以太网远程监控系统实现远程监测控制和管理技术设计开发

LwIP中需要使用信号量通信，所以在sys_arch.h、sys_arch.c中应实现信号量结构体sys_sem_t，和相关的信号量处理函数：包括创建一个信号量结构sys_sem_new（），释放一个信号量结构sys_sem_free（），发送信号量sys_sem_signal（），请求信号量sys_arch_sem_wait（）。

　　LwIP使用消息队列来缓冲、传递数据报文，因此要在sys_arch.h、sys_arch.c中实现消息队列结构体sys_mbox_t，以及相应的操作函数：包括创建一个消息队列sys_mbox_new（），释放一个消息队列sys_mbox_free（），向消息队列发送消息sys_mbox_post（），从消息队列中获取消息sys_arch_mbox_fetch（）。

　　LwIP中每个与外界网络连接的线程都有自己的timeout属性，即等待超时时间，移植工作需要实现sys_arch_timeouts（）函数，返回当前正处于运行态的线程所对应的timeout队列指针。

　　LwIP中网络数据的处理需要线程来操作，所以需要实现创建新线程函数sys_thread_new（）。而在μC/OS-Ⅱ中，没有线程的概念，只有任务。因此必须要把创建新任务的函数OSTaskCreate（）封装一下，才可以实现sys_thread_new（）。

　　（3） 相关库函数的实现

　　LwIP协议栈中用到了8个外部函数，主要是来完成16位数据的高低字节交换、32位数据的大小头对调、返回字符串长度、字符串比较、内存数据块拷贝、指定长度的数据块清零等功能，与系统或编译器有关，需要用户实现。

　　（4） 网络设备驱动程序

　　在LwIP中可以有多个网络接口，每个网络接口都对应了一个netif结构，这个netif包含了相应网络接口的属性、收发函数。在网络设备驱动程序中主要就是实现四个网络接口函数：网卡初始化、网卡接收数据、网卡发送数据以及网卡中断处理函数。

　　3.2 PC机上客户端程序的设计

　　VC++6.0环境下客户端程序实现包括以下几个部分：

　　（1） 建立客户端的Socket：客户端应用程序首先构造一个CAsyncSocket[7]对象CltSock，然后调用CltSock.Create（）函数来建立CltSock实体。

　　（2） 提出连接请求：客户端套接字CltSock通过调用CltSock.Connect（strAddr,nPort）函数向服务器套接字提出连接请求。

　　（3） 传输数据：在客户端应用程序中重载消息处理函数OnReceive（）和OnSend（）。在OnReceive（）中通过调用CltSock.Receive（）函数从服务器端接收数据;在OnSend（）中通过调用CltSock.Send（）函数向服务器端发送数据。

　　（4） 关闭连接：客户端套接字CltSock通过调用CltSock.Close（）函数来关闭连接。

4 远程液位监控应用程序的开发

　　本文设计完成的基于以太网的远程液位继电自整定PID控制系统，其控制算法在远端主机（客户机）上实现，两端通过TCP协议通信，本地的嵌入式系统 （服务器）上一方面实现对网络数据的处理，一方面完成对液位高度的采集与控制;远端PC机上一方面处理网络上的实时数据，一方面通过PID计算出控制量，显示相关参数。实时液位变化状况如图2所示，从图中可以看出，实际液位（红色曲线）能够稳定在液位设定值（蓝色曲线）处。同时，从用户界面上既可以读出液位高度值，PID自整定参数等，还可以改变液位高度设定值，从而真正实现了液位对象的远程监控。

图2 远程液位继电自整定PID控制效果图

本文设计解决了在嵌入式系统中实现网络功能的问题，引入并实现了一种新的设计方案，即采用三星ARM7处理器S3C44B0X+Realtek的10M网卡RTL8019AS硬件组合，通过在μC/OS-Ⅱ操作系统内核的支持下，添加嵌入式TCP/IP协议栈LwIP，来实现网络通信的功能，与PC机客户端的Socket通信，在此基础上开发了基于以太网的远程液位监控系统，达到了良好的控制效果。可以看出，这类系统在远程监控中的具有良好的应用前景。

　　本文作者创新点:本文将嵌入式网络技术引入到工业过程远程监控领域，提出了自己的设计方案，并成功开发了一个远程液位监控系统。