以太網遠程監控系統實現遠程監測控制和管理技術設計開發

　　LwIP中需要使用信號量通信，所以在sys_arch.h、sys_arch.c中應實現信號量結構體sys_sem_t，和相關的信號量處理函數：包括創建一個信號量結構sys_sem_new（），釋放一個信號量結構sys_sem_free（），發送信號量sys_sem_signal（），請求信號量sys_arch_sem_wait（）。

　　LwIP使用消息隊列來緩沖、傳遞數據報文，因此要在sys_arch.h、sys_arch.c中實現消息隊列結構體sys_mbox_t，以及相應的操作函數：包括創建一個消息隊列sys_mbox_new（），釋放一個消息隊列sys_mbox_free（），向消息隊列發送消息sys_mbox_post（），從消息隊列中獲取消息sys_arch_mbox_fetch（）。

　　LwIP中每個與外界網絡連接的線程都有自己的timeout屬性，即等待超時時間，移植工作需要實現sys_arch_timeouts（）函數，返回當前正處于運行態的線程所對應的timeout隊列指針。

　　LwIP中網絡數據的處理需要線程來操作，所以需要實現創建新線程函數sys_thread_new（）。而在μC/OS-Ⅱ中，沒有線程的概念，只有任務。因此必須要把創建新任務的函數OSTaskCreate（）封裝一下，才可以實現sys_thread_new（）。

　　（3） 相關庫函數的實現

　　LwIP協議棧中用到了8個外部函數，主要是來完成16位數據的高低字節交換、32位數據的大小頭對調、返回字符串長度、字符串比較、內存數據塊拷貝、指定長度的數據塊清零等功能，與系統或編譯器有關，需要用戶實現。

　　（4） 網絡設備驅動程序

　　在LwIP中可以有多個網絡接口，每個網絡接口都對應了一個netif結構，這個netif包含了相應網絡接口的屬性、收發函數。在網絡設備驅動程序中主要就是實現四個網絡接口函數：網卡初始化、網卡接收數據、網卡發送數據以及網卡中斷處理函數。

　　3.2 PC機上客戶端程序的設計

　　VC++6.0環境下客戶端程序實現包括以下幾個部分：

　　（1） 建立客戶端的Socket：客戶端應用程序首先構造一個CAsyncSocket[7]對象CltSock，然后調用CltSock.Create（）函數來建立CltSock實體。

　　（2） 提出連接請求：客戶端套接字CltSock通過調用CltSock.Connect（strAddr,nPort）函數向服務器套接字提出連接請求。

　　（3） 傳輸數據：在客戶端應用程序中重載消息處理函數OnReceive（）和OnSend（）。在OnReceive（）中通過調用CltSock.Receive（）函數從服務器端接收數據;在OnSend（）中通過調用CltSock.Send（）函數向服務器端發送數據。

　　（4） 關閉連接：客戶端套接字CltSock通過調用CltSock.Close（）函數來關閉連接。

4 遠程液位監控應用程序的開發

　　本文設計完成的基于以太網的遠程液位繼電自整定PID控制系統，其控制算法在遠端主機（客戶機）上實現，兩端通過TCP協議通信，本地的嵌入式系統 （服務器）上一方面實現對網絡數據的處理，一方面完成對液位高度的采集與控制;遠端PC機上一方面處理網絡上的實時數據，一方面通過PID計算出控制量，顯示相關參數。實時液位變化狀況如圖2所示，從圖中可以看出，實際液位（紅色曲線）能夠穩定在液位設定值（藍色曲線）處。同時，從用戶界面上既可以讀出液位高度值，PID自整定參數等，還可以改變液位高度設定值，從而真正實現了液位對象的遠程監控。

圖2 遠程液位繼電自整定PID控制效果圖

　　本文設計解決了在嵌入式系統中實現網絡功能的問題，引入并實現了一種新的設計方案，即采用三星ARM7處理器S3C44B0X+Realtek的10M網卡RTL8019AS硬件組合，通過在μC/OS-Ⅱ操作系統內核的支持下，添加嵌入式TCP/IP協議棧LwIP，來實現網絡通信的功能，與PC機客戶端的Socket通信，在此基礎上開發了基于以太網的遠程液位監控系統，達到了良好的控制效果。可以看出，這類系統在遠程監控中的具有良好的應用前景。

　　本文作者創新點:本文將嵌入式網絡技術引入到工業過程遠程監控領域，提出了自己的設計方案，并成功開發了一個遠程液位監控系統。