基于嵌入式WEB的工业洗衣机远程监控系统研究.docx

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1、基于嵌入式WEB的工业洗衣机远程监控系统研究lihan导语：随着互联网技术近年度来的不断开展，机电设备融入互连网，并对其进展远程监控得到了广泛应用。随着互联网技术近年度来的不断开展，机电设备融入互连网，并对其进展远程监控得到了广泛应用。基于嵌入式WEB的远程监控是在传统远程监控的根底上又交融了Web和嵌入式技术，可提供比传统远程监控更为强大的功能，将成为今后远程监控技术开展的主流方向。Web技术弥补了传统监控系统的缺乏，致使运用Web技术实现设备的远程监控，已经越来越多地成为设备监控系统不可或者缺的一局部。嵌入式设备的Web效劳为现场设备的数据收集、监控、诊断和维护开拓了一个新的领域。基于嵌入

2、式Web的工业洗衣机远程监控模型基于嵌入式Web的远程监控思想是在机电设备中实现HTTP效劳，将其转化成WebServer嵌入到被控设备中，为Internet或者局域网用户提供基于Web的图形化管理接口，进而省去了专用客户端管理软件，实现对接入到网络中各种设备的统一管理。用户可以通过现有的公共通信网络，不受地域限制，使用标准的Web阅读器作为接口直接访问机电设备上的Web效劳器，实现对网络中各个节点现场设备的远程监控、诊断与维护。一般工业洗衣机的根本功能有：人机接口、电机控制、阀控制、洗衣机状态检测、温度检测和水位检测。要实现远程监控和远程故障诊断，洗衣机还应具有网络功能。要实现智能控制，即在

3、洗涤经过中控制器能根据洗涤物的多少、脏污程度和脏污性质自动给出最正确洗涤方案，这就要求洗衣机具有浑浊度检测和布质布量检测功能。通过上述分析，要实现工业洗衣机的根本功能和智能化和网络化，嵌入式系统至少要有以下接口：LCD接口、触摸屏接口矩阵键盘接口、LED指示灯接口、RS-232或者RS485接口、UART接口、3路AD输入、21路数字量输出、8路数字量输入两个可作为中断源及Ethernet接口，基于嵌入式WEB的工业洗衣机远程监控的总体构造图如图1。随着嵌入式微处理器的开展，出现了PowerPC、68K、MIPS、ARM等一系列低功耗、高性能的嵌入式CPU。因此选择低本钱的32位ARM系列嵌入

4、式处理器，不但价格低廉，而且功耗低、处理速度快，应用前景广泛，比拟合适远程监控需求。在工业洗衣机的远程监控的系统中选用韩国当代公司的HMS30C720232位RISC微处理器，这是一款具有高性价比的芯片。该芯片内集成了ARM7TDMICPU核，存储器管理单元MMU，8KB的高速缓冲存储器和写缓冲器。并具有丰富的接口：支持STN和TFT的LCD、触摸屏、矩阵键盘、鼠标、LED指示灯、LAN、CAN、USB、RS-232、RS-485、红外、24路继电器输出、10路数字量输入、3路模拟量输入和2路PWM输出。为实现远程网络监控，系统底层网络接口芯片采用CS8900A及外围电路实现,本系统中网络接口

5、芯片CS8900A工作于16位形式。工业洗衣机远程监控智能控制系统硬件框图如图2。软件设计的核心工作是在上述硬件平台上建立嵌入式WEB效劳器,实时响应用户的恳求。除此之外还要实现工业洗衣机的智能控制。工业洗衣机系统需要进展多个参数的检测，需要使用多个传感器，每一个传感器的参数检测和数据传输方式也各不一样。并且在洗涤经过中有很多需要控制的部件，如变频器、各种阀等；在系统中各功能模块关系复杂，任务多，而且各种需求间有并发关系。另外，还有网络功能。因此有必要引入嵌入式操作系统。本系统选用C/OS-II嵌入式操作系统，它是一个多任务强实时的开源操作系统，经裁减、移植与补充后形成工业洗衣机的专用实时操作

6、系统。网络通信协议TCP/IP采用源码公开的1wIP协议栈，并针对详细需求进展优化设计。为了得到人性化的本地操作用户界面，采用了一种开源的图形用户界面C/GUI，它与C/OS-II有很好的接口配合，功能完善。因此，工业洗衣机智能控制器软件由四局部组成：实时操作系统C/OS-II、硬件驱动程序、API函数和应用程序。详细构造如图3：嵌入式操作系统mC/OS-II是一个源代码公开的占先式多任务微内核RTOS,每个任务具有不同的优先级，可以很好的知足实时性需求。与其它实时操作系统相比，mC/OS-II构造简单、容易移植，广泛运用于工业控制的各领域。在将mC/OS-IIV2.51移植到HMS30C72

7、02上的主要工作是修改三个和ARM体系构造相关的文件，OS_CPU.H，OS_CPU_C.C和OS_CPU_A.S。OS_CPU.H主要包含编译器相关的数据类型的定义、堆栈类型的定义和几个宏定义和函数讲明。而OS_CPU_C.C中那么包含与移植有关的C函数，包括堆栈的初始化函数和一些钩子hook函数的实现。OS_CPU_A.S中那么包含与移植有关的汇编语言函数，包括开/关中断、上下文切换、时钟中断效劳程序等等。TCP/IP协议栈系统采用开源TCP/IP协议栈LWIPLightWeightIP，LWIP是SwedishInstituteofComputerScience开发的一套用于嵌入式系统的

8、开放源代码TCP/IP协议栈。LWIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的根底上减少对RAM的占用，一般它只需要数10kBRAM和40kB左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈合适在低端嵌入式系统中使用。LWIP协议栈在设计时就考虑到了将来的移植问题，把所有与硬件、OS、编译器相关的局部独立出来，放在/src/arch目录下。因此LWIP在uC/OS-上的实现就是修改这个目录下的文件，其他的文件一般不用修改。本系统移植的是LWIP是1.1.0版本。LwIP的移植工作主要有：修改与CPU或者编译器相关的include文件：cch、cpuh、perfh，正确设置数据长度，字的上下位顺序等。修

9、改sys_archh和sys_archc中与操作系统相关局部。LWlP协议栈中用到了6个外部函数1ibarchc，这些函数与用户使用的系统或者编译器有关，因此需要自己实现。/src/netif/ethernetifc文件即为网络驱动的模板，我们可以参照此模板实现选用的网络设备驱动。做完上面的移植修改工作以后，就可以在uC/0S一中创立一个任务初始化LWlP，并创立TCP任务、UDP任务和HTTP任务。伪代码如下：创立LWIP任务系统初始化；内存初始化；包内存初始化；包缓冲初始化；;网络初始化；创立一个系统信号量；Tcpip初始化；等待系统信号量；释放系统信号量；设置网关；设置IP地址；设置子网

10、掩码；TCP初始化任务；HTTP初始化任务；UDP初始化任务；while1延时；嵌入式WEB效劳器随着Web技术的迅速开展，Brower/ServerB/S形式已成为流行的开发形式，这种方式根本上不用开发客户端程序，只需对效劳器端程序进展开发程序，在客户端采用诸如IE这样的阅读器对效劳器上的数据进展阅读。从功能上来讲，WEB效劳器监听用户端的效劳恳求，根据用户恳求的类型提供相应的效劳。用户端使用WEB阅读器和WEB效劳器进展通信。WEB效劳器在接收到用户端的恳求后，处理用户恳求并返回需要的数据。这些数据通常以格式固定、含有文本或者图片的页面出如今用户端阅读器。HTTPHyperTextTran

11、sferProtocol是WWWWorldWideWeb的核心协议，即超文本传输协议。WWW使用HTTP协议、超媒体技术将遍布全球的各种信息通过URLUniformResourcelocator-统一资源定位连接起来，以便于用户阅读。HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议。HTTP协议有两项功能，即传输文件和实现动态交互应用。LWIP在该源程序软件包含HTTP1.0。LWIP运行一个简单的HTTP/10效劳器至少可以同时响应10个以上页面恳求，而且占用RAM不超过4k字节。为了减少“上下文切换对整体性能造成的消极影响，LWIP的所有协议都在一个进程当中和操作系统内核分开实现。而HTTP程序既

12、可以是单独的进程可以以驻留在TCP/IP进程中。假如HTTP是单独的进程，可以通过操作系统的邮箱，消息队列等和TCP/IP进程进展通讯；假如HTTP驻留在TCP/IP进程中，那应用层程序就利用内部回调函数口RawAPI和TCP/IP协议栈通讯。由于嵌入式系统的资源有限，基于嵌入式Web的工业洗衣机的远程监控系统需要数据高效传输、图形化监控的人机交互界面和自主刷新。同时，对测量数据进展分析、处理都需要实现收集数据的本地保存。因此，采用阅读器/效劳器B/S和客户端与效劳器端C/S相结合的形式。在效劳器端采用CGICommonGatewayInterface技术，以实现阅读器和效劳器之间的交互。CG

13、I规定了Web效劳器调用其他可执行程序的接口协议标准，提供了Web效劳器执行外部程序的通道，这种技术使得阅读器和效劳器之间具有交互性。采用JavaApplet技术增强阅读器的功能，实现动态数据的实时阅读，通过B/S方式访问Web效劳器上的网页数据，客户端的IE阅读器阅读这个网页时，会把网页中标识的Javaapplet源程序下载到客户端执行。在Javaapplet源程序中，创立了一个套接字来完成与效劳器的通信前提是Web效劳器上同时运行一个相应的效劳器监听程序，获取实时数据，用于在阅读器中显示。事实上，在Javaapplet中的socket通信是一个典型的C/S访问方式。系统通过Javaappl

14、et平衡了效劳器端与阅读器端的负载状况，将一局部从前在效劳器上工作分给了阅读器，降低了效劳器的运行负荷。控制系统软件设计用户通过网络传送命令，控制洗衣机工作。根据用户设定的水位、温度等参数完成洗涤和脱水；洗衣机需要自动检测洗涤物质量、含棉率、脏污程度和脏污性质，通过智能推理得出最正确洗涤方案，自动完成洗涤经过。因此控制系统软件设计如下任务：模拟量收集任务，数字量检测任务，报警任务，阀控制任务，混浊度检测任务，洗涤控制任务，电机控制任务，网络任务。根据每个任务的重要程度设置不同的优先级，各个任务之间通过信号量或者邮箱进展通信。嵌入式WEB技术是一种新兴的技术，它采用瘦效劳器形式，大大降低了构建的费用。本文采取ARM+RTOS+LWIP+HTTP的架构实现工业洗衣机的远程监控，为洗衣机厂商的售后效劳和洗衣房和洗衣厂的管理带来极大的方便。通过网络可以实现洗衣机系统软件的远程晋级,进一步改善和进步系统的性能。