，計算機遠端管理工作人員可以通過遠程指令喚醒技術對一臺或者多臺計算機的開啟、關機進行統一管理，對聯網的計算機終端進行相應的配置改造，配置可以進行遠程控制終端計算機網卡的開、關，利用PXE（preboot execute environment）技術控制計算機系統，對計算機多終端實現多播克隆，最后實現遠程修改網絡標識、IP地址等信息。本文對計算遠程控制技術的應用發發進行設計，使遠程控制技術在局域網和網絡互聯網內進行有效的實現，推動計算機遠程管理的實現服務器和工作站之間的控制功能和及時交流功能。
1 計算機遠程控制系統的組成結構
1.1 遠程控制的技術定義和原理
1.2 計算機遠程控制系統的組成結構
1.2.1 主控計算機
計算機遠程控制系統中的主控計算機的系統功能為實現控制命令的輸入和處理受控端計算機的反饋信息以及詳細參數。計算機主控計算機根據其控制的具體方式和計算機結構特征的差異性可以分為：集中控制結構、分散控制結構和遞階控制結構。主控計算機系統具有可控性、通用性和動態性。由于計算機系統結構隨著科學技術的更新換代和用戶體驗需求的增大，其結構性也越來越復雜化。如此一來，要求計算機控制系統具有很強的動態可控制性。計算機系統以的集中、分散、遞進式的控制結構以及其彼此間的組合利用要求主控計算機在系統上必須具有較高的通用性和可升級性。
1.2.2 通信協議
計算機遠程控制系統通過主控和受控計算機之間的通信協議實現指令的傳輸和反饋。在遠程控制中，具有LAN、WAN 、撥號系統，Internet等諸多的網絡連接方式，其通信協議以TCP/IP等協議為主。TCP/IP協議的具有較高的安全和穩定性，是目前最常用的網絡傳輸通信協議，其作用在于為計算機之間提供良好的數據包交換傳輸任務，提供面向連接的端對段傳輸協議。計算機之間通過IP地址的唯一性分配，通過源地址與目標地址進行數據包傳送，其能為數據包提供大小重組分配功能。TCP/IP協議為計算遠程控制實現數據尋址和分段等功能，為傳輸指令提供媒介服務。
1.2.3 控制系統的核心性能
計算機控制系統的正常實現需要確保去可靠性和穩定性兩大核心性能。首先是可靠性，在遠程控制系統中，可靠性是關鍵的性能指標。系統的可靠性具體包括：1）主控計算機系統，數據傳送通道、受控計算機系統三方面的正常運行，確保整個通過傳輸和服務的穩定。2）數據傳輸通道的可靠性，要保證系統的良好運行必須有可靠的數據傳輸通道，要確保傳輸的可靠性，必須要強化傳輸介質和傳輸方式。系統的穩定性包括：傳輸時間的穩定性，控制主機和受控端的指令傳輸與反饋時間上保持連貫性，避免指令傳輸時間上的不同步而導致指令的中斷；系統的可維護性，系統產生的一般性和特殊性故障要有良好的應急和長期維修政策；其次，可靠性包括系統抵御病毒的侵入干擾，遠程控制系統的開發同時與為病毒的入侵提供便利，指令代碼和系統防火墻要考慮木馬病毒的寄生性，保護好系統免受侵入而導致重大損失現象的產生。
2 計算機遠程控制系統的關鍵技術研究
2.1 Activex技術
Activex是Microsoft提出的建立在COM/DCOM（組件/分布式組件對象模型）基礎之上的技術，其中包括各種應用與Internet上的技術，比如對象的銜接和嵌入技術.Activex的技術關鍵在于能夠使軟件部件在網絡環境中繼進行交互的技術，這項技術被廣泛的應用于Web客戶終端與服務器之上，同時也廣泛的應用在計算機桌面應用程序的創建之中。Activex技術包含多個應用方面，其中當用戶瀏覽器訪問包含Activex控件的Web頁面時，瀏覽器提醒用戶下載控件并進行安裝，然后利用腳本描述語言可以實現用戶機器和遠端服務器之間通過設置屬性和根據向導操作調用方法而進行通信，從而能實現遠程控制的部分功能。
3 遠程控制系統軟件的設計方式
遠程控制軟件設計采用客戶/服務器模式，其原理是主控計算機提供服務和接受反饋信息，受控計算機接受服務指令并做出相應的指示回應。其設計原理為：主控計算機服務端打開默認的端口進行監聽，受控計算機向服務器通過TCP/IP通信協議對監聽端口提出連接請求，服務器根據請求指令而自行運行相關程序，對客戶機的請求進行應答。其中TCP協議是面向連接的，客戶端與服務器之間連接的建立耗時長，但數據傳輸可靠性高。UDP協議（User Datagram Protocol）是面向無連接的，發出的數據不需要對方的確認，大大加快了數據的傳輸速度，缺點是可靠性不高，容易造成數據的丟失。若客戶機和服務器之間的通信數據相對較小的情況，可以使用UDP作為傳出協議，被控端啟動之后便可進入偵聽狀態，隨時接受控制端發送的指令。控制端接受到用戶指令，用戶根據進一步指令交互提示進行操作，控制端進而向被控制端發送一個特定的命令字符串，被控端收到命令之后進行命令解析，然后執行命令進行操作。
參考文獻
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關鍵詞：GSM；灌溉；遠程控制
中圖分類號：S237；TN919．72文獻標識碼：B文章編號：0439－8114（2011）11－2343-02
Design of A Message Control System for Irrigation Pump Set in Mountain Citrus Orchards
MA Min，FAN Qi－zhou，ZHOU Bo，DENG Zai－jing
（College of Engineering， Huazhong Agriculture University， Wuhan 430070， China）
Abstract： In order to solve the control problem of mountain citrus irrigation， a message remote control system had been developed． The system was modular in design． It was mainly consist of a power module， a control module， a communication module， a trigger module， a driver module and a light and voice warning module． The control module was the MSP430 chip． A GSM module was used to serve as communication module， which enabled irrigation remote control， voice alerts and message feedback． It also could be adapted to all kinds of mobile phone or wireless phone． Telephone number for message sending and receiving could be changed according to need． It could also prevent telephone harassment and delete read messages． The system could be reasonably used in existing irrigation pump sets． With advantages of good versatility， low cost， good extended performance and stability， it would have a good prospect．
Key words： GSM； irrigation； remote control
在丘陵、山區的柑橘園，多與果農居住地相距較遠，普通灌溉機組人工操作費工費力，灌溉時間和灌溉量不易把握，造成灌溉不及時或過量等。引進的國外現代灌溉系統功能較全，但因山地地勢及水源等條件限制，建設與應用成本高，難維護、管理和推廣，幾乎僅限于示范地。結合中國國情，在合理利用現有灌溉系統基礎上，研發一種適合果農使用的低成本、通用、可遠程控制的柑橘園灌溉控制系統顯得十分必要。
GSM移動通信網絡應用成熟穩定，在農業設施領域已經展開研究與應用。有開展GSM對溫室溫濕度實時控制的應用研究；有利用GSM實現谷物產量的實時采集、存儲于無線發送；有設計基于GSM的水渠水位自動測報系統，實現水位信息的自動采集、存儲、遠程通信和實時查詢；有展開基于GSM的農田氣象信息采集、傳輸和監控系統的應用研究；有開發基于GSM短信模塊的農田灌溉控制器，實現對農田灌溉的遠程自動控制［1－5］。試驗在合理利用山地柑橘園現有電動灌溉機組的基礎上，開發了一套基于GSM短信模塊的低成本、通用、擴展性能好的柑橘園灌溉遠程控制系統，實現灌溉遠程控制、語音警示和控制狀態的短信息反饋。
1系統構成及功能
試驗設計的柑橘園遠程灌溉系統，由GSM短信模塊、單片機、指示燈與語音警示模塊、固態繼電器、觸發模塊、電源模塊、電動水泵機組和手機組成。用戶使用手機發送短信控制指令來控制電動水泵機組工作，進而控制柑橘園的灌溉。系統構成原理圖如圖1所示。GSM采用華為公司生產的GTM900C無線模塊，一款兩頻段GSM／GPRS無線模塊，支持標準AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音、短信、GPRS數據和電路型數據業務以及來電顯示、呼叫轉移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話、組呼、廣播和私密呼叫等功能。單片機采用TI公司生產的MSP430，一類具有精簡指令集、超低功耗、帶FLASH的16位單片機，可在線對單片機進行調試和下載，且JTAG口直接和FET（FLASH EMULATION TOOL）的相連，無需另外的仿真工具，方便實用，在超低功耗模式下工作，對環境和人體的輻射小，可靠性強，防強電干擾，適應工業級的運行環境，性價比和集成度高［6］。指示燈與語音警示模塊采用LED燈與工業化生產的單片語音集成電路，觸發電路采用固態繼電器觸發電路，電源模塊采用12 V蓄電池組。
GTM900C無線模塊串口與MSP430串口直接連接，GTM900C無線模塊接收手機短信控制指令，再將短信控制指令發送給MSP430，單片機依此通過控制固態繼電器（SSR）來驅動水泵開啟或關閉，并打開相應語音警示和指示燈，GTM900C無線模塊再給手機回復短信，指示控制已完成。該系統適用各種手機或無線電話，可防電話騷擾、刪除已讀短信以及更換手機號后亦可實現對新號的默認。
2系統硬件的設計
該系統采取模塊化設計，主要分為電源模塊、控制模塊、通信模塊、觸發模塊、驅動模塊和指示燈與語音警示模塊。
電源模塊為12 V蓄電池組，及由L7809、L7805和LM317芯片組成的＋12 V電源分別穩壓為＋9 V、＋5 V和＋3．3 V的穩壓電路，為后續幾大模塊供電。控制模塊即MSP430單片機最小系統核心板，＋5 V或＋3．3 V供電，由供電、晶振、上電復位、排針和JTAG接口電路組成，負責處理與GSM通信模塊之間的通信以及控制指示燈與語音警示模塊和觸發模塊。通信模塊即GTM900C短信模塊，＋9 V供電，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口、UART接口和SIM卡接口電路組成，主要負責收發手機短信控制指令，以及將控制指令發送給單片機并傳遞單片機返回的信息。控制模塊與通信模塊之間采用RS232串口通信，本系統兩者電平兼容，串口直接相連。驅動模塊采用固態繼電器，觸發模塊主要是固體繼電器觸發電路，原理圖見圖2。指示燈與語音警示模塊主要是由兩路LED燈和兩路單片語音集成電路構成。LED燈電路由1 kΩ電阻和LED燈組成，單片機IO口直接驅動，一路作為單片機開機指示燈，另一路作為短信發送狀態指示燈。語音集成電路由語音集成芯片和揚聲器組成，＋3．3 V供電，脈沖觸發，一路作為運行指令的語音警示，另一路作為停止指令的語音警示，考慮成本，暫選用市面上已大規模應用的語音模塊，規模化后可批量定制相應語音模塊。
3系統程序的設計
GSM移動網絡運營商提供短信業務，一次可傳輸140英文字符或70漢字字符，完全適用柑橘園灌溉短信控制指令。GSM收發短信有兩種模式：基于AT命令的TEXT模式和基于AT命令的PDU模式。華為公司的GTM900C均支持兩種模式，考慮到TEXT模式易于編程，本系統采用TEXT模式。本系統收發短信分別采用AT＋CNMI指令和AT＋CMGC指令。先測試GSM與PC機通信程序，整理出程序框架與流程，再對照編寫GSM與單片機通信程序。程序的核心在于對串口接收到的數據的判定。單片機編程使用C語言，主程序流程圖見圖3。
4小結
該文所論述的山地柑橘園灌溉遠程控制系統主要采用模塊化設計，便于應用到現有柑橘園滴灌系統上，亦可應用到先進的現代灌溉自動控制系統中，建設與應用成本低，后續擴展空間大，已裝成樣機，并申請幾項相關專利。系統在華中農業大學工學院工科基地進行了試驗，效果穩定，達到了預期設計目的。圍繞柑橘園灌溉系統，有大量工作可開展。合理利用現有灌溉系統，綜合運用信息技術、自動控制技術和傳感器技術，采用模塊化設計理念及系統工程的原理，統籌規劃，可減少資金、能源和人力投入，降低生態負荷，營造柑橘生長需要的生態環境，有效施肥，防病蟲害，可促進柑橘產業發展和生態和諧。
參考文獻：
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隨著信息技術的發展，計算機終端技術與遠程控制技術日新月異，給人們生產生活帶來方便的同時，卻也存在著巨大的安全隱患。由于計算機網絡具有很強的開放性與傳輸性，網絡上存在大量影響計算機遠程控制系統可靠性與安全性的因素，網絡攻擊、病毒傳播、硬件故障等都可能導致計算機遠程控制系統崩潰，造成數據信息的丟失。特別對于企業計算機控制系統來說，如果出現問題，甚至會造成商業機密信息的丟失或泄露，給企業造成巨大經濟損失，因此保障計算機遠程控制系統安全運行的可靠性非常重要。
1 計算機遠程控制系統的設計
隨著計算機網絡技術和終端技術的發展，給遠程控制系統的設計和應用提供了可能。遠程控制是指主控端電腦通過Internet網絡遠距離控制被控端電腦的一門技術，其原理如圖1所示。
計算機遠程控制系統通過安裝在主控端電腦的客戶端程序和安裝在受控端電腦的服務器程序進行控制，依托于網絡，遠程控制系統在兩臺計算機之間建立起數據交換，達到遠程控制的目的。
主控端電腦負責發送指令和顯示受控端電腦執行程序的結果。某些遠程控制系統使用了Web技術，主控端可通過IE瀏覽器運行位于服務器端中的主控端程序來實現遠程控制。通過遠程控制軟件，我們可以進行多種遠程操作，可以使用被控端電腦的上的所有資源，包括與之相連的所有設備。
在計算機與計算機相互間或與終端設備中進行信息傳遞的方式是計算機通信，它是以數據通信形式來出現的。計算機遠程控制技術是計算機網絡技術與通信技術相互融合的結果，通常應用于軍隊指揮、武器控制、遠程信息處理、遠程教育、遠程辦公等多種領域當中，為社會現代化的發展做出了巨大貢獻。計算機的傳輸控制技術對信息相關資源進行了有效地信息把握與信息傳遞，計算機遠程控制技術占據了計算機網絡技術的核心地位。所以說數據傳輸的準確性與安全性決定著計算機遠程控制技術的成熟性與穩定性，同時它也是計算機遠程控制技術的價值所在。
2 影響計算機遠程控制系統可靠性的因素
隨著現代社會信息化程度越來越高，對計算機技術應用越來越廣泛，計算機已融入社會活動的各個領域，對經濟發展建設，促進科學進步，發揮著積極作用。毫無疑問，計算機給人們生活、工作、學習帶來了極大便利。但計算機網絡上，存在諸多不確定因素和不安全因素，具有開放性與復雜性等特點，大量網絡攻擊和病毒攻擊，都可能對計算機控制系統的安全造成影響。此外，由于程序設定錯誤或使用中的錯誤操作，都可能引起計算機控制系統的崩潰，影響到網絡數據的傳輸，對計算機遠程控制系統運行的可靠性造成負面影響，大體上來看，影響計算機遠程控制系統運行可靠性的主要因素來自以下兩方面：
2.1 病毒入侵
病毒入侵是影響計算機遠程控制系統運行的最主要因素，它的原理是利用病毒可復制的特性來對所入侵網絡加以拷貝，從而破壞內部控制系統的有效運行并達到盜取數據的目的，同時病毒入侵還具有一定的隱蔽性及可繁殖特性，還有一定的潛伏期與寄生性能，使得計算機控制系統很難被發現并及時解決。
2.2 設備因素
計算機設備是用戶通過終端達到遠程控制目的的重要保障，從另一種層面來說，它也是影響計算機遠程控制系統運行安全的重要因素。合理的設備使用可以保障計算機之間或計算機與客戶端間的數據完整性運輸，因此，計算機的設備因素需要做安全的考量。首先大型計算機操作設備的電壓維持穩定是運行可靠的關鍵;其次計算機的網絡傳輸信號要有抗干擾措施或設備，這樣能保證所傳輸的信號不易受到電磁輻射信號干擾，造成信號中斷現象;最后計算機集線器要穩定安全，這樣才能穩定達到控制的目的。
3 計算機通信與控制系統運行可靠性的提升對策
通過前文對影響計算機遠程控制系統運行可靠性因素的分析，可以知道影響系統可靠性的原因多種多樣，很多原因都會對計算機的控制系統運行可靠性造成影響。在此情況下，可以通過以下幾點來保障計算機遠程控制系統運行的可靠性：
3.1 采取網絡防護措施
網絡威脅無處不在，網絡安全問題不可規避，網絡具有開放性，一部分不法之徒，妄圖利用網絡病毒，遠程控制他人計算機，盜取他人賬號密碼信息或其他私人信息，竊取他人數據和財產，給計算機用戶造成巨大損失。為了提高計算機控制系統運行可靠性與穩定性，必須采取一定的網絡安全措施，不僅要安裝網絡安全防護軟件，制定網絡安全防護計劃。同時，應對文件信息進行加密，對通信通道采取動態加密處理措施，利用密碼驗證手段，驗證用戶身份，通過數字簽名來設置網絡系統訪問權限。具體加密過程中，應時常更換密碼，避免密碼泄露，造成網絡安全問題，引起系統癱瘓。
3.2 定期進行硬件系統檢查
硬件系統是計算機通信系統與控制系統運行的物質基礎，若硬件系統出現問題，必然造成通信信號中斷，系統癱瘓，無法維持正常運行，保障硬件系統穩定性是保障軟件系統穩定性的前提條件。但硬件系統在長期運行中，難免會發生一系列的故障問題。因此，為了降低故障率，保障系統穩定性和可靠性，應定期進行硬件系統運行狀態檢查，了解硬件設備狀況，若發現硬件設備故障隱患，必須及時進行維護或更換，避免故障點擴大。
4 結語
通過對計算機遠程控制系統的設計分析，病毒入侵及設備問題的可靠性影響因素的了解，從而采取各種方式來進行科學合理的網絡管理化，使得計算機遠程控制系統的運行可靠性進一步的提升，并同時具有安全性及穩定性，只有這樣才能使計算機遠程控制技術更好地得到最大的利用和發揮。
【關鍵詞】 B/S架構 智能家居 遠程控制 USB
隨著科技的發展，物聯網技術愈加成熟，智能家居已經越來越深入到人們的生活當中[1]。智能家居的出現令生活更加方便，主人可以通過特定的網絡連接到家庭里的控制中心設備，對家里的情況進行監控與操控。典型的智能家居系統采用家庭內部自組織小型局域網，通過控制中心連接到外部，進行遠程控制[2]。這些系統在進行遠程控制時，大都采用了C/S模式，這樣就必須在用戶的移動終端上安裝特定的軟件才能進行遠程控制[3]。因此采用B/S架構來實現遠程控制方式，只要用戶能夠使用上網設備連接到互聯網，比如使用筆記本或手機通過有線網絡、wifi或3G連接到互聯網，就能夠讓很方便地打開一個網頁，對家里的情況進行監控或控制。
本文提出了一種基于B/S架構的智能家居遠程控制系統，該控制系統的硬件主要有一個USB設備，該USB設備連接到控制中心主機上。主機架設相應的網站，并聯接至互聯網上。當用戶需要監控或控制時，只需要在電腦或手機上網打開該網頁，就可以對USB設備進行操作，該USB設備再通過ZigBee對家居進行狀態查詢或控制。
一、相關技術
B/S（瀏覽器/服務器）架構即瀏覽器（Browser）/服務器（Server）架構，用戶的操作界面就是瀏覽器，使用瀏覽器來訪問服務器提供的服務。相較于傳統的C/S架構模式來說，B/S架構讓用戶對服務器的訪問更加快捷方便。本系統采用B/S架構在控制主機上搭建網站，利用網站來控制USB設備運作。網站的開發使用技術，采用Microsoft Visual studio 2008工具進行開發。作為微軟框架的一部分，由.NET框架提供的編程類庫組成，并為Web應用提供程序模型。使用開發頁面可有猶如開發軟件程序一般，使軟件程序員在開發網頁應用也變得非常簡單。在本文的設計當中，USB設備的驅動程序可以單獨開發成動態鏈接庫，然后使用調用動態鏈接庫里的程序來達到頁面對USB設備的直接控制。
USB總線技術在當前已經應用非常廣泛，技術也十分成熟，大部分的設備上現在都存在USB接口，是一種很通用的接口協議。本系統的設計當中控制主機與外設之間的通信接口也采用USB連接方式。接口芯片采用了Cypress公司開發的CY7C68013A，該芯片是一款內部集成了USB2.0收發器、SIE（串行接口引擎）、增強的8051微控制器、16KB的RAM、4KB的FIFO存儲器、I/O接口、數據總線、地址總線和通用可編程的接口（GPIF）的強大功能的芯片[4]。該芯片負責主機與ZigBee模塊之間的通信連接。
二、系統設計
系統主要分為3個部分：智能家居通過ZigBee構成的本地網絡、USB設備與控制主機形成的本地控制中心和用戶的移動終端。如圖1所示。本文將重點描述USB設備的設計以及Web頁面通過USB設備對智能家居的控制程序設計。
本系統的USB設備采用56腳的CY68013A芯片作為接口芯片，該芯片集成了USB通信接口以及8051內核，可以很方便的進行USB通信的設計。該芯片有獨立的USB接口管腳“DPLUS”和“DMINUS”可與USB線纜直接連接，同時擁有三組通用I/O接口可連接ZigBee設備（如CC2430）與智能家居進行無線通信，如圖2所示。芯片的固件程序采用類似51單片機的編程以及CYPRESS公司為用戶提供的子函數，主要完成的功能是：向主機提交VID和PID；對Interface（接口）配置和Endpoint（端點）的配置；通過固件程序的調度，完成ZigBee設備與主機之間的數據通信。
為了讓用戶能夠利用Web頁面通過USB對智能家居進制控制，Web主機需要實現對USB設備進行控制與通信的人機交互界面程序，并將該程序在頁面上實現。該程序對USB設備的控制需要通過USB驅動程序，而驅動程序可以通過修改CYPRESS公司提供的EZ-USB通用驅動程序的INF文件獲得。在本系統的設計中，將這些驅動程序封裝成為動態鏈接庫dll文件，然后在頁面代碼中，調用動態鏈接庫里的函數來達到對USB設備的控制，流程如圖3所示。
本系統的網站設計采用的工具是Microsoft Visual studio 2008，可以通過在軟件中點擊[文件]―[新建]―[網站]，并在新建網站選擇類型網站來創建一個新的網站，同時網站的編程語言采用了C#。為了能夠通過網站控制USB設備，需要完成以下步驟：
（1）首先將USB設備的驅動程序動態鏈接庫USBdev.dll存放在主機的系統文件夾System32中以保證網站程序能夠對動態鏈接庫函數的調用；
（2）然后在頁面代碼中添加將動態鏈接庫中的函數導入到網頁程序的語句，以便調用，如下面語句中的函數scan_device（）和dev_open（）。
完成以上步驟后，在頁面編程過程中，就可以直接調用已經導入的驅動程序函數來與USB設備進行通信。與USB設備的通信過程主要是為了向某個家居設備發送指令或讀取狀態，由于家居設備的類型有很多，需要的參數都不相同，因此控制主機與USB設備的通信過程需要制定指令格式對家居設備進行控制。指令包含的參數有：指令類型、操作對象ID、操作類型、操作參數等。指令格式可以根據實際應用進行相應調整，在這里就不進行詳細解釋。網站頁面的設計，可以根據用戶家庭內的智能家居種類和數量來進行設計，利用VS2008提供的各種頁面控件可以很容易實現一個簡潔的頁面。
三、結束語
本文設計了一種利用B/S架構搭建智能家居遠程控制系統，通過對USB設備進行控制來達到Web頁面與硬件設備的通信。該系統的設計方案技術成熟、性能穩定，且成本較低容易普及。系統的界面簡單，操作方便，用戶可以通過普通的上網瀏覽網頁方式，就可以對家里的智能家居進行控制。而且隨著網絡服務的進步，通過Web網站的控制方式可以進行豐富的擴張，例如流媒體、云技術等。當然，通過Web網站進行智能家居的控制方式還需要考慮的安全保密等問題，這也是將來需要研究的一個問題。
參 考 文 獻
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關鍵詞:遠程控制;現場可編程邏輯陣列;用戶權限
中圖分類號:TP27 文獻標識碼:B
Design of Phone Remote Control System Based on FPGA
Abstract: Along with the development of science and technology。 information application has become the way of development in this century. This article describes a kind of intelligent remote control system based on public telephone network. This design use FPGA as controller。 to realize remote operation with user jurisdiction. This system uses public telephone network to transmit password and instruction operational code. It has the characteristics of being highly configurable。 controllable and reliable.
Key words: Remote Control; FPGA ; User jurisdiction
1引言
隨著社會的進步以及科技的進步,人們越來越期望科技能給人們帶來更多的便捷。其中在家電領域,為了適應這種時展的潮流,家用電器的智能化及可遠程控制化越來越受到人們的關注。海爾前幾年就提出了智能家居的概念,并且已經研制出了相關的產品。信息家電的產生和發展將對傳統家電、計算機和通信業產生深遠影響。
基于這樣的背景,本文設計了一個電話遠程控制系統,本系統可以利用家庭電話,使得用戶可以通過電話控制與系統相連的電熱水器、空調、電飯鍋等各種受控電器的開、關及溫度設定等,實現遠程控制。
2系統硬件介紹
本系統的硬件設計框圖見圖1所示。
本系統主要由以下幾個部分組成:
鈴流檢測電路: 負責檢測電話呼叫鈴流。判斷是否摘機;
摘/掛機電路: 負責電話機接通與掛斷。實現系統與遠程電話通信連接與斷開;
DTMF解碼電路: 負責對接收到的DTMF控制信號解碼。并將解碼數據傳送至FPGA;
EEPROM: 基于SPI協議的存儲器,負責存儲密碼等用戶信息;
語音提示電路: 主要用來存儲及播放語音以提示用戶執行相關操作;
FPGA: 本系統的控制核心,用來控制電話摘機,接收用戶輸入,控制語音播放等一系列操作;
FPGA配置芯片: 用來對FPGA進行上電配置,因為FPGA是基于RAM的存儲結構,數據掉電易失,所以采用基于PROM的FPGA配置芯片,在系統上電時,對FPGA進行配置。
下面分別介紹各個部分的具體實現,圖2所示為本系統的關鍵部分電路原理圖(FPGA下載等部分忽略):
(1)鈴流檢測電路
當正弦電話鈴流信號到來時,信號經過電容C10濾去直流分量后,經過光電耦合,由四個施密特觸發器構成整流電路,并將整流后的方波信號傳送給FPGA。
(2)摘/掛機電路
該電路直接與電話并聯連接,當FPGA完成對鈴流信號檢測,并滿足摘機條件后,FPGA的摘機信號Tele_on信號輸出高電平,使得晶體管T3導通,從而改變電路的電阻值,模擬電話摘機,實現本機與遠程電話通信連接;掛機則由FPGA將Tele_on信號置低。
(3)DTMF解碼電路
本電路核心是DTMF解碼芯片HT9170,HT9170是HOLTEK公司生產的18腳DIP-SOP封裝的DTMF信號接收解碼芯片,它具有工作電壓低,靜態工作電流小,電路簡單,使用元件少且無需外部濾波器等優點,可對接收到的16種DTMF信號進行檢測和解碼。
此電路負責將由本機輸入的密碼或控制碼等DTMF信息轉變成4位的數字信號,并將其輸入到FPGA中,FPGA根據輸入信號執行相關操作。
(4)EEPROM
本系統采用的是基于SPI串行通信協議的EEPROM芯片: X5045。X5045芯片內含512字節存儲單元,10萬次可靠寫,數據保持時間100年。對X5045的操作是通過4根口線CS、SCK、SI和SO進行同步串行通信來完成。SCK是外部輸入的同步時鐘信號。在對芯片定改指令或數據時,時鐘前沿將SI引腳信號輸入;在讀取數據時,時鐘后沿將數據位輸出到SO引腳上。數據的輸入/輸出都是高位在先。
本系統采用EEPROM的用意在于存儲密碼等用戶信息,因為FPGA是基于RAM編程,掉電易失,所以必須將用戶密碼、電話等信息存儲在存儲器中。當用戶輸入密碼后,FPGA讀取EEPROM中的密碼信息,與用戶輸入密碼進行比較。如果正確則給用戶操作權限,否則將用戶鎖定,不給此用戶工作權限。
(5)語音提示電路
本部分電路主要由ISD1420系列芯片及其附件組成。本電路的作用是在用戶進行操作的過程中進行相關的語音提示,這部分電路的硬件并不復雜,但提示音的播放需要程序參與。本系統采用ISD1420實現語音提示的存儲與播放提示。分別在FPGA的控制下提示用戶輸入密碼,輸入操作碼,修改密碼等一系列操作。本部分電路還有一個可開關的喇叭,可用來提示現場。
(6)FPGA及其配置電路
本部分是本系統設計中最關鍵部分。整個系統都是在此FPGA的調度下完成相關操作。本設計采用的是ALTERA公司生產的Cyclone系列FPGA: EP1C3T144C8芯片。其配置芯片采用的是EPCS1系列配置芯片,系統上電后,EPCS1通過主動串行模式對FPGA進行配置。
EP1C3系列FPGA采用了144管腳的扁平封裝,用戶IO管腳高達89個,邏輯規模達到5萬門,用戶資源比較豐富,完全可以滿足中等復雜情況下的應用要求。在本系統中,FPGA的109-144管腳被用來作為系統控制端口,分別作為鈴流輸入端,自動摘機控制端,DTMF數據輸入端,EPPROM控制端,語音電路控制端以及控制信號輸出端口。其余管腳通過擴展端口引出,可以在以后的開發中進行功能擴展。
3系統工作流程
如圖3所示為本系統的具體工作流程:
本系統的工作流程是:當用戶撥打與系統相連的電話機后,鈴流檢測電路將正弦鈴流信號轉成數字脈沖信號,并傳輸給控制器FPGA,FPGA判斷符合條件后控制電話摘機,并產生提示音提示用戶輸入密碼;當用戶輸入密碼后,DTMF解碼電路將輸入的DTMF密碼信號轉變成4位數字信號,并輸入到FPGA中,FPGA接收完密碼數據后,通過SPI串行通信方式從EEPROM中讀取用戶預設密碼,并與用戶輸入密碼進行比較:
(1)如果密碼正確,FPGA控制語音部分向用戶進行語音提示,提示用戶輸入操作碼:
操作碼1:語音提示用戶輸入控制碼;
操作碼2:語音提示輸入修改的密碼;
通過DTMF解碼電路將后續操作碼傳輸給FPGA,FPGA根據操作碼執行相關操作;
(2)如果密碼錯誤,FPGA控制語音電路向用戶進行語音提示,提示用戶密碼錯誤,重新輸入,并記錄錯誤次數,當用戶輸入密碼錯誤次數達到3次,則FPGA將電話掛機,禁止用戶操作。
4FPGA控制器設計
根據設計的操作流程,本系統采用Verilog HDL硬件描述語言編寫了FPGA控制器的代碼以及測試文件(testbench),并且在Modelsim_SE環境下進行了設計代碼的編譯與功能仿真。
在功能仿真階段,筆者用testbench仿真了鈴流,各種操作碼以及密碼的輸入。按照操作流程分別輸入錯誤密碼及正確密碼,直至實現摘機;在其后的工作環境下仿真各種操作碼輸入,觀察控制器對應的操作。經過完備的仿真分析,證明控制器代碼設計是正確的。其中部分關鍵信號仿真結果如圖4所示。
硬件描述部分主要分三個模塊,分別是主控制器模塊,鈴流判斷模塊以及DTMF碼接收處理模塊。代碼在Synplify環境下的綜合結果如圖5所示。
鈴流判斷功能模塊負責采集并判斷鈴流信號,在滿足接通條件后,產生使能信號,以通知控制模塊實現電話連接。
DTMF碼接收處理模塊的主要功能是防止誤操作。在此部分功能模塊設計中,我們在模塊內部設計了一個移位寄存器實現不間斷數據采樣,在數據最穩定的階段,即采樣數據全1或全0情況下,才采用握手信號通知控制器采集DTMF解碼數據,以確保防止由于數據不穩定或者外部干擾等情況引起的誤操作,保證系統可靠與穩定。
主控制器模塊主要功能是實現系統的調度與操作。此功能模塊采用復雜的狀態機設計來實現操作。其主要實現的功能有摘機,語音播放,密碼修改,讀/寫EEPROM,接收密碼與操作碼,輸出操作指令,掛機等一系列操作。
5系統調試
在完成理論設計與軟件仿真、綜合等工作后,筆者進一步完成了PCB板設計,并完成了系統的電路板設計。在現場調試過程中,筆者經過不斷調整與修改軟硬件設計,最終實現了系統的功能。如圖6所示為系統實物圖。
6結束語
本系統經過現場調試,完成了預期的功能。而且采用低成本FPGA設計,其作為集成電路設計產業的重要應用,實現了集成電路設計與應用系統設計的緊密結合。同時其較豐富的用戶資源,確保了本系統具有可擴展性和可升級性,用戶完全可以根據需要定制不同的功能操作。
本文創新點:系統具有密碼控制,使得用戶必須有權限方可實現操作。同時采用基于SPI協議的EEPROM存儲用戶信息,用戶可以修改密碼等信息,保證系統的安全性。采用FPGA設計,Verilog HDL硬件描述語言描述的硬件控制器,摒棄了傳統設計的不可更改,可根據需要設計相應的硬件控制器,非常方便用戶在日后使用中的升級與自配置。
參考文獻
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[2] 劉恩科 朱秉升 半導體物理學 北京:電子工業出版社 2003.8
[3] Behzad Razavi 模擬CMOS集成電路設計 西安 西安交通大學出版社 2000.7
關鍵詞：視頻檢測PCI總線PPP協議
引言
隨著計算機視覺技術以及圖像處理技術的不斷發展，計算機視覺和視頻檢測技術已經廣泛應用于工業控制、智能交通、設備制造等很多領域。傳統的視頻檢測往往采用工控機作為其視頻處理器來實現其功能。這種方法往往由于工控機處理速度的問題，無法實現對各個不同方向同時進行視頻檢測，而且由于視頻檢測處理過程需要占用大量的處理時間，因而無法實現實時的遠程控制功能。
目前在遠程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系統的通信平臺得到普遍的引用，但是DOS操作系統作為單任務操作系統，無法實現多任務功能和實時處理的要求；而Windows操作系統作為視窗操作系統，其系統的穩定性和實時性也無法與實時多任務嵌入式操作相比擬。
本文提出一種以DSP作為視頻檢測處理芯片，以Linux為操作系統的嵌入式系統設計方法。
1系統結構
本系統的開發主要包括視頻檢測卡和x86通信平臺的設計2個部分。視頻檢測卡主要包括模擬圖像采集、轉換、DSP視頻檢測3個部分，每塊交換參數檢測卡擴充PCI總線接口，插在通信開發平臺的PCI總線插口上，通過PCI總線同通信平臺交換數據。通信平臺處理多塊交通參數檢測卡的通信問題，將視頻檢測卡通過PCI總線傳送過來的視頻檢測數據實時通過網絡傳送給控制中心。系統的功能方框圖如圖1所示。
根據系統設計要求，視頻檢測卡功能主要分為：模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉換、數據緩存以及DSP視頻檢測5個部分。視頻檢測卡流程如圖2所示。
本系統采用Philips公司的SAA7111A來實現模擬圖像A/D轉換。該芯片可實現多路選通、鎖相與時序、時鐘產生與測試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式：YUV4：1：1（12bit）、YUV4：2：2（16bit）、YUV4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同，可以通過CPLD進行邏輯控制FIFO來完成數據緩存的功能。
DSP是實時信號處理的核心。本系統采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點系列，C6211在這個系列中是性價比最高的一種。C6211處理器由3個主要部分組成：CPU內核、存儲器和外設。集成外設包括EDMA控制器、外存儲器接口（EMIF）、主機口（HPI）、多通道緩沖接口（McBSP）、定時器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時鐘發生器。通過EMIF接口擴充SDRAM，而PCI總線控制芯片的擴展通過HPI接口。
PCI總線的接口芯片PCI9050，主要包括PCI總線信號接口和本地總線（LOCALBUS）信號。在硬件設計時，只需將本地總線信號的接口通過電平轉換連接到DSP的HPI接口，同時擴展PCI接口就可以完成其硬件電路設計。
2通信開發平臺的嵌入式系統設計
通信開發平臺以x86為核心器件，擴充PCI總線，通過Modem撥號，實現x86與Internet的連接。
2.1PCI總線設備驅動
PCI設備有3種物理空間：配置空間、存儲器空間和I/O空間。配置空間是長度為256字節的一段連接空間，空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設備標識、供應商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標類型。其中供應商代碼用來標識設備供應商的代碼；設備標識用來標識某一特殊的設備；修改版本標識設備的版本號；分類代碼用來標識設備的種類；頭標類型用來標識頭類型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外，其它字段的值由供應商分配。
命令字段寄存器用來提供設備響應的控制命令字；狀態字段用來記錄PCI總線相關事件（詳細的命令控制和狀態讀取方法見參考文獻4）。
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設備的系統地址空間。在基地址寄存器中，bit0用來標識是存儲器空間還是I/O地址空間。基地址寄存器映射到存儲器空間時bit0為“0”，映射到I/O地址空間時bit0為“1”。基地址空間中其它一些內容用來表示PCI設備地址空間映射到系統空間的起始物理地址。地址空間大小通過向基地址寄存器寫全“1”，然后讀取其基地址的值來得到。
PCI設備的驅動過程主要包括下面幾個步驟。
首先，PCI設備的查找。在嵌入式操作系統中一般提供相應的API函數，在Linux操作系統中通過函數pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供應商代碼為PCI-ID，設備標識為PCI-DEVICE的第n(index+1)個設備，并且返回總線號和功能號，分別保存于bus和devfn中。
第2步，PCI設備的配置。通過操作系統提供的API函數訪問PCI設備的配置空間，配置PCI設備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等，這樣可以得到PCI的存儲器空間和I/O地址空閑映射，設備的中斷號等。在Linux操作系統中，訪問PCI設備配置空間的API函數有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等，它們分別完成對PCI設備配置空間的讀寫操作。
第3步，根據PCI設備的配置參數，對不同的設備編寫初始化程序、中斷服務程序以及對PCI設備存儲空間的訪問程序。
2.2遠程控制與通信鏈路的建立
與Internet連接的數據鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網的連接方式，廣泛應用于本地計算機的連接。通過Modem進行撥號連接的串行通信方式，可以實現遠距離的數據通信，下面詳細介紹串行通信接口協議方式。
串行通信協議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協議。SLIP和CSLIP提供一種簡單的通過串行通信實現IP數據報封裝方式，通過RS232串行接口和調試解調器接入Internet。但是這種簡單的連接方式有很多缺陷，如每一端無法知道對方IP地址；數據幀中沒有類型字段，也就是1條串行線路用于SLIP就不能同時使用其它協議；SLIP沒有在數據幀中加上檢驗和，當SLIP傳輸的報文被線路噪聲影響發生錯誤時，無法在數據鏈路層檢測出來，只能通過上層協議發現。
PPP（PointtoPointProtocal，點對點協議）修改了SLIP協議中的缺陷。PPP中包含3個部分：在串行鏈路上封裝IP數據報的方法；建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議（LCP）；不同網絡層協議的網絡控制協議（NCP）。PPP相對于SLIP來說具有很多優勢；支持循環冗余檢測、支持通信雙方進行IP地址動態協商、對TCP和IP報文進行壓縮、認證協議支持（CHAP和PAP）等。圖4為PPP數據幀的格式。
PPP的實現可以通過2個后臺任務來完成。協議控制任務和寫任務。協議控制任務控制各種PPP的控制協議，包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來處理連接的建立、連接方式的協商、連接用戶的認證以及連接中止。寫任務用來控制PPP設備的數據發送。數據報的發送過程，就是通過寫任務往串行接口設備寫數據的過程，當有數據報準備就緒，PPP驅動通過信號燈激活寫任務，使之完成對串行接口設備的數據發送過程。PPP接收端程序通過在串行通信設備驅動中加入“hook”程序來實現。在串行通信設備接收到1個數據之后，中行設備的中斷服務程序（ISR）調用PPP的ISR。當1個正確的PPP數據幀接收之后，PPP的ISR通過調度程序調用PPP輸入程序，然后PPP輸入程序從串行設備的數據緩存中將整個PPP數據幀讀出，根據PPP的數據幀規則進行處理，也就是分別放入IP輸入隊列或者協議控制任務的輸入隊列。
PPP現在已經廣泛為各種ISP（InternetSeverProvider）接受，而Linux操作系統下完全支持PPP協議。在Linux下網絡配置過程中，通過1個Modem建立與ISP的物理上的連接，然后在控制面板（ControlPanel）里面選擇NetowrksConfiguration。在接口（Interface）里面加入PPP設備，填入ISP電話號碼、用戶以及密碼，同時將本地IP和遠端IP設置為0.0.0.0，修改/ETC/PPP/OPTION，加上DEFAULTROUE，由ISP提供缺省路由，這樣就完成了設備的PPP數據鏈路設置過程，可以通過Internet實現遠程控制。
結束語
該設計方法已成功應用于智能交換系統的交通參數檢測系統中。在該系統中，采用4塊DSP視頻檢測卡實現4個不同路面區域的交通參數檢測，同時采用Linux作為通信平臺的操作系統；通過PPP協議建立與監控中心的連接，實現監控中心對各個視頻檢測卡的遠程控制。
關鍵詞 PLC技術；管道閥門；遠程控制系統
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）110-0000-00
隨著信息技術的快速發展，傳統的人工巡檢燃氣管道的閥門方式已經逐漸的不能夠適應生產發展的需要。通過使用遠程通信技術，可以對燃氣管道閥門現場采集必要的數據和進行控制，使用PLC技術將相應的信號轉接到遠程監控平臺中，最終實現對閥門的自動控制和故障處理。通過對燃氣管道閥門的遠程控制，可以有效的提高設備生產的自動化水平，促進企業的安全生產。
1燃氣管道閥門的遠程控制的意義
在燃氣管道中，由于其運輸距離比較大，如果采用手動閥門的方式，當管線在某段中出現故障需要進行切斷或者關閉是，需要操作人員到現場進行關斷。這樣不僅增加了事故的反應時間，同時也對管道的安全產生不良的影響。為了提高燃氣管道的運輸安全，對燃氣管道閥門進行全過程的監控成為了其中的重要措施。通過使用遠程控制系統，當管道出現安全故障報警的時候可以在監控系統中將閥門直接切斷，有效的降低了管道的切斷時間，通過了對事故的處理能力，通過了燃氣管道的可靠性和安全性。
隨著嵌入式計算的不斷發展，控制器的功能也越來越強大，其中具有網絡功能的嵌入式控制器在工業生產中得到了廣泛的應用，在管道的閥門控制是其中重要的內容。通過使用遠程控制系統能夠對管道閥門進行有效的調節，從而保障了生產的安全。結合嵌入式技術和無線網絡通信技術，基于對燃氣管道閥門控制的可靠性和遠程控制要求，通過設計并且實現具有遠程通信、雙電流信號冗余輸出以及具有自愈功能的閥門遠程控制系統，能夠有效的保證生產的可靠運行。無線通信技術能夠使控制器和監控系統進行通信，執行監控系統的命令并且對執行結果進行反饋。當閥門控制器同時輸出了2路相同的信號時，只要其中一路滿足關閉閥門的要求就能夠立即執行關閉操作，保證了控制系統的安全運行。系統還能夠自主的對網絡狀態進行診斷，當發現網絡發生中斷或者異常現象時，可以自主的呼叫上位機，直到網絡通信恢復為止。如果閥門控制器在比較長的時間內處于中斷或者異常狀態，系統將會自動重啟應用程序。
2燃氣管道閥門遠程控制系統的研究
在管道閥門的遠程控制系統中，常常利用計算機作為上位機，采用相關的通信協議，從而形成數據采集和監控系統，并且例如相關的通信方式和各閥門下位機進行PLC通信，然后將各個閥門站點的信息傳送到監控中心中，從而實現對閥門的遠程控制。其具體的工作過程是傳感器將檢測到的信號通過屏蔽電纜傳輸到A/D轉換模塊的輸入端，經過信號轉換后將相關的數據中傳輸到數據寄存器供PLC讀取。PLC將數據通過GPRS傳輸到監控中心中，從而完成一次對閥門數據采集。在遠程控制中由監控中心發出相關的指令，PLC接收到信號后通過輸出端口控制驅動裝置來控制閥門的關停。燃氣管道閥門遠程控制系統如下圖所示：
在上位機的設計中可以選擇技術比較成熟的設備，這樣可以通過系統的穩定性，降低系統的研發周期。上位機的軟件系統可以用VB語言來設計，從而方便實現需要的監控功能。上位機軟件系統包含了通信參數設定模塊、數據庫模塊、安全模塊以及閥門控制模塊等部分，上位機軟件系統不僅能夠實現對閥門的控制，而且還考慮到了數據庫操作和系統的安全。閥門控制模塊是上位機的核心，它可以使上位機對PLC控制裝置的遠程控制。
下位機的硬件系統包含了主控單元模塊、人機接口模塊、數據采集以及控制模塊、通信模塊等內容，其中主控單元模塊是下位機的核心，它是由PLC系統組成。數據采集和控制模塊是下位機控制系統的輸入和輸出部分，能夠完成對閥門的各種報警信號以及運行狀態進行采集，同時對閥門進行關停控制等。在數據采集模塊中，除了一般的采集狀態外，還包含了對電機過熱、電機缺相、緊急制動狀態的采集等，提高了下位機的監控能力。在下位機中不僅可以實現對閥門的遠程控制，而且還保留了現場控制功能，可以通過現場操作器來完成。在遠程控制系統的通信中，GPRS網絡由于覆蓋面比較廣泛，而且技術成熟、維護成本低、信號穩定等優點，因此可以在計算機和PLC之間進行無線通信，提高了信號的抗干擾能力。下位機的軟件系統主要是采集閥門的運行信號、控制閥門動作以及響應上位機的命令等，為了準確的對閥門進行控制避免虛假報警的情況，系統對輸入的信號都進行了數字濾波處理。下位機在對信號分析之后，根據相關的命令來控制閥門的關停動作。當上位機對下位機發出命令的時候，下位機就會進入到中斷程序。在這種情形下應當對現場進行保護，讀取中斷寄存器分析中斷的原因。如果是由于接收中斷引起的，那么應當置接數據標志并且讀取數據，然后釋放出緩存，最后恢復現場。
3 結論
在燃氣管道閥門的遠程控制系統設計中，通過例如先進的信息技術和控制技術，能夠使閥門控制系統準確的受到無線通信網絡的信號，從而實現監控系統的遠程控制，能夠實現對閥門的遠距離操作，有效的保證了生產的安全。同時在PLC程序中利用閥門的反饋信號，能夠實現系統的冗余保護。當發生網絡故障時閥門遠程控制系統能夠通過重啟的方式來恢復通信，保障了系統的可靠性。
關鍵詞：電力線載波技術；電話遠程控制；PIC單片機；雙音多頻
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)06-047-03
Design of Long-distance Intelligent Control System for Home-using Appliance Based
on Home-use Power Line Network and Program-Controlled Telephone Network
LI Xiaoguang，JIA Zhanling
(Henan Xuchang Electric Power Company，Xuchang，461000，China)
Abstract：This article studies the dual-tone multi-frequency transceiver MT8880 and power line carrier module PLC3K.It designs a long-distance intelligent control system for home-using appliance which is based on PIC16F874 MCU，existing home-use power line network and program-controlled telephone network.It has reliable and stable network.
Keywords：power line carrier technology；telephone long-distance control；PIC；dual-tone multi-frequency
智能家電遠程控制系統是一種利用網絡通訊技術、智能控制技術、電子技術等多種技術為一體的現代家電控制系統。智能家電遠程控制系統的出現可以減少人們對保姆的依賴，提高家用電器的使用靈活性，大大減少家用電器的使用對人們在時間上、空間上造成的束縛，從而提高人們的整體生活水平。總而言之，智能家電遠程控制是未來家電發展的必然趨勢。
1 系統的總體結構
(1) 電話智能遙控電路由PIC16F874單片機構成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并發送給各電器控制子站；接口電路提供單片機與電話外線的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別以及語音提示電路。
(2) 遠程通訊網絡的選擇
要實現智能家電的遠程控制，最關鍵的是通訊技術。如今，GSM，GPRS，CDMA，程控電話網，計算機網絡都可以實現遠距離的數據通訊。從網絡的覆蓋范圍，通訊產品的普及程度和移動性考慮，程控電話網絡具有諸多優點，技術成熟，通訊質量好、建設早、覆蓋面廣等。而且現在的GSM/CDMA也可以接入程控電話網，這樣智能家電的遠程控制既可以使用固定電話作為控制終端，還可以使用移動電話作為控制終端，人們可以隨時隨地使用手上的電話，對家電實現控制。雖然GPRS/計算機網絡具有通訊成本低的優點，但是考慮到目前其網絡覆蓋面還不夠廣、通訊終端成本太高等因素，本文選擇了程控電話網作為家電遠程控制的通訊網絡。
(3) 家庭控制網絡的選擇
現代家庭有多種家用電器，分布于一套房子的各個角落。要實現家電的遠程控制，必須建立一個小型的控制網絡來集中進行控制。為了避免重新布線和破壞已有的家庭裝修，選擇電力線將各個家用電器控制子站與控制中心連接，利用電力線載波通訊實現子站與控制中心的連接。
2 硬件電路的設計
2.1 PIC16F874主控單片機
這是一個高性能精簡指令集的CPU；只有35條單字指令；多達8 k×14 Word可重復多次的FLASH程序存儲器，多達368 B的數據存儲器(RAM)，256 B E2PROM數據存儲器；中斷源多達8個；8級深度硬件堆棧；具有上電復位；具有電源上升定時器和振蕩器；起振定時器；自帶RC振蕩器的開門狗定時器；工作電壓范圍寬2.0～5.5 V；功耗低：
2.2 電力線載波通信模塊
PLC3K是一款嵌入式的通用高性能電力線載波通信調制/解調器模塊(電力線載波模塊、電力線 MODEM)。他是上海晨泉電子科技有限公司全力打造的專業電力線載波通信產品，其核心是一塊專用電力載波通信 SoC 芯片；同時配合晨泉科技為適應電力線傳輸介質特性而專門研發的通訊編碼/糾錯算法，使得該系列產品具有通信速率高，抗噪聲干擾能力強，傳輸距離遠及可靠性高等特點，是專門為適應中國電力線傳輸應用環境而研發的高性能嵌入式電力線載波通訊模塊， 為各種電力線通信應用提供理想的模塊化解決方案 。
PLC3K內置的 SoC 芯片具有 Intel 8051 指令兼容的微處理器(MCU)，并固化了完整的電力線通信固件和協議。該模塊提供 UART異步串行通信接口，用于數據交換及模塊控制。用戶無需進行電力線通信低層軟件編程，只需遵照異步串行通信接口協議，即可通過電力線實現數據的發送和接收。PLC3K還內置MCU的在線編程接口，用戶可根據應用需要修改或取代內置固件。
PLC3K電力載波調制/解調器采用12 V/5 V供電，具有 TTL 電平的 UART 接口，可以直接與用戶目標系統的微處理器(MCU)的 RXD，TXD 相連收 /發數據，也可以直接與單片機連接；該模塊具有4種通訊速率可供選擇： 1 200 b/s，2 400 b/s，4 800 b/s，9 600 b/s。該模塊提供半雙工通信功能，可以在 220/110 VAC，50/60 Hz 電力線上實現局域通信。在同一臺配電變壓器下，多個PLC3K 模塊可以連接在同一條電力線上： 在主從通信模式下，模塊分別單獨工作，不會相互影響。
2.3 DTMF收發模塊
雙音多頻(Dual Tone Multi-Frequency)是指用2個特定的單音頻信號的組合表示數字和功能。通常國際上采用697，770，852，941，1 209，1 336，1 477，1 633 Hz八種頻率，分成高次群1 209，1 336，1 477，1 633和低次群697，770，852，941。從高次群和低次群中任意各抽出1種頻率進行組合，共有16種組合，代表電話機數字按鍵的{ 0～9，A，B，C，D，*，# } 16種字符，普通電話機不包括A～D。
MT8880是一個帶有呼叫處理濾波器(call progress filter)的單片DTMF收發器，他采用MITEL公司的ISO2-CMOS工藝制造，功耗低、可靠性高。MT8880中的DTMF收號器是基于單片收號器MT8870工業標準，16個DTMF信號能全部接收到。DTMF發送器采用開關電容D/A變換器，具有信號失真小、精度高，定時精確等優點。MT8880有2種工作模式：DTMF模式和呼叫處理(CP)模式。當選擇了呼叫處理模式時，MT8880就用于檢測電話網上電話呼叫過程中表示不同進程的信號音(主要是撥號音，撥號音的標準頻率為350 Hz或440 Hz)，可以進行撥號音識別。這是目前其他DTMF芯片所不具備的，這樣便可以省去一套復雜的撥號音識別電路。
當MT8880作為DTMF接收器時，DTMF信號經由IN+和IN-輸入，經過運算放大濾除信號中的撥號音頻率，然后發送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號，通過數字計數的方式檢出DTMF信號的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進制碼。4位二進制編碼被鎖存在接收數據寄存器中，此時狀態寄存器中的延時控制識別位復位，狀態寄存器中的接收數據寄存器滿標識位置位，對外而言，當寄存器中的延時控制識別位復位時，IRQCP由高電平變為低電平。如果用IRQCP作為單片機的中斷信號，IRQL由高電平變為低電平，向CPU發出中斷請求，當CPU響應中斷，讀出寄存器中的數據后，IRQ返回高電平。MT8880芯片引腳圖如圖2所示。
IN+：運放輸入；IN-：運放輸入；GS：Gain Select，運放輸出端；Vref：參考電壓；Vss：電源負極；OSC1：DTMF時鐘/振蕩器輸入，采用3.579 545 MHz的時鐘；OSC2：時鐘輸出；R/W：讀寫控制；CS：片選；RS0：寄存器選擇；Ф2：系統時鐘輸入，TTL電平；IRQ / CP：中斷請求/呼叫處理，向MCU的中斷申請。當選擇了呼叫處理模式時，輸入信號線上有呼叫信號時輸出與之相應的方波信號；D0～D3：數據線；Est：Early steering output，滯后前輸出。當檢測到有效音頻對時，(也稱信號條件Signal condition )，就變為高電平，信號條件不滿足時又立刻返回低電平。此引腳上為高電平不一定表示有DTMF信號，話音信號也會偶然產生有效音頻對；St/Gt：Steering Output/ Guard Time output，滯后輸出/保護后輸出。當電壓高于VTST 時，就保存檢測到的音頻對，同時更新輸出鎖存器的內容。當電壓低于VTST時，芯片就可以重新接收新的音頻對，對Gt的輸出對滯后時間常數(steering timeconstant)有影響，他的狀態是Est和加到St的電壓的函數；VCC：電源正極。
2.4 語音電路模塊
本模塊采用美國ISD公司的新品ISD4004系列的錄放芯片，與單片機構成。該芯片聲音錄放采用ChipCorder專利技術，即無需A/D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉換誤差，在一個記錄位(BIT)可存儲250級聲音信號，相當于通常的A/D記錄的8倍。片內集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制、抗混迭濾波器、平滑濾波器等，只需很少的器件，就可以構成一個完整的聲音錄放場。
3 系統軟件設計
本裝置并聯于電話機的一端，不會影響到電話機的正常使用。用戶通過另外的固定電話或移動電話撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發出振鈴信號。本裝置如果檢測到振鈴5次，即5次響鈴后無人接聽，自動摘機，進入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關控制電器，完成后掛機返回。
4 結 語
該文所研究的遠程控制系統在實驗室環境下獲得了良好的效果。電力線載波通訊構建的家庭控制網絡和電話網遠程控制網運行可靠穩定。本文所做的研究僅作為一次有效的探索，要開發更多功能、更實用的系統，還需要不斷地摸索和實踐。相信隨著技術的進步和人們生活水平的提高，家電遠程控制系統乃至智能家電系統將得到大力發展。
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GPRS簡介
GPRS(General Packet RadioService)是通用分組無線業務的縮寫，是介于第二代和第三代網絡之間的一種技術，因為它是一個混合體，采用TDMA方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數據，通常稱為2.5G。GPRS具有如下一些突出的優點，如資源利用率高、傳輸速率高、接入時間短、支持IP協議和X.25協議、無線接入、方便快捷、網絡覆蓋面廣等。
系統設計
1 系統總體設計
由圖1可知，分布于各地的廣告牌，現場的接收控制單元借助于GPRS網接入Internet，與控制中心之間實現遠程數據傳輸的示意圖。在圖1中，各接收控制單元一方面負責對廣告牌的顯示內容控制，另一方面又可以作為遠程終端(從站)隨時通過GPRS Modem上網與控制中心(服務器)建立起用于傳輸數據的TCP/IP鏈接，控制中心可以通過此TCP/IP鏈接發送命令或者數據給從站以修改各個接收控制單元中的數據，實現自動的遠程更新。
2 接收控制單元
如圖2所示，是安裝于廣告牌現場用于控制廣告牌的接收控制單元。該單元的核心是一片ATMEL公司的AT89C52微控制器，芯片內含8KbFlash程序存儲器、一個RS232 TTL串行接口等。通過AT89C52的P0、P2口擴展一片64Kb的FLASH存儲器用于存儲控制數據，其中低8Kb地址區與片內8Kb程序存儲區重疊不能占用，實際可用56Kb。通過地址譯碼器譯碼選通74LS273 8位鎖存器，可擴展若干靜態輸出口。CPU根據將數據分別送給對應的地址口，通過74LS273鎖存并驅動顯示部分進行廣告內容的顯示。
3 GPRS網絡接口
GPRS Modem的結構如圖3所示。其內部結構包括：GPRS無線模塊和內嵌TCP/IP模塊和控制模塊。其中控制模塊的作用是通過AT命令初始化GPRS無線模塊，使之接入GPRS網并獲得動態IP地址，并與控制中心的服務器建立連接，并通過三線制的RS232 TTL接口與控制系統的串口相連，通過TCP/IP模塊實現接收控制單元和網絡數據的收發。接收控制單元對GPRS Modem的訪問分兩種模式，在傳送AT指令時，模塊進入透明模式，可以直接訪問無線模塊；在非透明模式下，接收控制單元從串口進入TCP/IP模塊后，先打成TCP/IP包發送給無線模塊，GPRS無線模塊將其封裝成分組數據包后傳送到GPRS網，再經Internet發送到中心服務器。
控制中心接入Internet通過GPRS網絡傳送到廣告牌現場的接收控制單元終端的數據，由GPRS Modem接收和解包以后通過RS232串行口送給單片機，經解析后，將新獲取的數據覆蓋到Flash中，從而達到內容更新的效果。
系統流程
系統主流程圖如圖4所示，GPRS模塊在完成系統初始化以后，主動和SERVER進行首次的資料交換。GPRS模塊用PPP的方式接入到Internet，因此先要完成PPP連接。PPP連接包括：LCP協商、PAP協商、IPCP協商，由于篇幅限制本文僅列出PAP協商流程圖即如圖4所示。
[關鍵詞]無線技術；智能家居；遠程控制；手機app；概述；過程
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0252-01
前言
智能家居系統讓您輕松享受生活。當你出門在外，您可以通過手機app來遠程遙控您的家居各智能系統，例如在回家的路上提前打開家中的空調和熱水器；到家開門時，借助門磁或紅外傳感器，系統會自動打開過道燈，同時打開電子門鎖，安防撤防，開啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來；在公司上班時，家里的情況還可以顯示在手機上，隨時查看……這樣的智能家居遠程控制系統或許是每個生活在快生活節奏的人夢寐以求的。基于無線技術的智能家居遠程控制系統，可以通過我們隨身攜帶的手機來進行遠程控制，只需要開發安裝一款app，那么這樣的生活就在眼前。在這樣的現實狀況面前，本文選擇從關于智能家居遠程控制概述以及利用手機app實現智能家居遠程控制過程兩個方面展開論文，就如何開發、利用以及實現這一控制系統和過程進行一番探究，為智能家居的研究和發展提供可行性的建議或意見。
一、關于智能家居遠程控制概述
智能家居是利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、醫療電子技術依照人體工程學原理，融合個性需求，將我們的家居生活的一切起居活動通過網絡化綜合智能控制和管理，實現家庭生活更加安全，節能，智能，便利和舒適，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。智能家居具有實用性便利性、可靠性、標準性以及方便性等特性。智能家居遠程控制，顧名思義，就是通過無線網絡技術，利用移動終端實現家居生活的遠距離集中控制。本文論述中的是一款通過手機app來遠程控制家中門衛系統、燈光系統、空調、熱水器等設備的開啟和關閉；從而實現出門在外時候對住房的實時控制和檢測。
二、利用手機app實現智能家居遠程控制過程
如何利用手機app來實現智能家居遠程控制過程。本文的論述中該手機系統利用各類家居傳感器來實現相應的功能。控制系統主要由：手機app遠程控制終端、控制單元、數據采集系統、執行器、檢測控制以及接口和電源部分組成。
通過利用手機app來實現遠程控制的基本原理是：首先手機app上面的系統控制器由通過接收遠端――住房內發送來的信號，通過轉換器進行信號轉換、解碼之后，再將這些處理后的信號傳輸給控制中心的單元集中一一處理。控制中心根據傳輸過來的信號進行處理后，根據具體的指令發出相應的處理信號，通過控制電路、執行器做出相應的反應。從信號的接收、指令發出以及信號的處理，這樣下來一個控制過程就完成了。由圖可知，系統主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元、控制電路、電源電路等組成。
智能家居遠程控制可以實現許多功能，真正意義上的實現智能家居，其功能如下圖分布：
從該功能分布系統圖中，我們可以看出：智能家居的控a制終端為手機app，通過在手機app上進行指令的編輯、發送給控制系統，從而驅動智能家居中的各個控制系統，根據需求調動控制系統，實現各個功能。系統的原理圖大概如上所述，而在手機app上程序的設計和開發上，軟件架構主要選用了操作系統，操作系統初步方案選定為u＼C-OS II 或者Free RTOS，然后在上面編寫相應的程序，通過操作系統，使得整體的硬件資源集成在一起，實現統一的調度，另外在該系統中選用GUI圖形界面，使得顯示可以更加的人性化，并且根據實際情況可以增加觸摸屏等功能。其指令操作軟件的主要流程如下圖所示：
手機app上復位初始化之后，然后不斷向控制模塊發出指令進行掃描查詢，當查詢到相應的信號后，手機app上的控制器變化對信號進行處理，然后根據信號的處理結果，發出是否啟動軟件。若啟動軟件之后，則app會根據手機上發出的控制命令，選擇相應的電器、控制電路和系統，進入系統控制菜單，打開相應的電器和系統，之后等待回應即可。整個利用手機app來實現智能家居遠程控制的系統原理、控制以及實現過程大概就是這樣。
結語
基于無線網絡技術的智能家居遠程控制無疑是未來家居生活發展的趨勢，也是日益增長的生活需求與社會經濟快速發展之下的必然產物。如何最大限度的利用好無線網絡技術，讓我們的智能家居遠程控制系統日臻完美，讓我們真正享受到智能家居的現代家居生活給我們帶來的便利是我們每個行業內工作者為之奮斗的目標。雖然當下的智能家居的遠程控制系統開發和建設初見規模，但是存在的問題和漏洞還是不容小視，這也就需要我們不斷的付出努力，進行更為深層次的分析和探究。
參考文獻
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煤礦采、掘裝備智能控制系統
華洋通信科技股份有限公司依托國家863計劃主題項目、國家自然基金等科研成果，經過近3年的科技攻關，研發出煤礦采、掘裝備智能控制系統，實現井下掘進機、綜采工作面“三機”及相關配套設備的智能集中控制、協同工作、故障診斷、信息集成與綜合監控。
煤礦采、掘裝備智能控制系統及系列產品，是物聯網、大數據、智能控制和信息處理等一系列技術的高度集成，由井上/下高速傳輸、掘進機遠程控制系統、綜采工作面“三機”（采煤機、液壓支架及刮板運輸機）智能控制、工作面配套設備協同工作、3DVR虛擬現實及故障診斷等14個子系統和裝備，是基于物聯網的智能化控制技術在傳統煤炭開采中的創新性研究與應用。
本系統采用采煤機位置檢測、工作面自動取直技術與水平控制技術，還集成了液壓支架電液控制技術、信息系統以及自動化軟件平臺，不僅實現了遠程智能機械化與自動化采礦，大大提高了礦區的工作效率與管理效率，還能夠大量縮減采礦工作人員，大幅提高礦產安全程度，在國內同類產品中具有先進性及技術優勢。
針對地質條件簡單、煤層穩定的大中型煤礦，通過采用煤礦采、掘裝備智能控制系統及系列產品，應用液壓支架電液控制系統等，代替液壓支架手工操作閥、傳統采煤機刮板輸送機泵站控制系統等手動操作平臺，實現割煤、推溜、運輸等工藝過程智能化，可減少工作面作業人員50%以上。
系統主要技術特點
系統主要技術特點包括：掘進機、采煤機、電液控支架、刮板機的遠程“三機”協同控制；
實現掘進機、刮板機、破碎機、轉載機、皮帶機等機電裝備的工作面輸送裝備的遠程集控；
工作面視頻圖像全景拼接顯示和圖像跟隨采煤機位置自動切換顯示；
基于三維虛擬現實數字化平臺（3DVR）實現掘進機、采煤機、液壓支架、刮板輸送機的地面遠程監控；
分析設備運行數據，實現設備自動保護功能，減少故障發生頻率，降低生產成本；
檢測采區環境變化，預警事故隱患，危險情況發生時能夠自動停止設備工作，保障人員安全；
統計設備運行時間，為設備檢修提供可靠依據，同時能夠分析設備開機率及停機率，并確定設備停機原因，保證系統安全可靠運行。
系統組成與原理
掘進機遠程控制系統
掘進裝備智能控制系統以掘進機遠程監測和控制的關鍵技術為核心，掘進機工作環境惡劣、照明嚴重不足，對于掘進導向系統的限制條件很多。環境中的塵埃使得無法使用視覺導航定位；巷道無法使用全球定位系統，所以比較適用非視覺傳感器定位技術。系統采用電子測距和測角技術，建立掘進機位姿自動測量及定向糾偏控制平臺，實現掘進機位姿測量和定向糾偏。
掘進機自動控制系統的控制方式有本機手動控制、無線遙控、遠程遙控。其中本機手動控制為司機直接操作控制手柄，通過操作手柄直接控制換向閥，驅動各工作油缸及液壓馬達動作，實現掘進作業。無線遙控系統由司機操作遙控發射器在掘進機附近控制掘進機。遠程控制系統由司機操作工業控制計算機，計算機通過CAN總線以及以太網與機載控制器通訊，實現掘進機的遠程操作。
掘進機綜合控制器如圖1所示。
遠程控制系統采用基于PC104的嵌入式隔爆計算機，其操作系統采用實時性較高的Linux操作系統，計算機通過CAN總線以及以太網與機載控制器通訊，匯集存入來自掘進機控制器采集和傳來的數據，以及機載耐震低可視攝像系統傳來的圖像信號，隨時顯示這些數據參數和圖像，監視掘進機的工況和動作狀態。掘進機遠程控制系統組成如圖2。
綜采工作面遠程控制系統
根據綜采工作面生產系統特征，結合煤礦開采工藝過程，建立多源復雜異構數據無縫信息交互模型。通過采煤機工作狀態參數在線監測、控制、信號傳輸及可視化技術的整合，開發采煤機機載控制系統、采煤機順槽監控系統、采煤機地面遠程監控系統 ，實現采煤機的遠程可視化控制與監測，如圖3所示。
綜采工作面遠程控制系統的核心是工作面“三機”協同控制，工作面“三機”協同控制策略的基本思想：按照采煤機行走割煤、液壓支架移架支護、推溜三個設備動作，設計綜采工作的循環協同控制步驟：割煤、裝煤、運煤、移架、推移刮板輸送機槽（推溜）、推移刮板輸送機。
綜采工作面遠程控制系統采用信息與通信技術、控制技術，開發新設備和集成控制軟件，實現液壓支架、采煤機、三機、乳化液泵站等單機及其現有控制系統有機結合，利用壓力、傾角、行程、負荷、視頻等各種傳感器實現采掘工作面工況、設備狀態等信息的感知，采用同一監控平臺實現集視頻、語音、遠程集中控制為一體的綜采工作面數字化集成控制系統，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監控中心，實現在順槽監控中心對綜采設備進行遠程操作，達到工作面“無人”或少人開采的目的。
推廣應用價值
井下采倔工作面地質條件復雜，環境惡劣，自然災害多，礦山生產過程受水、瓦斯、火、粉塵、頂板等多種客觀因素的制約，安全形勢依然嚴峻，嚴重影響礦山生產和人身安全。特別是近年安全事故頻發，安全管理工作做得好壞直接影響采礦工業的健康持續發展。
煤礦采、掘裝備智能控制系統將井下工作面設備（采煤機、刮板機、液壓支架等）以及相關輔助設備的工況數據實時傳輸到同一監控平臺內，通過在順槽安放的井下主機對設備進行集成顯示及遠程協同控制。集控系統具備設備參數顯示、遠程控制、故障信息報警等功能，所有數據匯總至同一平臺內，使工作面設備有機地結合在一起，同時通過礦井工業以太環網實現信息傳輸，能夠在地面完成數據顯示、分析及遠程監控，具備視頻圖像全景拼接顯示和3DVR虛擬現實功能，提高礦山生產效率。為企業提供高效、即時的信息監控，有效防控事故隱患，通過智能化設備與先進系統的引入，經網絡傳輸至地上主機，便于企業即時發現設備與生產過程中的異常，即時調整改善，實現智能化管理與高效率安全生產。
關鍵詞:UDS1100;嵌入式WEB服務器; 遠程控制;PLC;通信
中圖分類號:TP391文獻標識碼 A文章編號:1009-3044(2010)16-4443-03
The Design of Remote PLC Control System Based on Embed Web Server
XU Shu-pin, LIANG Chen-yan
(School of Computer Science and Engineering, Xi'an Technological University, Xi'an 710032, China)
Abstract: Though introduced the Lantronix Company's UDS1100 WEB embed server achieved to communication with OMRON PLC, Discussed CGI disposal procedure of embedded WEB server and the preparation of serial communication messages, Combined HTML language with WEB technology has designed a set of remote PLC control system based on embed WEB server, This method introduces the embed server, reduced the costs, safe, reliable, proposed one new method for the long-distance PLC control.
Key words: UDS1100; embed web server; remote control; PLC; communication
隨著Internet的發展和技術的革新,遠程控制不在是指在局域網中的遠程控制而言,而是指在互聯網中的遠程控制。但是傳統的遠程控制系統卻存在著相應的弊端和不足,如體積龐大,代價成本高,然而在實際中迫切的需要系統體積小,成本低,這就需要新的技術和方案來解決這一問題。隨著WEB技術和嵌入式服務器被引入INTERNET中這一問題得解決,PLC由于其可靠性高,抗干擾能力強,操作簡單被大量的應用于控制領域中,將嵌入式WEB服務器應用于PLC控制系統中,從而實現了對現場設備的實時、可靠控制。
1 系統的體系結構
系統主要由遠程控制端,INTERNET,嵌入式WEB服務器,PLC 構成。位于遠程控制端的用戶通過客戶機上的與INTERNER相連接的標準IE瀏覽器訪問嵌入式WEB服務器,嵌入式WEB服務器與PLC之間通過串口通信從而實現對現場設備的控制。
系統中嵌入式WEB服務器作為一個中間樞紐對系統的設計起到了一個關鍵作用,系統中采用的嵌入式WEB服務器是美國Lantronix公司生產的UDS1100,UDS是一種簡單、廉價的嵌入式服務器,具有16為CPU,256kb內存,2MB Flash存儲器支持多種協議如TCP,UDP,HTTP等,其上有一個全球唯一的硬件地址,在接入INTERNET時必須給其分配一個IP地址才可以進行使用,UDS1100將所有串口來的數據自動封裝為TCP或UDP然后在網絡上傳輸,同理也可以將網口接收到的TCP或者 UDP包自動拆封為數據發往串口,從而實現串口與網絡信號之間的轉換,UDS內置了WEB服務器,支持CGI編程,通過編寫相應的CGI程序,從而實現了對系統的控制。
2 系統的工作原理
系統中遠程控制端的用戶在與Internet相連接的瀏覽器中輸入嵌入式WEB服務器的地址登陸控制頁面向下位機的PLC發送控制指令,嵌入式WEB服務器收到控制指令后進行處理將其轉換為PLC可以識別的消息,這一過程需要進行一系列的操作,首先嵌入式WEB服務器會啟動WEB SERVER進行服務器端的監聽,如果收到遠程控制端發送來的監控狀態HTTP請求時,將分析瀏覽器請求的資源,如果請求資源是一個CGI程序則對其進行處理,然后通過串口通信組件實現數據處理,完成通信,并將處理結果以動態頁面的形式返回給客戶端其工作原理圖如圖2所示。
2.1 嵌入式WEB服務器中CGI處理程序
Common Gate Interface簡稱 CGI是運行在服務器端的一段小程序,提供同客戶端 HTML頁面的接口。客戶端的用戶通過瀏覽器完成一定輸入工作向服務器發出HTTP請求(稱為CGI請求),服務器端接收到該請求后,進行相應的處理,然后啟動URL指向的CGI。絕大多數的CGI主要用來處理表單提交的信息,請求提交有get、 post兩種方式, 對于同一項請求提交方式不同所指派的CGI處理則不同,當瀏覽器端收到用戶請求URL時,CGI組件以HTML形式向WEB服務器提交結果數據。以用戶登錄為例,用戶在Login,html登錄頁面,通過post 方式將請求提交給實現登錄的Login.cgi頁面處理,登錄頁面的CGI程序部分代碼如下:
…
int login(WCT *w, char *file, char *hdr)
{
char name[9] ;
char password[7] ;
char role[2] ;
char cname[25];
BYTE * fbuf;
…
if( strlen(name)== 0 || strlen(password) == 0 )
plogerr( "請輸入用戶名和口令" );
else
{
if( !chkpwd(* role, name, password ) ) plogerr("登錄驗證失敗") ;
elsepok(name,role) ;
}
…
}
void pok(char * name, char * role){
pcookie(name, role);
phead("成功登錄");
printf("\r");
pbody();
printf("\r");
printf("登錄成功,自動轉入遠程控制 頁面\r") ;
printf("\r");
pfoot();
2.2 嵌入式WEB服務器串口消息的編寫
嵌入式WEB服務器UDS1100和PLC之間通信時,用戶在瀏覽器端之所以可以看到動態的交互頁面是靠UDS1100中的開發的CGI來實現的,UDS1100上的CGI組件式基于其所提供的CPK API開發的。CPK應用于COBOS 操作系統下的開發,CGI僅僅提供了動態的網頁交互信息,這些信息是通過串口發送過來的,要實現與PLC之間的通信,這樣就需要開發一系列的串口通信組件,UDS1100提供了一套基于C的函數庫,里面定義了串口消息中所指定的各條控制命令,只需要設計相應的函數即可實現數據的發送與介紹,從而大大降低了開發難度,串口通信消息的函數設計如下:
int getplcinf (PLC*p )
//獲取可編程控制器的當前信息,PLC為存放可編程控制器當前信息的結構體
Char command(BYTE*)
//控制可編程控制器執行命令
3 PLC通信協議編寫
本系統選用的PLC為 OMORN通信協議的編寫也是基于OMORN通信協議而編寫的。
在進行通信時必須定義初始化串口在進行通信的時候要將PLC、UDS1100的串口進行相應設置數據幀進行定義,設置參數如表1。
上位機和下位機的通信如圖3,所以要編寫響應的命令和相應幀。
在通信中串口消息的主體是一系列的控制命令,上位機部分首先發出命令,并啟用通信,下位機收到命令后加以執行,并將執行結果返回給遠程控制器端得的用戶,通信時數據以幀為單位發送和接收,上位機和下位機之間的命令幀和響應幀格式設計如表2、表3:
表2 命令幀 表3 響應幀
STX表示消息起始標注,ETX表示消息結束標注,命令幀由字符STX、命令碼、數據、字符ETX五部分組成,響應幀一般由STX、數據、字符ETX和消息校驗碼四部分組成,字符STX和ETX分別為數據幀的起始標志和結束標志;Data為消息正文,包含向控制器發送的控制命令以及控制器返回的數據。
5 結論
嵌入式設備以其體積小、價格方便、性能穩定等特點成為遠程監控系統的主流方向。本文主要論述了嵌入式WEB服務器在遠程PLC控制系統中的應用,在傳統的PLC控制系統中引入嵌入式WEB服務器,實現了實時、方便的遠程控制,用戶只需輸入嵌入式WEB服務器的地址即可控制PLC。本系統的研究與實驗對遠程控制系統具有一定的參考價值。
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