【科研論文】基於HTTP協議的嵌入式遠程監控系統的研究

內容簡介:

利用網絡實現局域乃至全球範圍內的監測與控制,是信息與控制系統的主要發展趨勢。嵌入式系統因其體積小、功能強、可靠性高、靈活方便等優點,已滲透到工業、農業、國防、教育、科研以及消費等各個領域,對各行各業的技術改造、產品更新換代、提高生產效率等方面起到了重要的推動作用。

嵌入式遠程監控技術作為網絡化控制的代表,與傳統工業嫁接,解決了工業測控領域中異構網絡互聯問題,提高了傳統裝備的智能化水平。它既保留了嵌入式設備的優點,又可藉助於Internet把現場設備的控制延伸到地球上任何一個角落,從而真正實現設備的遠程管理和控制。 本課題的主要研究目的是研究並設計一種遠程監控系統的解決方案,為今後進行網絡控制與信息網絡的集成打下基礎。

為了充分發揮嵌入式設備和網絡化控制的優點,在深入研究TCP/IP協議和Linux操作系統原理的基礎上,設計並實現了一種基於HTTP協議的嵌入式遠程監控系統,系統採用B/S(Browset/Server,瀏覽器/服務器)架構,其特色在於設計了以具有Cortex-M3內核的微處理器—STM32F103RB為核心的嵌入式Web服務器子系統和以具有ARM9內核的微處理器—S3C2410A為核心的嵌入式瀏覽器子系統,二者可以連接組成一個小型的局域網或廣域網,經由此網絡,服務器可響應用戶在瀏覽器端發出的訪問請求,當驗證用戶信息的合法性後,會及時產生包含有與其控制的設備的當前狀態和參數數據的網頁,並將其發布到網絡,用戶收到網頁並可以利用上面的控制按鈕實現對遠程設備的狀態控制,另外,網頁上的數據能不斷更新。

為實現上述目的,本課題主要進行了以下幾個方面的工作:

1、結合當前遠程監控系統的發展現狀與發展前景分析了嵌入式遠程監控系統的特點,並總結了當前嵌入式系統支持TCP/IP協議的四種實現方式。

2、為在STM32F103RB上實現HTTP協議的解析,首先從數據報結構、連接管理、流量控制和可靠性四個方面分析TCP協議。在研究萬維網原理的基礎上,學習超文本標記語言,並設計出監控系統網頁程序。另外,着重分析了HTTP協議的工作模式、特點以及消息格式。

3、按照本課題對嵌入式Web服務器和嵌入式瀏覽器的不同設計要求,為二者選擇合適的處理器芯片以及支持TCP/IP協議棧的方式,其中瀏覽器子系統採用支持TCP/IP協議棧的Linux操作系統,而服務器子系統採用全硬件實現TCP/IP協議棧的W5100芯片。

4、基於Linux的嵌入式系統開發的五層結構,構建了嵌入式瀏覽器系統平台。分析Bootloader引導程序vivi的啟動過程和實現原理,並學習vivi的常用控制命令。分析Linux操作系統的內核結構以及設備管理,並實現Linux2.6內核和根文件系統在S3C2410A上的移植,在此基礎上構建了嵌入式圖形用戶接口界面,並成功實現嵌入式瀏覽器Konqueror/Embedded的移植,為遠程監控提供良好的可視化界面。

5、設計基於STM32F103RB的嵌入式Web服務器的硬件電路,根據W5100在TCP服務器模式下的網絡狀態變化實現其驅動程序,並基於硬件實現Web服務器程序,該程序主要包括解析HTTP協議程序、網頁數據更新程序、Base64碼解碼程序和網頁程序等。

6、為驗證服務器系統的網絡傳輸速度,設計了網絡通信演示軟件,通過測試,證明其完全滿足數據量低且需要實時傳輸的監控系統的要求。對整個遠程系統進行組網測試,測試結果滿足預期目的,也為進一步的改進工作奠定基礎。給出一個實際的應用實例的方案。

作者:高嵩

單位:北京工業大學

 

原文來自:萬方數據知識服務平台

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