基于MCF52233的通用远程测控系统平台的研究
本文分析研究了远程测控系统的共性，建立了测控系统的一般模型，利用嵌入式以太网、Web服务器、硬件构件和软件可重用等技术，设计了一种面向测控领域的基于B/S与C/S相结合体系结构的通用软硬件平台。
1总体设计方案
1.1 一般测控系统的通用模型特点分析
基于通用设计思想的系统开发在设计思路上须遵循模块化、可二次开发性和平台化的设计原则。实际的应用系统需要处理的信号可能存在很大的差异，所以本文在系统总体设计过程中，分析了各种应用系统之间的共性，从现有的一般的测控系统中抽象出一个通用模型。
一个典型的嵌入式测控系统通常包括模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、数据通信模块[2]和MCU工作支撑电路。
实际模拟信号是物理世界的自然信号，需要通过传感器将其转换为电信号，然后由A/D转换接口将电信号转换为数字信号。由于传感器输出的电信号通常比较微弱，而且输出的信号类型各异，因此，需要相应的转换电路对其进行处理。实际开关信号一般来自开关类传感器或手动开关，需要开关量转换电路将实际开关信号转换至MCU可接受的电信号范围。
测控系统的执行机构，包括开关量控制和模拟量控制。开关量执行机构只有开和关两种状态。模拟量执行机构需要连续变化的模拟量控制，MCU通过D/A转换接口将数字量转换为模拟量输出控制。此外，由于MCU引脚的驱动能力在10 mA左右，不能直接控制这些执行机构，因此需要借助于相应的驱动电路来实现。
通信接口模块主要实现MCU与各外围模块或设备之间的通信，常用的通信方式有：UART、SPI、USB、以太网等。对于远程测控系统，通常采用以太网与远程主机进行通信。
通过分析，本文建立了如图1所示的一般测控系统的通用模型。
1.2 通用模型特点分析
完整的测控系统包括硬件和软件两部分。建立测控系统通用模型就是分别为软、硬件建立相应的通用模型。硬件模型体现在测控终端控制器的硬件设计上；软件模型根据所选择的体系结构不同而有所差别。但不论是哪一种体系结构，对软件的设计都是建立在硬件的基础之上，所以整个通用模型的建立首先且关键是对硬件通用模型的建立。
1.2.1 远程测控系统的硬件模型
远程测控系统的测量与控制在硬件上主要体现在位于现场的网络化测控终端对外界数据的采集以及控制量的输出，其中数据采集部分通常包括模拟量输入模块和开关量输入模块；控制输出部分通常包括模拟量输出模块和开关量输出模块。因此，通用模型的建立主要体现在对这四种输入输出模块的设计上。
本文通过提供业内比较通用的信号类型来达到通用的目的。对于使用这些信号接口的测控设备，可直接互连；对于使用其他信号接口的测控设备，只需要增加相应的信号转换电路即可互连。通过对多个具体测控系统的分析，采用了如下的硬件设计方案：
(1)模拟量输入接口，提供8路模拟量输入通道；考虑到市场上大多数传感器或变送器都提供0~5 V电压信号输出，另一方面由于A/D转换器通常以0~5 V电压信号输入，因此本文将模拟量输入接口设计为可直接处理0~5 V电压信号。另外为了便于给传感器或外接的转换电路供电，提供5 V和12 V电源接口。
(2)开关量输入接口，提供8路开关量输入通道，可直接处理12 V开关信号。对于其他类型的开关信号，需要外接转换电路。
(3)模拟量输出接口，提供8路模拟量输出通道，提供0~12 V电压信号输出，对于其他类型的模拟信号，需要外接相应的驱动电路。
(4)开关量输出接口，提供8路开关量输出通道；可直接输出12 V电压信号，也可通过更换继电器实现对其他电压信号的输出。
(5)通信接口，采用以太网作为传输媒介，与远程主机进行信息交互，从而实现远程测控功能；对于其他通信接口，由其他辅助模块决定。
(6)提供良好的人机交互接口。现场信息采用液晶显示；对受控设备的现场手动干预采用SDF-1通用型手持编程器实现，以避免为所有的输出接口配备相应的控制按钮。
(7)在进行具体的硬件设计时，融入硬件构件的设计思想，将各个硬件模块进行独立的封装，以提高硬件的可重用性[3]。
根据以上方案所设计的硬件模型如图2所示。
1.2.2 远程测控系统的软件模型
采用何种网络体系结构是开发网络软件时首当其冲考虑的问题。究竟是采用C/S模式还是B/S模式，或是两者兼有的混合模式，这就需要分析它们各自的特点，扬长避短，这样才能设计出最合适的网络结构。为了实现实时方便地访问任一台终端控制器，查看当前的监控信息，本文将终端控制器设计为一个嵌入式Web服务器。但是由于嵌入式系统资源很有限，无法实现对长时间历史记录的保存，因此必须借助于上位机的存储能力，将所有的历史记录转移到监控上位机保存。另一方面，B/S结构采用浏览器访问时，每次只能查看单个控制器的现场信息，无法实现集中监控和管理功能，而C/S结构的客户端软件可以很好地解决这个问题。因此，本文采用B/S与C/S相结合的体系结构，对于浏览器客户端采用HTTP协议与测控终端交互；对于监控平台软件客户端采用UDP协议进行通信。
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