网络化测控系统

网络化测控系统（精选9篇）

网络化测控系统 第1篇

时间统一系统[1]是整个测控系统的时序基础和周期标准,占有极其重要的地位。目前,远望号测量船[2]时统由时统站、B码终端、时间中断板三级组成。时统站通过接收GPS[3]或短波进行对时,利用铷钟或高精度晶振进行守时,并通过线缆传输到各机房的B码终端,B码终端再输出50 ms中断,秒中断、1 MHz信号、时分秒等时间信息及双工信息到各设备微机的时间中断板,从而提供全部的信息内容。

目前,整个时统结构复杂,布局分散,线缆众多,且各B码终端、时间中断板由不同的厂家生产,规格各不相同,维护困难。同时在编制体制上时统隶属于通信系统,但它的全部用户及部分输入(GPS时间)均隶属于测控系统,故在测量船管理、使用上存在协调上的问题。

随着科学技术的不断发展,电子设备不断向小型化、集成化方向发展,加上计算机软硬件技术、网络技术的不断发展,功能不断强大,软件无线电、硬件设备软件化实现得到大量的应用,使得时统信息在网络上传输的可能性越来越凸显出来,为此,开展这方面的研究不但可能而且很具有实用意义。

1需求分析

1.1 适应性

目前,各测控站遥、外测终端设备均通过网络连接在站中心机系统的交换机上,这就为时统信息网络化提供了物质基础。只需在GPS接收机增加一台微机作为计时器服务器[4],通过网络向各设备中断广播时间、双工等所需信息即可。

1.2 实用性

实用性其中包括功能性、经济性和优越性:

(1) 功能性:系统内部由一台微机作为计时器服务器,对外通过接收GPS设备送来的GPS时间保持与整个测控系统的时间一致,保证时间精度优于3 ms,或手工输入一时间基准进行测控站内部联试使用。计时器服务器通过服务端软件产生时间信息、50 ms时间信息、双工信息,并定期向网上发送。在设备端利用客户端软件进行接收,并向应用软件提供时间信息、50 ms中断、秒中断、双工信息等,同时根据实际需要定制时间符合中断。从而满足现有设备全部的功能需求。

(2) 经济性:该系统只需一台微机作为时间服务器,包括一套与GPS的设备的接口设备,其他全部利用现有网络拓扑基础和设备,可以大大简化全部的时统站、B码终端、时间中断板等设备。一套设备可以为一个测控站节约近百万,且可以供软件开发机房等使用。

(3) 优越性:整套设备结构简单,功能强大,且机动性、灵活性强,加上应用于现有的网络结构之中,与现有设备兼容性好,可以实现无缝结合。

1.3 指标要求

整个系统的各项指标要求必须满足测控需求,并尽量接近原有指标。

2研究内容

2.1 硬件设备组成和结构

该套系统设计有2种方案:一种是保持时统站和一台B码终端、一块时间中断板,增加一台计时器服务器、两块网卡。通过利用保留的B码终端接收时统站精确的时间信息、中断,再通过计时器服务器在网络上进行传输信息;

另一种方案是抛弃现有全部系统,由一台计时器服务器、一套B码终端、一块时间中断板、两块网卡组成。通过B码终端直接接收GPS时间,通过计时器服务器向网络输出时间信息。两块网卡分别通过网线与船中心机系统的遥、外测网交换机相连接。

2.2 软件研究内容及实现

2.2.1 计时器服务的实现

本系统的设计关键在于计时器服务的控制事件的产生和所能够达到的精度。一般来讲,Windows的SetTimer提供的精度在10 ms左右,这不能满足测控试验的要求。通过研究发现,可以应用多媒体计时器中断服务,该中断服务可以提供精确到1ms的精度,从而为整个系统的设计提供了可能。

与SetTimer提供的计时器服务不同,多媒体计时器是基于中断的,而不是向信息队列发送WM_TIMER消息,它们在中断时间调用反调函数[5]。多媒体计时器服务对要求高精度计时的应用程序来讲,非常有用,这正好满足高准确度的以50 ms中断为基础的处理软件的要求。

与计时器中断服务相关的函数和数据结构定义在mmsystem.h和mmsystem.lib中,主要使用方法有:

(1) 获取系统时间:应用软件可以用timeGetTime()获取当前系统时间,该时间是自Windows启动以来以毫秒来记的时间。通过与接收GPS时间比较可以产生基准时间。

(2) 确立最大和最小事件周期:可以用timeGetDevCaps(lpCaps, wSize)函数来确定由计时器服务提供的最小和最大的计时器事件周期。lpCaps参数是TIMECAPS结构的远指针,wSize说明TIMECAPS的结构大小。TIMECAPS的结构格式如下:

该结构的两个域说明以毫秒表示的所支持的最小和最大周期(分辨率),一般最小周期是1 ms。

(3) 建立最小计时器分辨率:在开始计时器事件之前,应用程序必须建立它想使用的最小计时器分辨率(周期值),在完成全部计时器事件服务后,必须清除该值,分别可以使用timeBeginPeriod(wMinRes)和timeEndPeriod(wMinRes)实现。参数wMinRes就是以毫秒为单位的周期值。

(4) 启动计时器事件:使用timeSetEvent(wDelay,wRes,lpFunction,dwUser,wFlag) 函数来初始化并启动计时器事件。wDelay为计时器事件的周期,wRes为计时器的精度及周期的准确度,在lpFunction参数中传送反调函数的名称。并在dwUser参数中传送实例数据。wFlag反映周期事件发生次数分别为TIME_ONESHOT一次或TIME_PERIODIC重复发生。

(5) 使用计时器反调函数:在该函数中实现用户周期处理的需求,如触发50 ms事件,从而启动50 ms处理线程,启动某一特定周期事件等。

(6) 中断计时器事件:利用函数timeKillEvent(wTimeId)中断timeSetEvent()返回的计时器事件,计时器ID传送到wTimeId参数。

2.2.2 符合中断的产生

时间符合中断[6]是测控系统特别是遥控中必须使用的一项功能,如时间符合指令就是在预定时刻进行发送遥控指令,故该系统必须具备这一功能。

根据这一要求,该系统将这一功能结合到客户端软件中去。其实现方法为:客户端软件接收服务端时间和时间符合指令时间后,计算出服务端时间和时间符合指令时间的时差。并利用timeGetTime()获得客户微机的时间。在客户端建立启动以时差为周期的中断事件,进行时间符合,其精度可以到1 ms,满足实际测控要求。

2.2.3 网络数据的收发及时延测试

该系统采用客户端/服务端方式进行网络通信。网络数据收发采用UDP协议[7]的组地址广播的方式进行,服务器软件利用计时器中断事件,触发数据包向组地址广播发送,数据包中包含时间信息和不同设备的双工信息。各终端设备系统中的客户端软件捆绑在同一组地址上接收数据,并解算出时间信息和双工信息,供自身使用,接收数据事件作为中断使用。

该系统的时延与原系统的差别也是一个要考虑的问题,如果网络时延过大该系统也同样没有实际的意义。为了测试网络时延可以借用ICMP协议[8]模式,利用网络发送接收ICMP协议包,利用上面所讲的timeGetTime()函数获取发送、接收时刻作差。就可以计算出时延,实际测得的时间小于1ms,故该方案是可行的。

2.2.4 与应用软件的接口

该系统为了与现有各测控设备实战软件接口兼容,还必须提供与已有的实战软件相配合的接口。目前,各设备终端的实战软件都是通过一个中间软件和一动态连接库来实现获得中断板的时间、中断、符合、双工等信息,

为了代换已有动态库[9]和中间软件,除了客户端软件之外还需要在设备终端微机上设计一具有相同接口头文件的动态连接库。客户端软件和动态连接库之间的数据通信,可以通过映射文件等手段,根据需要将接收的各种信息写入动态库,具体实现方法不再阐述。

3初步实验及性能比较

资料表明Windows 3.1以上的操作系统提供的计时器中断服务精度达到1 ms。为了验证其精确度,课题组通过大量的实验,将该系统与时间中断板读取的时间进行比较,验证了其正确性。该系统正是利用这一精度来替代原来时间中断板的毫秒级精度(由B码终端的1 MHz精度确定),随着操作系统的升级和微机性能的不断提升,在硬件结构使用第一方案时,指标精度整体不变,略有所提高。在使用第二方案时,利用B码终端的精度代替了时统站的精度,时间守时精度有所降低,但仍然满足整个测控需求。且两种方案的岸船对时精度都优于3 ms的指标要求。

总结对现有时统、第一方案、第二方案等三套系统进行的各种比较结果,如表1所示。

4结语

本系统充分应用了计算机多媒体计时器及网络广播功能,大量节约了人力、物力、财力,简化了系统复杂程度,且整体精度符合使用要求,具有很好的使用前景,可以应用到工程实践中。对于经费有限,事件中断精度[10]要求较高的地方或仅用于内部系统联试的实验室则更具有良好的推广价值。

网络化测控系统 第2篇

随着我国航天技术的快速发展，在系统内已经形成了多种业务种类、多种网络拓扑结构的航天网络设备体系。例如卫星发射和测控系统需要依靠高可靠性和高精确度的计算机来控制关键节点工作。这类应用对系统内部各设备的时钟统一性和精确度要求很高，必须对用户设备进行时间同步，以保持航天器与测控系统各用户设备时间和频率的高度一致。网络时间协议(network time protocol，NTP)采用主动对时方法，克服了网络竞争机制对系统校时精度的影响，能实现系统时钟的一致和精确;因此，采用 NTP 协议实现网络对时系统，可以有效解决这一问题。笔者对 NTP 基本原理、工作模式等进行研究，建立了在航天测控网络上的 NTP 对时系统构架，设计并编程实现了 NTP 网络对时系统。NTP 的基本概念

1.1 NTP 协议

NTP 协议是美国 Delaware 大学的 Mills 教授在1985 年提出的，可以实现时间服务器或精确的时钟源(如石英钟、GPS 等)同计算机的时钟同步。NTP协议适用于在拥塞的网络环境下提供精确和健壮的对时服务，把计算机的时间同步到标准时钟源上，可实现在局域网上误差小于 1 ms，广域网上几十毫秒的高精度时间校准，同时其加密认证的模式可防止恶意的协议攻击，具有广泛的应用前景。

1.2 NTP 基本原理

NTP协议主要以客户端/服务器方式进行对时，而且适用于性能差异大的客户端及服务器，每次对时共需2个数据包。假设客户端发送对时请求的本地时间为T1，服务器端接收对时请求的服务器时间为T2，服务器端返回对时请求的服务器时间为T3，客户端收到返回请求的本地时间为T4为客户端和服务器端的时间偏差，T1到T2的路径延迟为1，T3到T4的路径延迟为2总路径延迟。NTP 在航天测控网络中的系统架构

目前，航天测控网络的主要设备使用直接连接时钟源的方式来实现时间同步，如以铷原子钟为高精度时钟源，IRIG-B 为串行时间同步码(该码可以实现高精度对时，具有标准化接口等特点)。这样每台设备都需配置 PCI 时统卡来解 B(DC)码，造成系统成本高且增加了系统的复杂性。而未配置 PCI 时统卡的设备时钟大多靠人工手动来调整，鉴于人工手动调整引起的误差以及各个设备内部时钟的性能差异等因素，会造成整个网络中设备时间的不统一。网络对时系统的设计实现

笔者以 Visual C++6.0 为开发平台，运用 Winsock网络编程技术，实现了 NTP 报文的收发功能。

3.1 服务器软件设计

服务器软件设计流程如图 3 所示。服务器运行后，通过对串口接收数据，自动判断上级时钟源的类型，计算出 UTC 时间;根据工作模式的设置可以定时向客户端广播时间报文，或接收客户端的时间同步请求，调用本地时钟查询函数来添加请求报文的到达时间戳 T2，将上述报文保存在表中，接收下一个时间同步请求;如果此时没有新的请求，则再次调用系统时间并添加返回给客户端的时间戳 T3，并同时将时间报文送回客户端。

3.2 客户端软件实现

客户端软件主要功能有：定时向 NTP 时间服务器发送时间同步请求并接收时间服务器返回的带有时间戳的 NTP 报文，计算时间偏差、网络延迟和调整本地系统时间;能够通过广播方式接收报文并直接调整本地系统时间;提供对时请求函数接口为其他应用程序调用。结束语

网络化测控系统 第3篇

关键词：虚拟仪器技术,SNMP,Hi SLIP,嵌入式仪器实时监管系统

软件技术在自动测试系统中的研制与开发过程中的作用日益显著, 当前测试系统软件技术发展的突出标志之一就是开放性测试系统软件的建立[1], 测控技术核心在于信息采集、整理、处理、显示、控制和管理。仪器在其中扮演着不可或缺的角色, 凡是对于测控系统的改良必然会涉及到对于测控工具———仪器的改进。从20世纪50年代开始经历了从模拟仪器到数字仪器进而到总线仪器和至今的虚拟仪器的发展历程。伴随的便是仪器朝智能化、虚拟化、网络化的方向发展。对于如何提供一个方便、精确、实用且具有兼容性的测控平台正是本文所研究的。

本测试平台在SNMP协议下创建了仪器MIB库, 增强控制台的管理, 实现用户操作视窗和数据库之间、各个模块之间的互联, 达到快速、准确地将数据提供给各模块, 满足在全球的任何地方都可以安全、方便、实时的对仪器设备进行监控和维护管理。

1 系统总体设计

仪器仪表网络化测控与管理系统模型如图1所示。

整个系统由控制台、数据库、SNMP自动发现、仪器网络化代理、虚拟仪器软面板和仪器硬件组成。

上位机与仪器代理或者仪器在同一网络之中, 上位机中SNMP自动发现组件能搜索网络中的设备, 并将搜索信息写入数据库中。控制台将数据库中仪器信息通过拓扑结构图显示给用户, 用户可以命名和配置网络上的各种仪器。控制台提供了丰富的显示、操作、配置等功能, 实现对仪器的监控、操作和管理。设备网络代理可将无LAN接口的仪器与网络相连, 对于仪器的远程操作通过代理进行中转。仪器可以无缝接入代理, 无需考虑接口, 实现即插即用。

2 基于SNMP的自动发现技术

仪器仪表自动发现技术是以简单网管协议SNMP为基础, 利用SNMP在底层信息获取及设置的特性, 以及网络环境中各设备对SN-MP协议的支持, 针对不同的拓扑结构, 将SNMP自动发现方法与传统拓扑发现方法相结合, 以获取标识信息及设备相关信息, 并自动的存入数据库中。实现多层次的拓扑结构发现功能。

2.1 SNMP自动发现工作原理

SNMP自动发现模块核心部分在于网络拓扑结构的发现、组织以及存储, 传统的网络拓扑结构发现是以ICMP、ARP协议为基础, 相较于以SNMP自动发现协议为基础的网络拓扑发现, 针对不同的网络结构, 不同的方法拥有各自的性能优势。本文采用分层发现的方法, 将网络分成两层进行拓扑发现, 第一层用来自动发现其中的路由设备和子网;第二层则用来自动发现子网中的主机设备。其中, 自动发现主要有以下两部分。

2.1.1 获取子网中网络设备状态

传统的网络设备状态检测一般采用ICMP协议中Ping的方法。但对于子网中所有IP地址逐个依次Ping会导致网络负担增大, 效率低下。通过ICMP协议与ARP协议共同自动发现, 访问子网网关MIB库中的ip Net To Media Table表, 利用其中ip Net To Media Net Address来确定子网中主机设备的IP地址。再Ping这些主机的ip地址来确定主机设备的网络状态, 就会大幅度减少Ping的次数, 提高了算法效率减少了网络负担, 并且可以对子网主机设备ip地址异步Ping的方法来缩短检测时间。

2.1.2 获取子网中网络设备的类型

本文通过访问MIB库中ip Forwarding和sys Services变量来获取子网中网络设备的类型。其中, ip Forwarding变量用来判断子网中的网络设备是否具有向前发送IP数据包的功能, 如果具有次功能, 该变量值则为1, 表示该设备为网关设备;否则该变量值为2, 表示个设备为其他网络设备。sys Services变量用来表判断该设备在OSI分层模型中的位置。例如sys Services=2, 表示该设备在OSI分层模型中的第二层, 即数据链路层, 可确定为网桥设备。

2.2 拓扑发现实现

简单网管协议SNMP是TCP/IP中的应用协议, 该协议基于UDP协议传送SNMP报文。主要由网络管理信息结构、网络管理规程和管理信息库MIB三部分组成。在所要搜索的网络设备中安装了SNMP代理软件, 并开启SNMP代理功能, SNMP网络拓扑发现从种子节点开始搜寻, 读取代理中设备的MIB库, 获取仪器设备信息, 实现整个网络拓扑发现。

首先输入种子ip地址seedip, 并获取管理站所在主机的子网种子的基本信息, 将设备基本信息和拓扑信息分别写入dev_base_info和topo_table表, 获取种子MIB库ip Route Table表的所有记录, 将信息写入到route_table表, 查找种子所有直接路由的子网的活动主机将设备基本信息和拓扑信息分别写入dev_base_info表和topo_table表, 获取下一跳路由器的MIB库ip Route Table表的所有记录, 将信息写入route_table并返回下一跳路由器地址Nexthopaddr。

然后获取默认网管, 如果未获取到默认网关, 则结束进程。否则获取管理站所在主机的子网路由器的基本信息, 将设备基本信息和拓扑信息分别写入dev_base_info和topo_table表, 查找并删除表中重复记录, 结束进程。

3 仪器设备代理的设计

仪器设备代理实现与仪器互联、监控、管理功能, 同时完成与系统控制台的远程通信, 代理与控制台交互方式存在异步通道和同步通道访问仪器时如果出现仪器读写错误或者读写延时需及时告知控制台程序, 否则控制台会因等不到回复而分时不停地发送询问, 从而导致消息拥塞, 并出现同步错误, 则需要重新设置代理和控制台程序。

为实现channel间资源安全共享, 并且保证线程间的同步, 则需要对共享资源设置互斥锁。本文是利用pthread_mutex_init () 函数先初始化互斥锁, 该互斥锁为嵌套锁属性, 允许同一个线程多次成功获得同一个锁并通过多次unlock解锁。采用嵌套锁属性是为了保证仪器仪表测量数据的完整性以及保证读写线程的高优先级, 并且避免传送给控制主机以错误的数据。首先通过pthread_mutex_lock () 函数对共享数据区上锁, 读写线程方可访问共享数据区, 调用pthre ad_m ute x_unlock () 函数在线程对数据区访问结束时来释放锁。其他线程在进入临界区之前需要通过pthread_mutex_trylock () 函数来获取互斥锁, 如果可以获得才能进入临界区, 如果不能获取互斥锁, 则不会阻塞等待, 立即返回。最后pthread_mutex_destroy () 函数在关闭会话并释放资源时注销互斥锁。

4 结束语

本文所研究的仪器仪表网络化测控与管理系统集成了嵌入式RTOS、嵌入式WEB、嵌入式SNMP代理、嵌入式LXI总线、精准时钟PTP以及各种接口驱动等组件, 构成一套开放式跨平台的LXI总线仪器实时监管系统, 向用户提供整套的仪器设备网络化实时监控、维护管理的解决方案, 可实现各类LXI总线仪器设备的远程实时监控功能, 并可提高仪器设备利用率, 降低使用成本。

参考文献

[1]史君成, 张淑伟, 律淑珍.Lab Windows虚拟仪器设计[M].北京:国防工业出版社, 2007.

[2]LXI Device Specification 2011, Revision 1.4

[3]IVI-6.1:IVI High-Speed LAN Instrument Pro Tocol (Hi SLIP) , Revision 1.1.

[4]LXI Hi SLIP Extended Function, Revision 1.01.

深空测控系统测距信号体制分析 第4篇

深空测控系统测距信号体制分析

深空测控通信中,接收信号微弱,信号时延巨大,使得深空测控与地球轨道航天器的测控有很大差异,选择合理的测距信号体制,对深空测控系统具有极其重要的.意义.在对NASA及ESA的几种测距信号体制进行介绍的基础上,分析比较了几种深空系统测距信号体制,并对深空测控系统测距信号体制提出初步想法.

作 者：汪远玲 WANG Yuan-ling 作者单位：中国西南电子技术研究所,成都,610036刊 名：电讯技术 PKU英文刊名：TELECOMMUNICATION ENGINEERING年，卷(期)：48(5)分类号：V556.1关键词：深空探测 测控通信 测距信号体制 分析与比较

网络化测控系统 第5篇

appraisement

industry

point

时钟同步是分布式网络测试与控制系统中的一项重要指标, 精确时间同步也是测控系统网络通信的核心技术之一。论文详细阐述了IEEE1588协议时钟同步的基本原理, 分析得出其同步精度受到时间标记的精度和传输延迟抖动的影响。为了提高时间同步精度, 论文提出了一种自回归时钟漂移模型, 利用卡尔曼滤波器对主从时钟的时钟偏差、时钟漂移进行估计, 从而对从时钟进行补偿。仿真结果表明, 该方法可以有效地降低时间标记精度对时间同步的影响, 提高了测控系统的时间同步精度。

引言

随着科学技术的不断发展, 通过网络化互联在一起的分布式的测控系统越来越普遍的应用于各行各业之中。保持各终端系统之间时间上的同步, 是保证各系统协同工作, 处理数据正确和信息传输可靠的重要前提, 时间同步的精度也是分布式网络测控系统的重要指标。如何提高时间同步的精度, 已经成为分布式网络系统研究工作者的热门问题。

目前在数据包交换网络中, 广泛使用的网络时钟同步NTP (Network Time Protocol) 可以达到毫秒级的时间精度, 主要用于网络计算机的时间同步, 其精度远远不能满足测控设备仪器对同步时间的要求。针对工业以太网的要求, 2002年发布了IEEE1588精确时钟协议PTP (Precision Time synchronization protocol) 。PTP协议利用以太网以及其他支持多播技术的网路使终端设备同步, 其精度可以达到亚微秒级。PTP协议还可以通过硬件的支持, 实现更高精度的时间同步。然而硬件的添加对于高兼容性的以太网网络系统而言, 制约了IEEE1588网络的发展与应用。

针对PTP的特点, 李学桥、刘建成等引入不对称加权因子, 用一定时间窗内的主从时钟偏差样本的算术平均值来补偿从时钟, 大大降低了传输延时不对称对PTP时间同步精度的影响。叶玲等使用卡尔曼滤波器对无线传感器网路进行时间同步的研究。庄晓燕等利用二阶卡尔曼滤波器加速运动模型的时钟同步算法对PTP算法进行优化, 结果表明卡尔曼滤波器可以显著提高PTP时间同步精度。

本文试将PTP协议用于测控系统网络内, 主要探究标准PTP时间同步精度与授时系统时间戳的延迟抖动和误差之间的量级关系。通过matlab建模仿真, 建立PTP协议模型的观测方程, 并通过kalman滤波器对授时系统时间戳的时钟偏移量 (skew) 以及时钟偏移率进行估计, 消除时间偏移对授时系统的影响, 以提高PTP同步协议在测控系统网络的时间同步的性能。

IEEE1588同步原理

IEEE1588通过交换Sync、Follow_up、Delay_Req以及Delay_Resp共4种报文, 来确定主从设备时钟间的时间偏差及主从之间的网络延迟。具体的同步原理如下:首先, 主时钟节点Master端会向从时钟Slave端周期不间断的发送同步请求报文 (Sync消息) ;由于硬件的延时影响, 主设备必须再发送跟随报文 (Follow消息) , 其中包含Sync消息离开主设备时的时间标记t1。当从设备接受到请求报文后, 会记录下接受同步请求报文的时间标记t2, 当从设备接收到跟随报文时, 会将t1与t2同时打包生成延时请求报文 (Delay_req消息) 。利用同样的方法, 主时钟记录下了Delay_Req的离开时刻t3;并且主时钟获取了Delay_Req到达时间t4, 并将其一并打包通过延时响应报文 (Delay_Resp消息) , 将时间标记信息发给从设备。从设备通过时间标记t1, t2, t3, t4, 以及计算公式, 可以计算出主从设备间时钟的偏差以及网络的传输延时大小, 并调整自身的时钟, 直到与主设备时钟同步, 完成PTP时间同步。具体关系如图1所示。

考虑到主从时钟间的传输延时, 则主从时间偏差与t1, t2, t3, t4之间的关系可以由如下公式表示:

式中:dms表示主时钟到从时钟的延时;dsm表示从时钟到主时钟的时间延时;θ代表主从时间的偏差, n代表第n次时间同步。那么由公式 (1) , 可以求出主从时钟偏差:

在PTP时间同步协议中, 传输时延假定对等 (dms=dsm) , 因此通过t1, t2, t3, t4, 即可得到从时钟偏差值。

主从时钟传输延时则可以表示为:

从原理上可以看出PTP协议的时间同步精度, 主要受到时间标记精度以及时间同步传输延时对称性的影响。通常情况下, 当测控网络系统的数据量较小时, 所产生的延时是稳定的。但是考虑到分布式测控系统网络中, 通信量突发性增加、通信路径的选择以及无线传感器的引入等各种因素, 数据传输延时不会相等。

系统模型

系统模型的建立, 是通过空间模型完成的。空间模型是一种状态向量对动力学系统进行描述的模型, 此方法已经在自动控制、自适应滤波、状态估计及内推等领域得到了广泛的应用。论文对PTP时间同步以及时钟建立了状态空间模型。

时钟模型

测控系统中的本地时钟一般由晶体振荡器产生基准信号, 计数器计数完成时间的计算。因此, 晶振的精度以及计数器计数值的大小决定了本地时间的精度。考虑到实际情况, 完全获取晶振的特性难度极大, 而且在不同环境性下, 也会产生动态特性上的差异。因此需要对时钟进行建模, 通过测量值以及估计值同时对时钟模型进行修正, 提高时钟同步精度。

系统的时钟模型如下:

其中C (t) 代表带有误差的本地时钟, t称为精确时钟, 即在PTP时间同步中主节点时钟, θ0为初始时间偏差, 即初始从时钟时间偏差。由于实际时钟总是会存在一定的偏移, 那偏移率以d C (t) /dt来表示。

由上述关系可以得出从时间偏差以及时钟偏移率的表达式。

若本地时钟存在漂移时, 的取值将不为0, 随着时间的推移, 本地时钟的偏差量将会累积。通常物理时钟会受到温度等因素的影响, 存在时钟偏移率。由于, 温度相对时间属于慢变量, 因此假设在一个较小的时间段内认为α (t) 是恒定保持不变的。因此, 通过, 通过离散化处理, 连续时钟模型 (5) 离散化为时间域上的状态方程。

式中τ[i]表示每次统计的时间间隔, ψθ[n]表示从0时刻至第n时刻时钟偏移误差wθ[i]的累积。将式 (7) 改写成为递推的形式。

根据Hamilton等人的论证, 时钟偏移率的状态, 可以近似用一个AR过程来代替。于是α的递推关系可以表示如下:

式中τ[n]为时间同步周期, 论文选择固定时间周期T。p属于一个接近1的数。wθ是时钟偏移抖动, wα为时钟偏移率抖动, 论文认为其具有独立性, 且均为均值为0的白噪声, 其方差用σθ2和σα2来表示。

观测系统

状态空间建模的另一个核心是观测方程的建模。由PTP时间同步的原理, 可以得出时间偏差的观测方程 (2) 。假设传输延时的不对称抖动满足正态分布时, 时钟偏差观测量θM:

式中vθ表示偏移量的观测噪声, 其方差用σ2θM表示, 主要由3个方面组成主时钟时间标记误差, 从时钟时间标记误差, 以及传输抖动误差σd2。可以用下述公式表示:

系统的偏移率观测方程为:

vαM为系统偏移率观测噪声。其方差为:

由公式 (11) 可知, 时钟偏移观测量与时钟偏移率观测量是相关的, 其协方差为:

卡尔曼滤波模型

使用PTP协议, 计算得到的时钟偏移以及时钟偏移率可以直接用于用于时间的同步。但如果考虑到在实际应用中测量噪声即网络延时的不确定性的影响, 为了提高PTP协议的精度, 则必须对观测量进行滤波处理。论文以时间偏移以及偏移率为状态变量利用卡尔曼滤波技术对状态量进行滤波处理从而达到提高时间同步精度的目的。

系统的状态空间模型可以表示为:

式中状态向量;而观测向量。假设观测量为计算值本身, 由式 (7) 与式 (8) , 可知:

再由式 (15) 可知, 过程噪声表示为;观测噪声表示为。其均满足正态分别满足N (0, Q) 和N (0, R) , 其中:

卡尔曼滤波迭代过程:

仿真研究与结果分析

为了验证本文提出的卡尔曼滤波的时钟同步算法, 在MATLAB软件实现了PTP协议的主从节点之间的时钟同步。分析主从时钟之间, 时钟偏移和时钟偏移率估计误差平均值和标准差的变化趋势。

选取仿真所用的参数如表1实验仿真参数表所示。

为了使仿真实验更加接近于真实情况, 观测噪声σθ2M选取的范围为[10-8, 10-4]。当观测噪声较小时对应的基于硬件的时间标记和较小的传输不对称性;当观测噪声较大时对应的基于软件的时间标记和较大的时间不对称性。仿真结果如图2和图3所示。

由图2可知, 随着观测噪声σθM2的增加, 时钟偏移估计误差均值在包含卡尔曼滤波器以及未包含卡尔曼滤波器的2种算法模式下均呈现出上升趋势, 但包含卡尔曼滤波器的IEEE1588时间同步算法的均值明显小于未包含卡尔曼滤波器的时间同步算法。在观测噪声σθM2很小时, 时钟偏移估计误差均值差别不显著, 一旦时间标记的不确定性即中从设备间的网络延时以及噪声增大, 基于卡尔曼滤波器IEEE1588时间同步算法的优势则十分显著。

由图3, 可以得到类似的结论。随着观测噪声σθM2的增加, 时钟偏移率估计误差均值在2种算法模式下均呈现增加趋势, 但基于卡尔曼滤波器的IEEE1588时间同步算法的均值明显小于传统IEEE1588时间同步算法。

结语

网络化测控系统 第6篇

关键词：C/S,网络测控,实时视频监控

1引言

本文的通用网络测控系统为C/S网络结构,功能主要包括将授权用户的命令发布到网络的任一节点和从远程节点获取数据;所有的测试数据都保存在数据库中,并根据指定的规则在所有用户之间共享这些数据;还为动态增减仪器设备提供了统一的接口,按照指定的方法可以在不影响系统正常运行的情况下扩展或削减系统的功能。C/S客户端通过实现简单的组态功能还为用户组织测控任务提供了方便直观的界面。

2网络测控系统结构

该网络测控系统为三层C/S结构[2],包括数据库服务器,应用程序服务器和局域网客户端三部分。

该测控系统要完成其功能需要维护大量的数据,这些数据包括用户资料、仪器的相关信息、系统配置参数和采集的数据等。为了方便这些数据的管理,在系统中引入了数据库服务器,用来将采集的数据传至服务器进行保存。在本系统中使用的数据库是SQL Server 2000。

应用程序服务器是系统的控制中心和数据交换中心,它不仅负责仪器的运行控制和维护还承担着用户和测试数据的管理工作。对内它要通过测控驱动程序与仪器相联系完成测控任务;对外它还要与数据库协作完成测控数据的存储管理,并负责向C/S客户端提供服务,协助用户完成测控任务的管理、仪器的监控等任务。

局域网客户端的主要任务是建立一个有简单组态功能的客户端软件,通过这个软件用户可以组织测控任务和对测控任务的运行进行监视和管理。

3视频监控的设计

3.1视频服务器设计

视频服务器的基本原理是:将Linux移植到基于ARM的嵌入式系统中,在嵌入式Linux系统中内置服务器应用程序。摄像头采集的图像数据,经过JPEG格式压缩,通过网络传送到客户端。

服务器端采集图像数据,编码然后发送到客户端。包括三个部分:视频采集,JPEG编码,网络传输。为了提高效率,本程序采用多线程技术。

视频采集:采用网眼2000摄像头,加载OV511摄像头驱动程序,利用Linux上的Video4Linux视频处理接口采集图像。Video4Linux获取视频图像的方式有read和mmap两种,在这里采用了mmap方式,mmap方式允许直接将设备内存映射到用户进程的地址空间中,这样就可以直接在进程中读写内存来控制设备。从摄像头中采集320*240,YUV420P格式的视频数据。

利用mmap方式,先使用ioctl(vd->fd,VIDIOCGMBUF,&v m b u f)函数获得摄像头存储缓冲区的帧信息,之后修改Voideo_mmap中的设置[1],例如重新设置图像帧的垂直及水平分辨率、彩色显示格式。接着把摄像头对应的设备文件映射到内存区,具体使用(unsigned char*)mmap(0,vmbuf_size,PROT_READ IPROT_WRITE,MAP_SHARED,vd->fd,0)操作。这样设备文件的内容就映射到内存区,该映射内容区可读可写并且不同进程间可共享。

3.2对图像数据进行压缩

通过以上采集程序获得的图像数据为原始数据,320*240图像分辨率的视频数据。图像较大,不便于在网络上传输,这就要求图像采集平台对原始信息进行压缩处理,我们采用JPEG压缩方式。

JPEG格式压缩的具体实现方法是:编写如下函数convertframe(unsigned char*filename,unsigned char*src,int width,int height,int format In,int qualite)调用该函数时需传入六个参数,第一个参数是图像文件名称,第二个参数是采集到的原始图像数据,第三、四个参数确定图像的长宽大小,第五个参数用于设定JPEG图像的压缩质量,第六个参数确定是否为彩色图。

3.3网络传输

在Linux系统中要使用TCP建立网络连接必须使用套接字(socket)。socket是TCP/IP网络的API,socket接口定义了许多函数或例程[3]。

1.Socket.Connect方法:建立与远程设备的连接。

2.Socket.Send方法:从数据中的指示位置开始将数据发送到连接的Socket。

3.Socket.Receive方法:将数据从连接的Socket接收到接收缓冲区的特定位置。

4.Socket.Bind方法:使Socket与一个本地端口相关联。

5.Socket.Lisen方法:将Socket置于监听状态。

6.Socket.Accept方法:创建新的Socket以处理传入的连接请求。

服务器端首先使用Socket()函数创建一个socket,然后将该socket与本地地址和端口号使用Bind()函数绑定,绑定成功之后就在相应的socket上使用Listen()函数进行监听,等待客户机连接请求的到来,客户机根据服务器域名获取服务器IP地址或直接获取IP地址,接着创建一个socket,调用connect()函数向服务器发送连接请求,当服务器端Accept()函数捕捉到生成一个新的socket套接字,双方就通过这个套接字进行接收数据(通过Rev()函数)和发送(通过Send()函数)操作了,通信完成后再关闭套接字[5]。

4客户端的设计

客户端负责与用户的交互[4],该视频监控系统可以实现图像属性的设计,例如图像亮度,色调,对比度,颜色等属性,同时可以实现图像保存的功能。

5结束语

本文在一个多用户,开放可伸缩的网络测控系统基础上,结合了嵌入式系统的实时性和高效性,嵌入式Linux开发的简洁等特点,设计实现了视频监控系统。不仅实现了客户端对视频设备的实时控制,而且可以实现视频数据的实时保存,符合预期设计目标。

参考文献

[1]梅飞.嵌入式Linux网络视频监控系统设计[J].现代电子技术,2007,14:66-68.

[2]ANDREW TROELSEN.Pro C#2005 and the.NET 2.0Platform[M].USA:apress,2005.

[3]刘峥嵘.嵌入式Linux应用开发详解[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4]SIMON ROBINSON.BURT HARVEY.Professional C#(2nd Edition)[M].USA:Wrox Press Inc,2002:339.

网络化测控系统 第7篇

1 温室环境控制系统

温室环境测控系统是基于传感技术、电子技术、通讯技术、计算机技术、网络技术、专家系统技术和图像采集处理技术的智能系统,它集成了智能控制算法、温湿环境预测模型、园艺作物生长发育模型及病害预测模型等,可根据作物生长发育规律对温室环境进行智能调控,同时对温室生产、管理和病虫害防治有指导作用。现代温室是设施农业的生产车间,温室环境信息的监测控制系统是实现其生产自动化、高效化最为关键的环节[2]。温室环境控制系统是现代化大型温室必备的,随着技术的发展,温室变得越来越复杂,温室环境管理的内容包括温度、光照、通风、湿度、二氧化碳浓度、遮荫、灌溉等环境因子的控制,温室环境控制系统的使用极大影响了温室产品的质量和生产成本。目前,温室环境控制有4种形式,分别适用于不同的温室环境控制要求。

1.1 自动调温器

自动调温器有2种基本类型:一种是开关式自动调温器,另一种是渐变式自动调温器。开关式自动调温器一般控制风扇、加热器等,只有“运行”和“停止运行”2种状态的设备,渐变式自动调温器一般用作电子控制器的传感器。自动调温器投资少,安装简单,使用方便,但控制能力有限,精确度不高,与其他设备兼容性差,扩展性差,能源利用效率低。自动调温器一般用于只需简单温度控制的温室。在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络一个测量控制区,采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、p H值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、二氧化碳浓度等来获得作物生长的最佳条件,同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点,为温室精准调控提供科学依据[3]。

1.2 模拟控制系统

模拟控制系统利用渐变式自动调温器或电子传感器收集环境温度信息来驱动信号放大器和电子逻辑(决策)电路。模拟控制系统的成本高于自动调温器,但是控制作用较全面,控制效果更好,还可使加热和降温设备有效结合,并达到有序控制。模拟控制系统的成本低于计算机控制系统。可将较多的环境控制设备协调起来,全方位控制温室各环境因子。模拟控制系统的扩展性差,不适于有多个种植分区的温室,一般用于小规模单分区温室。

1.3 计算机控制系统

随着计算机技术的广泛应用,机械系统设计的理论、方法和手段也随之发生一些重大变革[4]。计算机微处理器取代了模拟控制系统的放大器和逻辑电路,计算机将来自各传感器(温度、湿度、光照传感器等)的信息进行综合分析,以确定如何运行各种设备以控制环境条件。计算机控制系统可控制和协调最多达20个设备。大多数计算机控制系统的综合控制能力优于模拟控制系统,它们操作相对简单。但该系统增容性差,只适用于简单的反馈控制,不适用于多区控制。该种控制系统适用于中等规模的温室生产。

1.4 计算机环境管理系统

计算机环境管理系统可协调控制各种环境控制设备,以达到环境综合管理的目的,并可控制温室的肥水管理系统。将作物生长规律、生长形态及不同时期农艺特点与环境控制系统紧密结合在一起,能完成温室内温、光、湿气、水、肥等环境因子综合调控及作物叶片温度、茎叶流量、茎秆直径等无线综合监控,实现温室生产精准控制和无人化管理,达到增产、增效及规模化生产的目的[5]。此种系统扩展性强,可根据需要逐步增加温室的控制设施,但造价较高,如加拿大的Argus温室环境控制系统就是此种系统。适用于有多个种植区(各区环境要求不相同)的大规模温室的环境控制,也适合有计划地逐步扩大温室生产规模的生产者或需要精确环境控制的专业化种植者采用。

2 无线传感器网络在温室环境控制中的应用

传统温室环境监测系统布局大多为有线通信方式,如现场总线、集散控制总线等,布线繁琐,不利于系统布局变动和维护[6]。传统的温室环境测控系统一般基于有线网络,有线网络因其实施复杂、维护量大和成本较高等劣势,不容易大规模推广应用。无线传感器网络可以更好地避免传统温室环境测控系统存在的弊端,具有智能健壮、方便灵活、成本较小等优点。

2.1 无线传感器网络简介

无线传感器网络(Wireless Sensor Network)简称WSN,是由监测区域内随机分布的大量的、种类繁多的微型传感器组成,它们通过无线通信方式迅速自行组网,对网络覆盖区域中被感知对象的动态信息进行采集、计算和处理。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的低功耗微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统,能协作地感知、监测、采集网络覆盖区域中的各种微观环境信息,并对这些信息进行处理,发送给观察者[7]。无线传感器网络已经被视为互联网之后的第二大广泛存在的网络,其作为信息获取的重要和常用的新技术,发展的脚步越来越快,也越来越深入到人们的生产、生活的各个领域,包括农业中的温室环境测控领域。

2.2 温室测控系统的体系结构

温室WSN由监控中心、汇聚节点、传感节点和控制节点组成。传感节点根据需要布置在温室中某些区域,用于采集环境信息,包括温度、湿度、二氧化碳浓度等[8]。我国农业生产中,温室环境普遍具有农作物种类众多、土壤酸性大、空气湿度大且环境因素参数不断变化等特点。温室环境测控系统的主要功能是对大气和土壤温湿度、日照强度、二氧化碳浓度等环境因子实时分析和采集。因此,采用上述体系结构并结合无线传感器网络技术对采集的数据进行即时传输和汇总,可为用户提供直观明了的智能化、自动化的系统管理、环境信息和分析处理结论,从而对温室内的温湿度、光照强度、空气浓度等作出及时有效的改变。温室无线传感器网络测控系统是一种先进的农业现代化装置,其中传感器节点获取的环境因子信息,通过无线网络传送到监控中心,由监控中心进行相关处理后实现环境参数的最佳调控[9]。

2.3 无线传感器网络应用于温室环境测控

温室环境测控系统可对温室内外环境进行自动检测、显示;可按不同作物的要求进行多因子综合调节与控制;同时还能对温室内各环境因子的数据长期存储,满足科研和生产的需要,为智能农业专家系统的开发积累丰富的资料数据[10]。将无线传感器网络技术应用在温室环境测控系统,极大地提高了系统的实时性、可靠性,且系统开发成本较低廉,性价比高,维护简单,节点的扩展也非常容易,提高了温室环境下农作物种植环境信息采集、监测和控制的自动化程度。在该系统中,分布在温室环境内的大量传感器节点通过无线通讯网络与汇聚节点进行信息交换[11]。

3 结语

利用无线传感器网络实现数据传输是解决温室环境测控系统通信问题的有效方法[12]。将无线传感器网络技术的温室环境信息采集与监测控制系统用于温室环境数据的接收、实时显示和存储,并通过无线方式实现与远程管理中心的通信,成功地解决了传统温室下的各种问题,无线传感器网络技术必将在温室以及更大更广阔的农业领域中发挥越来越重要的作用。

摘要：从无线传感器网络的体系结构、在温室环境中的应用等方面探讨了基于无线传感器网络的农业温室环境测控系统,为实现把无线传感器网络技术与温室环境相结合,达到智能化、自动化的目标,进而提高温室条件下农作物生产效益做出了一定的探索。

关键词：无线传感器网络,温室环境,温度,湿度,测控系统

参考文献

[1]韩安太,郭小华,吴秀山.温室环境控制无线传感器网络的服务质量管理[J].农业工程学报,2010,26(1):216-220.

[2]郭文川,程寒杰,李瑞明,等.基于无线传感器网络的温室环境信息监测系统[J].农业机械学报,2010,41(7):181-185.

[3]顿文涛,毕庆生,惠向晖,等.无线传感器网络在数字农业中的应用[J].科技视界,2012(29):123-124.

[4]马斌强,顿文涛,郭延廷,等.虚拟样机技术及其在农业机械系统中的应用[J].科技信息,2011(1):105-106.

[5]杨玮,吕科,张栋,等.基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发[J].农业工程学报,2010,26(3):198-202.

[6]李莉,李海霞,刘卉.基于无线传感器网络的温室环境监测系统[J].农业机械学报,2009,40(z1):228-231.

[7]蔡镔,袁超,顿文涛,等.无线传感器网络在农业生产中的应用研究[J].江西农业学报,2010,22(9):149-151.

[8]张荣标,白斌,李克伟,等.基于时空双序列分析的温室WSN故障诊断[J].农业机械学报,2009,40(2):155-158.

[9]张荣标,李克伟,白斌,等.网络传输丢包率对温室WSN测控系统的影响[J].江苏大学学报:自然科学版,2009,30(4):383-386.

[10]张保华,李士宁,滕文星,等.基于无线传感器网络的温室测控系统研究设计[J].微电子学与计算机,2008,25(5):154-157.

[11]韩安太,郭小华,孙延伟.温室无线传感器网络监控系统的事件驱动调度器[J].农业机械学报,2010,41(7):186-204.

网络化测控系统 第8篇

关键词：智能家居,网络控制

1 引言

随着科技的进步,社会财富与个人财富的增长,人们对生活质量的要求越来越高,对于家居的安全化、信息自动化与舒适化的意识不断提高,对传统家居观念带来巨大挑战,家居的智能化是未来生活的发展趋势。

拥有智能家居,在炎热的夏天,你可以通过手机或联网电脑提前打开家里的空调,回家后即刻享受舒适的环境;在家里,你可以通过手持遥控器,打开家里的各种电器设备,进行智能控制,躺在沙发上,点点手机就能打开电视、音响,光线亮了,按按控制器就能拉上窗帘;安防装置还会进行防火,防盗,防毒,防漏等检测,时刻为主人提供安全舒适的家庭环境,让你在外出时,也能时刻关注到家的安全。

本文主要研究一套基于网络测控、面向大众化家庭的智能家居监控系统,设计一套成本低、安全性高、安装简单、可广泛应用于大众家庭的智能家居。本系统能与拥有互联网的计算机进行双向同步控制,既可实现无线远程操作家居电子产品开关,也能把家居电子产品的具体情况反映到计算机上并在显示器中显示;或在计算机上服务器软件中设置下位机的开关,从而实行双向同步控制。本设计可用墙壁按键、无线控制和计算机远程控制三种控制方式,对家用电器进行实时监控,兼备声光报警系统、LCD12864显示等多种功能。

2 总体设计

本系统由89S52为控制芯片,12864为显示,24L01网络模块、监控软件等模块组成,利用计算机与互联网、计算机与样机三者相互联,实现跨区性监控。为满足应用需求,该监控系统具备四项功能:

(1)对环境参数的实时采集,当参数超过设定值,有报警功能;

(2)良好的人机界面,易使用性;

(3)抗干扰能力强,以防误报、漏报等事件发生给用户带来不便;

(4)安全性:系统建设要符合用户对信息安全管理的要求,并有相应的技术手段对软件资料和操作安全加以保护。

本设计包括硬件和软件设计两个部分。控制系统整体分为整体控制电路、无线发射接收、报警单元电路、LCD控制显示电路及软件设计等组成。用户端模块完成采集信息、处理相关信息、数据的传送等,全部数据均可以保存到计算机。

系统的工作原理:本系统通过下位机的烟雾传感器MQ-2、温度传感器DS18B20等探头采集数据。检测烟雾浓度和当前温度,经过模数转换(18B20有集成)成为数据流,通过单片机转为二进制代码,通过三种通信方式(有线、无线、网络)中的任意一种进行传送数据,把数据流(数据包)送往电脑。电脑接收到数据流(数据包)经过电脑服务器软件程序,在电脑的屏幕上显示当前的温度、家电工作等情况,若需要保存数据可截图保留,以便日后分析与拓展。与此同时,电脑通过服务器软件操作(如打开智能模式、开关空调等),经过三种通讯中的其中一种方式命令到下位机,同时控制下位机动作,实现远程智能监控功能。

3 硬件电路设计

主控制板主要包括单片机最小系统、LCD12864系统、温度检测和八段数码管显示、RS232串口通信、网络接口系统、无线24L01通信系统等。

系统通过应用网络模块,把单片机输出的指令转换成网络数据包,对数据进行转换输送,最终通过互联网到达计算机上,在计算机软件上显示整个系统的当前状况,实现数据采集,运算和指令控制。

4 监控软件设计

通过综合分析,系统监控软件应具备三项功能:

(1)上下位机都可发送数据,也可接收数据,还能进行异步通信;

(2)PC机输入指令发送给下位机,下位机接收PC机发送数据送LED显示;

(3)上位机程序即PC端程序采用VB6.0制作,人机界面友好,界面简洁,功能完善。

实现下位机即单片机系统的初始化,设置单片机串行口控制寄存器SCON,电源控制寄存器PCON,定时器T1初始化,开中断。系统不停的对键盘和Rx D线进行监测,当通过扫描发现有按键输入时,经过按键处理后就启动该模块向上位机PC端发送键码,当单片机8051监测有数据时,启动程序进行数据接收,并在单片机系统的LED显示。

数据接收子程序流程图如图1所示。

4 监控系统总界面

智能家居监控系统总界面包含多个模块:温度检测模块、温度统计计算模块、COM口设置、网络状态模块、智能温控模块、一键智能模块、特别信息采集模块、家电控制及运行指示模块。界面如图2所示。

本设计是一个成功的多功能的智能家居控制系统,具有远程监控、无线遥控、手动控制三种方式,能够在有互联网的地方与其进行通信,能将各种家电设备、监控设备等都挂在互联网上,通过互联网实时监控家用设备和环境状态,远程数据采集、统计、分析、控制,智能警报等。经实验证明,本系统具有成本低、安装简单、多种控制方式,扩展性强等特点,可广泛应用于大众家庭。

参考文献

[1]李守容.一种新型智能家居系统设计[J].科技创新导报,2012年.

[2]叶牛.基于ARM的智能家居监控系统设计[D].太原科技大学.2014.

[3]彭洪明.智能家居的体系结构及关键技术研究[D].北京交通大学,2012.

[4]陈文凤.智能家居远程监控系统的研究与设计[D].广东工业大学.2014.

网络化智能测控技术研究 第9篇

网络技术、信息技术的更新速率加快, 运用范畴扩大, 让科技、生产的诸多领域革新程度巨大。网络、信息及智能测控技术的糅合, 推进了可用于网络体系的智能测控领域诞生, 而这种糅合让信息、控制范畴内的各项技术和关联理论得以提升和发展。国内、国外对工业现场式、远程式、网络化分布式智能测控开展了积极探究。而此类技术的提升和运用对民众的生活、工作、加工等都有巨大的变革力, 进而引发技能、经济、社会的各项革新。本文对国内、国外探究的焦点予以剖析, 阐释技术现况和特质, 并对技术核心、发展态势予以研究。

1 基于Internet的嵌入式系统远程测控技术

1.1 嵌入式Internet的产生及发展

民众的生活、工业加工、生活常态中Internet技术已经随处可见。在二十一世纪, IT业更是将工业现场、城区环境、仪表智能、家电等领域内, 运行于Internet载体的远程测控定做探究焦点。总所周知在工业、环境、家电等领域中, 嵌入式系统的运用面非常广, 若将该种能效多元化的嵌入式系统引入Internet中, 这样就可构建运行于Internet载体的远程测控体系。因而嵌入式Internet就可看做Internet载体上运作的嵌入式系统技术。该项技术的推广会让社会的信息化、智能化、人性化、自动化的程度提高, 同时也是国内、国外IT产业聚焦的发展热点, 以及测控网络的发展趋向。当下, 多家公司都在积极对嵌入式Internet技术展开研发, 并给出嵌入式系统同Internet结合的多种互联策略。如EMIT是由em Ware公司研发的技术、 i PIC系列单片机是Microchip集团研创、 SX系列单片机则是Scenix公司所研创、i Chip S7600A芯片是Seiko公司研创、Webchip PS2000芯片是P&S公司研发, 而DS80C400 网络微控制器、TINI技术都是Dallas集团研创。

1.2 嵌入式Internet的关键技术

嵌入式系统多用模式为小规模的计算机体系, 而Internet中信息流通协议限定了计算机的存储、运算速率等属性运作的标准较高, 这就让占用系统资源较大的Internet协议、服务如TCP/IP等很难被嵌入式系统所支撑。怎样让嵌入式的系统接入Internet网、嵌入式Internet的安全化、Web“瘦”服务器等技术成为嵌入式Internet技术侧重点和关键点。

1.2.1 嵌入式Internet接入技术

遵照当下技术现况, 将来发展趋向, 嵌入式的Internet接入模式有网关类和独立节点两类。

(1) 网关模式。网关模式就是在嵌入式系统接入Internet时, 采纳的是专用网关。因专用类的控制网络协议运作较广, 出于对IP资源的节约层面考量, 并使得现存的网络兼容性更好, 因而就可以使用专用网关让嵌入式系统同Internet对接, 拓展其运用面。专用网关让计算机网、专用间的协议更易互换。同时此类模式让该系统构建的控制子网的成本缩减, 让控制子网更安全、稳衡, 便于管控。

(2) 独立节点模式。独立节点式就是在嵌入式系统直接接入Internet时, 是以自身为独立节点接入, 因为系统和Internet是直接化的交互联合, 就对系统需具备可将系统资源交互、高速率运作的系统软件、 TCP/IP网络协议软件, 多数为16/32bit高速嵌入式处理器系统

1.2.2 嵌入式Internet的Web服务器技术

民众的生活、工作中处处可见Web技术的运作, web的服务器、页面等成为民众在网络中最为常用、常触碰的事务。在Internet载体上运作web技术远程测控, 让民众在服务器上就可对现场设施、工作予以远距离测控, 这也是当下远程测控主体发展趋向。但在嵌入式的实际运作中, 该系统资源、处理力不强, 对Internet载体上的, 巨型信息Web服务器难以驾驭。因而怎样创设“瘦”Web服务器, 运作与资源限定的嵌入式系统成为嵌入式Internet的关键一环。

1.2.3 嵌入式Internet安全技术

嵌入式系统接入了开放化的Internet网络载体后, 也会遭遇同别的计算机系统相仿的网络安全危险。网络的安全对嵌入式Internet运用有直接关联, 需侧重考量。

因嵌入式系统在实际的运作中, 系统组构有着较大异同性, 系统资源被限定, 现存运作计算机系统的网络安全技术难以直接运作, 让嵌入式Internet有较多的纰漏之处, 并有新难题需深入探析和处理。嵌入式Internet的安全设置可考量层面有, 第一是对整体系统从网络的分层组构内对安全架构予以创设;第二从密码理论层面对系统创设密码类的协议、算法等确保安全。此类举措的执行都需遵照嵌入式系统特质, 提升其效用、可信度, 使其更便捷化。

2 基于Multi- Agent网络化智能测控

现代化工业加工生产流程、测控体系都是差异化设施、步骤的组合体, 也是质量流、信息流、能源流交互的有机体。以管控和系统视角观测, 其是测控网络所链接的分布式体系。但将现场内每一智能测控点交互组构成网络, 让信息、资源可以互通、共享, 并远距离可测控, 这同现场、物理环境的智能化测控预定标准不相符。伴随测控体系的分布化、对象繁杂化、环境复杂化、要务多元化, 民众更期许测控网络内的测控节点对繁杂、动态的物理现场空间内智能性足够高, 可借助自能学习、协作、调用、适用等自能化的对各类繁杂化测控要务予以执行。

2.1 分布式人工智能的发展与复杂工业过程的智能测控

上个世纪八十年代衍生出的分布式人工智能, 即DAI, Distributed Artificial Intel - ligence是人工智能中关键部分。同时伴随计算机、网络、微电子等技术的突飞猛进, 该项职能技术成为人工职能体系内最高端、前沿的探究项目。分布式人工智能技术、理论更是在机器人的操控、Internet网络测控、城区交通管控、生产环节掌控等实际运作中能效巨大。自九十年代分布式人工智能探究焦点成为多智能体系统, 即MAS, Multi- Agent System系统的探究。该项探究仍在进行、完善中。多智能体系统是运作在动态空间中有高自能力的Agent智能体组构而成, Agent可以是智能节点、器械某一软件程序、系统等, 在目标要务的推动下自能化的运作学习、社交、通讯等方式对周边空间内的动态予以感应、适应, 并及时应对。此体系内的Agent是较为独立化、分散化的分布式关系, 彼此间可互通对接、交互相适、协助工作, 执行各项单一Agent所不能做到的事务。对以往、常态测控技术所不能处理的繁杂化现场空间、分布对象, MAS理论和方案是可智能测控的高效模式。

现代化工业测控系统更趋向于开放化、分布式、网络智能化、交互操控化。并对互联网络式的测控体系有处理分布繁杂队形、空间、多元要务的要求, 对此类繁杂、动态物理现场环境需有高智能性, 同时需凭借自能学习、交互协助、适应、调配等执行复杂测控要求。而MAS技术更能胜任, 并对各要务逻辑化的予以处理。

2.2 基于MAS的分布式智能测控中要解决的关键问题

MAS技术运用与网络智能测控时, 相较普通化智能的运用而言, 有着高即时性、高可信性要求, 并对资源的限定予以侧重。

在此类要素中展开探究的关键技术分为:第一, 创建MAS体系的组构和行为模式。第二创立Agent学习别的Agent知识或周边环境的即时在线自学体系。第三, Agent多元动态系统的重整技术, 让更多的Agent系统对内层组构、功用予以动态化的调整, 进而同周边环境和要务变动相适应, 让整体化行为同外围空间的干扰作用相适应。第四, 构建Agent间的知识互通、资信共享体系和模型。第五创立Agent间协助、调配体制, 处理各类资源在Agent系统内的调配难题, 并对Agent间的协作困难、对立、矛盾予以处理, 进而达成高级别、大范畴的智能化管控。第六, 要务的分解、调配、形式化阐述、结论汇总等。

此类核心要素的分布式实时测控探究, 将对分布式人工职能理论, 控制理论有较大的推进性, 使其运用更为宽泛。

3 结束语

网络化智能测控技术的发展正在蓬勃进行, 有着活跃度高、挑战性强的特质领域, 是计算机网络、自动化理论交互融合的技术, 同计算机的网络技术、自动化控制技术、分布式人工智能技术关联紧密。此类理论、技术层面上的交互, 将会推动现代化智能控制的理论、技术、体系革新, 并在工业、航运、交通、家电、汽车等产业内的测控、监察、智能、自控范畴中运用更广。

参考文献

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[2]童佳明, 高丽媛.远程测控技术的发展现状和趋势[J].科技致富向导, 2014 (09) .