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基于Internet的嵌入式远程监控网络技术的研究与实现

作　者: 刘向明
导　师: 方建安
学　校: 东华大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 嵌入式 Internet 远程监控网络 CAN总线 Linux 实时性
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着网络技术的发展,Internet已经渗透大众生活和工业生产的方方面面.互联网在经历过“大型主机”、“服务器和PC”和“手机和移动互联网终端”为载体的三个发展阶段后,将逐步迈向以嵌入式设备为载体的第四个阶段。而嵌入式设备具有体积小、实时性好、可靠性高、功能完善等特点。面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口,针对外部联网要求,嵌入式设备必须配有通信接口,相应需要TCP/IP协议簇软件支持。因此嵌入式设备和Internet的结合成为了一种必然趋势,本文正是在此大背景之下所做的研究。远程监控是指本地计算机以web作为通信平台对远端的计算机或设备进行监测和控制。本课题是将Internet与嵌入式设备结合,使用本地计算机通过Internet对现场嵌入式设备及下位机进行远程监控。设计并实现了一个比较完整的网络化监控系统。该系统以步进电机为被控对象,以片上系统AT89S52作为步进电机的控制芯片,通过CAN通信与现场嵌入式系统链接,PC机通过Internet来访问嵌入式系统,对被控对象进行监测与控制。全文的主要研究内容和创新点如下：1.基于Interent的嵌入式远程监控网络的总体架构设计。基于Interenet的嵌入式远程监控网络系统分为三大主体,即监控端(PC机)、主控端和执行端。其中监控端是与主控端之间通过Interent进行通信,主控端与现场执行端之间通过CAN总线进行通信。系统的整体框架为：监控端←Internet→主控端←CAN总线→现场执行端2.基于Internet的嵌入式远程监控网络的主控端设计。主控端是基于Internet的嵌入式远程监控网络承上启下的部分,是基于S3C2440A来实现的,包括硬件和软件设计。主控端硬件设计主要包括电源电路、复位电路、存储器等外围电路。主控端软件设计实现了linux平台下具有Internet和CAN双向收发能力的软件。主控端通过Internet通信接收监控端的指令转发执行端或通过CAN总线接收执行端的信息转发监控端。因此,主控端实现了Internet和CAN两种通信的对接,是整个系统的纽带。3.基于Internet的嵌入式远程监控网络的执行端设计。执行端设计实现了基于CAN通信的步进电机与旋转编码器的控制系统,该系统通过CAN通信接收控制指令和发送运行状态,包括硬件和软件设计。硬件设计利用AT89S52单片机、旋转编码器和光电耦合器来实现MCU对步进电机的控制；软件设计通过定时器中断和比较器中断等实现了CAN接收函数,CAN发送函数和步进电机的控制函数。4.CAN和RS-232协议转化器设计。该协议转换器实现了CAN通信协议和RS-232协议的转换,实现不具备CAN总线接口的设备可以直接挂接到总线网络上,实现资源的重复利用。利用AT89S52单片机、SJA1000和PCA82C250构成硬件电路；软件实现CAN中断接收、CAN发送、串行中断接收和串行发送等子函数。5.CAN总线网络实时性研究。提出了基于动态优先级调度算法来改进CAN总线网络的实时性。首先通过肯达尔模型计算出CAN网络数据帧丢失概率、网络阻塞概率和单个数据帧的等待时间与网络负载的关系,然后提出动态优先级调度算法,并通过仿真分析与标准CAN调度算法进行比较,动态优先级调度算法能明显改善CAN网络的实时性。

基于Internet的嵌入式远程监控网络技术的研究与实现

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