于悅 北京市育英學(xué)校

1 目的和意義

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，很多智能硬件產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。由于這些設(shè)備大多屬于日常消費(fèi)類產(chǎn)品，所以很容易更新?lián)Q代將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入其中。在工業(yè)控制領(lǐng)域，由于設(shè)備造價(jià)昂貴，更新?lián)Q代速度較慢，但工業(yè)控制領(lǐng)域中信息化需求又變得越來越高，所以對現(xiàn)有設(shè)備的信息化改造具有重要意義。其中將現(xiàn)有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理是一項(xiàng)比較關(guān)鍵的技術(shù)。基于現(xiàn)有設(shè)備大多采用各種串行總線（如CAN總線、RS485總線等）進(jìn)行管理和控制，本設(shè)計(jì)的主要工作就是將各類的串行總線數(shù)據(jù)進(jìn)行收集匯總，并通過web網(wǎng)頁界面進(jìn)行訪問控制。從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的遠(yuǎn)程登錄管理。

2 設(shè)計(jì)思路

要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的遠(yuǎn)程管理需要解決三個(gè)問題。

2.1 設(shè)備小型化及成本問題。因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)備多種多樣，所以本設(shè)計(jì)需滿足各種場景的使用，將設(shè)計(jì)小型化，降低功耗能極大的提高設(shè)計(jì)應(yīng)用的靈活性。所以設(shè)計(jì)中采用ARM芯片做為主控芯片，設(shè)計(jì)靈活且功耗低，且在很多惡劣環(huán)境下可以穩(wěn)定工作。

2.2 數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換問題。設(shè)計(jì)中需選用具有豐富串行接口的芯片，以滿足各種設(shè)備的接入需求。

2.3 設(shè)備管理軟件開發(fā)問題。由于每種設(shè)備的監(jiān)控管理都是不同的，有些管理可能會(huì)較為復(fù)雜。要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的管理的升級(jí)，光實(shí)現(xiàn)設(shè)備硬件接口的升級(jí)的現(xiàn)實(shí)意義不大。所以本設(shè)計(jì)中在設(shè)備端實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器，針對不同的設(shè)備可以很容易的通過簡單的web開發(fā)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控和管理。

3 設(shè)計(jì)過程

設(shè)計(jì)分為裝置硬件設(shè)計(jì)、裝置軟件設(shè)計(jì)、上位機(jī)web頁面設(shè)計(jì)三部分。

硬件設(shè)計(jì)是在stm32f103vet6芯片最小系統(tǒng)的典型電路上完成的，在此基礎(chǔ)上加入四種外圍串行接口。通信接口的硬件框圖入圖一所示。MCU（微控制單元）外接ENC28J60、MAX485、MAX232、TJA1050四種芯片分別實(shí)現(xiàn)百兆網(wǎng)口、RS485、RS232、CAN四種通信接口。

圖1 通信接口硬件框圖

由于要在裝置中實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器的應(yīng)用，所以需要在硬件平臺(tái)上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)μCOSⅡ，并移植LWIP協(xié)議棧。圖二為系統(tǒng)軟件分層框圖。

圖2 軟件分層框圖

設(shè)計(jì)中上位機(jī)應(yīng)用利用html5進(jìn)行簡單開發(fā)頁面，設(shè)計(jì)出滿足功能需求的網(wǎng)頁。

為驗(yàn)證串行總線轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)裝置的設(shè)計(jì)效果，本次設(shè)計(jì)中制作了一個(gè)如圖三所示的功能驗(yàn)證系統(tǒng)對裝置功能進(jìn)行驗(yàn)證。在測試過程中，模擬設(shè)備的溫度、濕度、以及ADC采樣數(shù)據(jù)能夠按照WEB頁面的配置正確的采集到WEB頁面中顯示。由于是用WEB頁面進(jìn)行配置顯示，通過適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)配置，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，且在手機(jī)中也能實(shí)時(shí)查看設(shè)備信息。

圖3 功能驗(yàn)證系統(tǒng)

4 討論總結(jié)

基于web技術(shù)的串行總線設(shè)備管理裝置，在硬件功能上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)與多種串行總線接口的轉(zhuǎn)換。軟件上移植了LWIP協(xié)議棧使得設(shè)備能實(shí)現(xiàn)WEB服務(wù)功能，能靈活滿足各種設(shè)備的升級(jí)需求。在無需改動(dòng)硬件的情況下，通過軟件的升級(jí)，及WEB頁面的設(shè)計(jì)能方便的完成現(xiàn)有設(shè)備的監(jiān)測與控制。

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