CN103309337A - 一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法，所述监控系统与监控现场的环境调节设备连接，用于现场环境信息的监控及调节，包括监控终端、开关量模块、模拟量模块、通信模块、微控制器及客户端，所述监控终端分别连接开关量模块、模拟量模块及客户端，所述通信模块分别连接开关量模块、模拟量模块及微控制器，所述微控制器连接客户端。所述监控终端用于采集所述环境调节设备产生的信息，并将所述信息分别发送给开关量模块及模拟量模块。所述开关量模块及模拟量模块，用于分别将监控终端发送的信息转换为微控制器可识别的信号后发送给微控制器。

Description

一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法

技术领域

本发明涉及远程监控领域，尤其涉及一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法。

背景技术

远程监控系统是当前工业自动化领域研究的热点之一。远程监控是指本地计算机通过网络对远程的设备状态进行查询、监测与控制。一方面对于环境恶劣或无人值守的现场，可以通过网络传递信息，实现远程监控。另一方面，现场控制可以与上层管理相结合，实现办公自动化与工业自动化的无缝连接。

现有的监控系统大多数都是根据具体的应用需求进行专门设计的。实际上，这些监控系统的功能大部分相同或类似，关联很大。如果单独对各个系统重新开发的话，将产生需求分析、设计、编码、测试等多方面大量的重复劳动，这样无疑加大了设计成本。

鉴于上述原因，需要对远程监控系统的共性进行分析研究，建立监控系统的一般模型，提出一种基于嵌入式以太网的远程监控系统通用平台的设计方案。它应该能够提供硬件可裁减、软件可定制的基础框架，以提高软硬件可重用性与开发效率。以便于项目的开发人员能在此框架的基础上快速地开发或配置出满足实际需求的应用系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法。本发明提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统，可以根据用户需求对监控终端提供的接口参数及控制关系进行配置，快速地设计出实际监控应用系统，可用于交通、矿业、物业、机房等多个领域。

本发明提供一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统，与监控现场的环境调节设备连接，用于现场环境信息的监控及调节。所述系统包括监控终端、开关量模块、模拟量模块、通信模块、微控制器及客户端，所述监控终端分别连接开关量模块、模拟量模块及客户端，所述通信模块分别连接开关量模块、模拟量模块及微控制器，所述微控制器连接客户端。所述监控终端用于采集所述环境调节设备产生的信息，并将所述信息分别发送给开关量模块及模拟量模块。所述开关量模块及模拟量模块，用于分别将监控终端发送的信息转换为微控制器可识别的信号后发送给微控制器。

优选的，所述微控制器采用飞思卡尔Cortex-M4系列的K60N512芯片作为主控芯片。

优选的，所述信息采集模块还包括图像采集电路。

优选的，所述通信模块通过UART、RS-485接口、SPI、USB或以太网方式连接所述开关量模块、模拟量模块及微控制器。

优选的，所述监控终端通过GSM通信方式与所述开关量模块、模拟量模块及客户端连接。

本发明还提供一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控方法，包括以下步骤：

S1：监控终端将采集到的信息发送给开关量模块及模拟量模块，所述开关量模块及模拟量模块分别将所述信息转换为数字信号后，通过通信模块发送给微控制器；

S2：所述微控制器将所述数字信号转换后显示在客户端界面，所述客户端向微控制器发出参数调整命令；

S3：所述微控制器通过通信模块向开关量模块及模拟量模块转发所述参数调整命令，开关量模块及模拟量模块将所述参数调整命令转换为自然信号后发送给监控终端，所述监控终端调整开关量及模拟量。

优选的，所述客户端界面的参数来源为本地数据库，所述数据库的表结构包括控制器通道配置表、网络参数配置表、输入输出控制表、监控信息表以及管理员信息表。

优选的，所述监控终端采集的信息包括开关信息及模拟量信息，所述模拟量信息包括温度、湿度和亮度信息。

优选的，所述监控终端可将自身获取的图像信息在本地存储，或通过GSM通信方式发送给客户端。

与现有技术相比，本发明提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法，通过监控终端执行客户端发出的调整命令，在条件允许的情况下启动空调等设备使现场环境达到理想条件。当现场的温度过高、湿度过大，甚至出现火灾、漏水等严重情况时，用户可以第一时间得知，从而保证了监控现场的环境安全。而且在已设计的框架基础上，用户只需输入对应需控制的模拟量及开关量，即可实现实际监控应用，省去了再次开发、测试等重复性工作，技术人员可快速地配置出符合不同场景的远程监控系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统结构示意图；

图2是本发明较佳实施例提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控方法流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如附图1所示，本发明较佳实施例提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统包括监控终端1、开关量模块2、模拟量模块3、通信模块4、微控制器5及客户端6，所述监控终端1分别连接开关量模块2、模拟量模块3及客户端6，所述通信模块4分别连接开关量模块2、模拟量模块3及微控制器5，所述微控制器5连接客户端6。所述监控终端1用于采集所述环境调节设备产生的信息，并将所述信息分别发送给开关量模块2及模拟量模块3。所述开关量模块2及模拟量模块3，用于分别将监控终端1发送的信息转换为微控制器5可识别的信号后发送给微控制器5。

其中，所述通信模块通过UART（通用异步收发传输器）、RS-485接口、SPI(串行外设接口)、USB或以太网方式连接所述开关量模块、模拟量模块及微控制器，此通信方式为短程连接方式。所述监控终端通过GSM通信方式与所述开关量模块、模拟量模块及客户端连接，此通信方式为远程通信方式，使用TCP/IP协议传输数据。

本发明提供的远程监控系统中，微控制器采用飞思卡尔Cortex-M4系列的K60N512芯片作为主控芯片。

所述信息采集模块还包括图像采集电路，用户通过客户端向监控终端发出图像请求，监控终端向所述客户端返回监控现场的图像。

下面将对本发明提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统方法作出详细说明。如图2所示，本发明较佳实施例提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控方法包括步骤S1～S3。

步骤S1：监控终端将采集到的信息发送给开关量模块及模拟量模块，所述开关量模块及模拟量模块分别将所述信息转换为数字信号后，通过通信模块发送给微控制器。

具体而言，所述监控终端采集的信息包括开关信息及模拟量信息，所述模拟量信息包括温度、湿度和亮度信息。监控终端分别将开关信息发送给开关量模块，模拟量信息发送给模拟量模块。于此，开关量模块工作原理为，通过开关信号，即高低电平，与外部设备进行交互。其中，开关量模块包括开关量输入电路及开关量输出电路，开关量输入电路将所述信息中包含的开关量信息转换成微控制器能识别的数字信号“0”和“1”；开关量输出电路负责控制外部设备开启和关闭。模拟量模块包括模拟量输入电路及模拟量输出电路，模拟量输入电路将所述信息中的模拟量信息转换成电信号，经通信模块发送给微控制器后，被微控制器的AD通道转换成数字信号；模拟量输出电路通过AD通道输出电信号，以控制外部设备工作及关闭。

步骤S2：所述微控制器将所述数字信号转换后显示在客户端界面，所述客户端向微控制器发出参数调整命令。

具体而言，客户端安装本发明提供的远程监控系统应用程序，用户可登录后在操作界面进行相应参数配置及调整。本实施例中，用户身份包括超级管理员及管理员：对于超级管理员，界面所有功能均开放；对于其他管理员，界面将在原有界面基础上屏蔽某些菜单选项。当微控制器接收到开关量模块或模拟量模块发送的电信号后，通过自身软件进行转换，最终实现在客户端界面。

于此，本发明部分数据采集或转换由软件实现，包括高端软件和低端软件两部分。其中高端软件包括数据库和监控平台软件两部分。客户端中的数据库管理模块主要实现对所有控制器配置参数、远程监控参数以及管理员信息的管理，所述客户端界面的参数来源为数据库。于此，所述数据库的表结构包括控制器通道配置表、网络参数配置表、输入输出控制表、监控信息表以及管理员信息表。监控平台软件由数个配置界面组成，本发明中的监控平台软件将通用的二次开发功能与实际应用的监控管理功能合二为一，通过用户权限控制具体加载哪些功能。

低端软件包含于监控终端、微控制器及客户端中。监控终端中的软件用于完成现场环境的模拟量（温度、湿度、亮度）、图像采集；还用于对传感器采集的数据进行处理，并执行相关的控制操作（包括调节空调的开关及风扇的开关）；同时用于实现短程网络及远程网络的数据传输，以及构建web服务器和客户端程序。

步骤S3：所述微控制器通过通信模块向开关量模块及模拟量模块转发所述参数调整命令，开关量模块及模拟量模块将所述参数调整命令转换为自然信号后发送给监控终端，所述监控终端调整开关量及模拟量。

具体而言，所述监控终端根据所述转换后的自然信号，对监控现场的环境调节设备对应的开关量及模拟量进行调整。于本实施例中，远程监控系统界面可以对接入网络中的所有现场环境调节设备进行远程监控。为了满足用户的不同监视需求，提供了两种监视界面：图片显示方式及曲线显示方式。其中，能够体现监控现场信息的图片方式，其实现过程为：监控终端根据客户端发出的图像请求提供图像。于此，监控终端可将自身获取的图像信息在本地存储，或通过GSM通信方式发送给客户端。另一种监视界面曲线显示方式，偏向于指定时间段内所有历史记录，并可对不同的开关量或模拟量进行对比显示。

此外，本发明提供的远程监控系统还包括动态在线校准功能，该功能用于通过当前A/D值动态校准物理量，它通过后台数据库在界面体现。于此，所述动态在线校准功能界面参数包括当前A/D值、所述A/D值对应的物理量、所述物理量名称。于此，所述物理量包括温度、电流、电压等自然电信号。

A/D值与物理量为线性关系，设A/D值为x，物理量为y，两者关系表达为y=kx+b。初始时分别获取物理量取值范围（y1，y2）及A/D值取值范围（x1，x2），将y1、y2、x1及x2分别代入公式y=kx+b中，计算得出k值及b值后，即可开始使用界面的校准功能。用户可根据当前采集的A/D值，获得校准后的物理量，以实现物理量的动态回归。

综上所述，本发明较佳实施例提供的基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统及方法，用户可在远程客户端发出调整命令，监控终端进行相应自然物理量的调整，或者系统通过动态校准功能，使得监控终端自动调整对应物理量，均可远程调整空调等设备，使现场环境达到理想条件。同时，通过监控界面不同开关量或模拟量的历史记录对比，可使监控人员全面掌握现场环境的变化情况，为下一步的相应参数调整作好准备。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式以太网的可定制远程监控系统，与监控现场的环境调节设备连接，用于现场环境信息的监控及调节，其特征在于，包括监控终端、开关量模块、模拟量模块、通信模块、微控制器及客户端，所述监控终端分别连接开关量模块、模拟量模块及客户端，所述通信模块分别连接开关量模块、模拟量模块及微控制器，所述微控制器连接客户端：

所述监控终端用于采集所述环境调节设备产生的信息，并将所述信息分别发送给开关量模块及模拟量模块；

所述开关量模块及模拟量模块，用于分别将监控终端发送的信息转换为微控制器可识别的信号后发送给所述微控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器采用飞思卡尔Cortex-M4系列的K60N512芯片作为主控芯片。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息采集模块还包括图像采集电路。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信模块通过UART、RS-485接口、SPI、USB或以太网方式连接所述开关量模块、模拟量模块及微控制器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控终端通过GSM通信方式与所述开关量模块、模拟量模块及客户端连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：监控终端将采集到的信息发送给开关量模块及模拟量模块，所述开关量模块及模拟量模块分别将所述信息转换为数字信号后，通过通信模块发送给微控制器；

S2：所述微控制器将所述数字信号转换后显示在客户端界面，所述客户端向微控制器发出参数调整命令；

S3：所述微控制器通过通信模块向开关量模块及模拟量模块转发所述参数调整命令，开关量模块及模拟量模块将所述参数调整命令转换为自然信号后发送给监控终端，所述监控终端调整开关量及模拟量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述客户端界面的参数来源为本地数据库，所述数据库的表结构包括控制器通道配置表、网络参数配置表、输入输出控制表、监控信息表以及管理员信息表。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监控终端采集的信息包括开关信息及模拟量信息，所述模拟量信息包括温度、湿度和亮度信息。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监控终端可将自身获取的图像信息在本地存储，或通过GSM通信方式发送给客户端。

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