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基于IP技術的智能監控系統構架及裝置研究
摘要：本文針對IP技術和控制技術相結合的發展趨勢，提出了一種基于IP技術的智能監控系統構架的實現方法，討論了該系統的構架原則和特點，設計了相應的監控裝置的硬件實現方案，并進行了實驗研究，對于開發一種具有較好開放性、靈活的擴展性和方便易用的網絡監控技術作了有益的探索。
關鍵詞：智能監控 TCP/IP協議 以太網 控制網
0引言
當前自動化領域內的一個新趨勢是基于以太網/互聯網的網絡測控架構由于其優良的測控特性，正逐漸被廣泛采用，并取代傳統的串行通信而成為自動化系統網絡通信的主流。目前該領域的開發和研究特點主要表現在：①傳統的網絡測控技術在適應性、開放性、復雜性和價格成本方面的局限性日益受到挑戰，而以太網具有的高速、大容量、開放性和適應性強的優點與現代測控領域的要求相適應，工業以太網技術越來越廣泛地應用于智能測控領域[1-2]；②基于IP的Internet網絡技術已經很成熟，有完善的協議體系和豐富的應用層開發工具，采用基于IP的測控技術可以在很大程度上解決各種測控設備和計算機設備通過異種或同種網絡互聯的問題，為構造開放式測控系統提供有力支持，大大增加系統通信的靈活性 [3-6]；③基于TCP/IP的測量、控制和管理一體化技術發展非常迅速，測、控、管一體化技術不同于單純的測控技術和信息管理技術，而是依托一個高效率、開放性的網絡系統，將測量、控制和信息管理結合起來，通過系統各要素之間充分協調配合，使系統整體達到最優目標[7-8]。
可見，對以TCP/IP和以太網為代表的開放式網絡技術進行研究，并將其應用于自動化測控系統，有助于開辟智能測控技術和IP技術相結合的新的研究領域，對其原理和應用進行研究具有較大的研究價值。
1基于IP技術的智能監控系統構建原則
系統體系結構構建的目的是為了實現遠程化、智能化的測控目標，并在此前提下確定系統的工作原理和系統實現的硬件基礎，完成上述任務的前提是確定系統的構建原則。
本文主要基于室內智能照明控制、室內環境調控的應用場合，將基于IP的測控技術結合以太網技術的特點來設計一種可行的系統構架及裝置的實現方法，并進行實驗研究。
基于以上所述，本文確定了以下基于IP的智能監控系統構架原則：
⑴ 系統應該具有較豐富的接口類型 把軟件和硬件兩方面結合起來考慮，建立與應用相適合的接口和規范，接口的類別主要有串行數據接口（用于擴展流量計、電度表和溫度濕度計等測量儀表）、開關量輸出接口（擴展控制信號輸出）、狀態輸入接口（用于擴展工作信號、報警信號和故障信號等狀態傳感器）、信號輸入接口（直接擴展傳感測量電路）、網絡接口（用于擴展遠程通信）等；
⑵ 系統的裝置應具有網絡直接接入功能 監控裝置內部嵌入以太網通信接口和驅動程序，不需要采用專門的計算機作代理服務器或網關，通過監控裝置可以在任何可連接Internet的地方訪問被控設備；
⑶ 系統的設計遵循模塊化的思想 在硬件結構和軟件結構上采用模塊化思想，不僅便于開發調試，而且增加了系統靈活性，為進一步的功能改變和系統擴充提供條件；
⑷ 具有比較經濟的使用和維護成本 產品成本經濟易于在用戶中快速普及，有機會被各種類型的用戶使用，在性能上得到不斷改進從而最終被用戶接受；
⑸ 系統的安裝、配置和操作簡明 簡明的特性使得即使是非專業的計算機操作人員使用起來也沒有較大困難，監控裝置在設置好相關參數后能即插即用，終端操作和監視界面也應直觀、簡明、友好。
2 系統構架模型設計
基于以上原則，設計了圖1所示的基于IP的網絡化智能監控系統的構架，圖中描述了測量、控制設備與網絡相互連接組成一個系統的關系，整個系統構架基本分為以下三個網絡層次：
第一網絡層次 是各被控設備通過網絡化智能監控裝置連成一個監控網。各傳感器送來的狀態信號通過裝置的輸入端口輸入，供單片機處理、傳送；控制指令由輸出端口輸出到設備的執行控制機構；串行接口作為設備與監控裝置進行數據交換的擴展接口和連接微機的虛擬控制臺接口；
第二網絡層次 是區域以太網（局域網）。在這一層次中，同屬一個單位（或部門）的網絡設備和管理系統的網絡設備等連成一個局部區域內部的網絡，有較高的安全性，網絡的配置、管理及用戶的設備都可以明確地加以管理，網絡中用戶的身份是確定的；
第三網絡層次 是Internet網絡系統。這是一個全球范圍的廣域網，這個網絡將全球其他連在其上的網絡設備聯成一個整體，聯網的任何計算機終端設備可以通過Internet互相進行資源訪問，是實現真正的遠程監控必須依賴的媒介。在第二層次和第三層次之間設置局域網網關和防火墻，可對不必要的數據流量進行隔離。
采用上述體系結構具有如下特點：
⑴ 網絡化智能監控裝置成為一個監控信息匯集平臺。 監控裝置是第一層次和第二層次的銜接點，其對輸入的普通模擬信號進行辯識并處理，然后進行編碼并通過網絡響應遠方的請求，同時監控裝置也可對接收自網絡的有效數據指令進行解釋，以決定在相應的端口輸出操作信號。通過這個平臺的處理和轉換，普通的設備不需處理復雜的網絡協議，就可實現網絡測控；
⑵ 該體系結構能更高效地使用網絡資源
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