CN112671803B - 基于网络化控制系统的移动端监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络化控制系统的移动端监控系统，所述移动端监控系统采用客户端/服务器端架构，客户端运行于Java应用程序层，服务器运行于Linux内核层，两者之间通过TCP/IP协议建立通信。相比于现有技术，本发明具有如下优点：（1）采用了多线程和模块化等技术，能够通过网络获取控制系统中的所有节点信息，实现了移动监控；（2）由于控制器和监控系统同时存在于移动端，提高了数据的读写效率；（3）初步实现了监控界面的自定义，支持控制系统参数在线修改；（4）采用了更稳定的图形绘制模块，提高了数据绘制精度；（5）软件的可拓展性好，方便以后的功能拓展。

Description

基于网络化控制系统的移动端监控系统

技术领域

本发明属于网络化控制技术领域，涉及一种网络化控制系统，具体涉及一种基于移动端的支持可视化控制参数设定和在线监控等功能的监控系统NetConApp。

背景技术

近年来网络化控制系统（Networked Control Systems）在控制领域的研究热度越来越高，研究方式也由以前的理论推导和离线仿真渐渐趋向于实时在线仿真和工程实现。

随着互联网技术和物联网技术的发展，网络化控制系统的研究越来越受到研究人员和工程技术人员的重视。尤其是5G时代的来临和移动设备的迅速发展，网络化控制的实现越来越趋于简单化，便捷化，移动化。作为网络化控制的重要组成部分，数据监控系统是网络化控制系统中数据分析、数据监控、参数设置的前提，对提高网络化控制的效率有重要作用。NCS仿真和实现平台通过IP网络（以太网/无线网/因特网）连接技术，提供了网络化可视控制组态软件（NetConLink）供设计算法和生成实时控制代码，提供PC端网络可视化监控组态软件（NetConTop）供用户监控组态和实时控制。

移动端设备的快速发展为NetConApp提供了较好的平台支持，手机处理器的性能可以胜任很多控制任务。此前我们已经有将手机作为网络控制器的先例，但是监控平台还一直局限于PC端，这给网络控制的具体操作带来了很大的不便。

发明内容

本发明依托于NCS仿真和实现平台，提供了一种基于网络化控制系统的移动端监控系统，主要解决了网络化控制过程中的移动端监控和参数在线调试等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于网络化控制系统的移动端监控系统，采用客户端/服务器端架构，客户端运行于Java应用程序层，服务器运行于Linux内核层，用户通过网络化控制系统（NCS）将要执行的程序编译下载到移动端的Linux内核层，同时运行于Linux内核层的服务器端由控制程序获取所监控设备的运行信息，并通过TCP/IP协议将数据发送至运行在Java应用层的客户端，用户通过运行于Java应用程序层的监控程序实时监控网络化设备的信息。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

（1）采用了多线程和模块化等技术，能够通过网络获取控制系统中的所有节点信息，实现了移动监控；

（2）由于控制器和监控系统同时存在于移动端，提高了数据的读写效率；

（3）初步实现了监控界面的自定义，支持控制系统参数在线修改；

（4）采用了更稳定的图形绘制模块，提高了数据绘制精度；

（5）软件的可拓展性好，方便以后的功能拓展。

附图说明

图1为本发明移动端监控系统的框架示意图。

图2为本发明Simulink程序到可执行文件的代码生成过程示意图。

图3为本发明远程服务器程序的核心代码示意图。

图4为本发明的客户端程序模块流程示意图。

图5为本发明移动监控系统APP示意图。

图6为本发明移动端监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，移动端监控系统采用客户端/服务器端架构，客户端运行于Java应用程序层，服务器运行于Linux内核层，两者之间通过TCP/IP协议建立通信，实现了网络化控制的实时监控。软件分为两层：运行于安卓操作系统的Linux内核中的控制程序和运行于安卓Java应用程序层的监控程序。

具体实施方式二：考虑到安卓操作系统的开放性和可操作性，本发明的移动端监控系统选择安卓手机进行开发，在这里手机可以同时作为控制器和监控器，实现了移动端控制器和监控器的集成。用户可通过网络化控制系统，将要执行的程序编译下载到手机的Linux内核层，同时运行于Linux内核层的服务器可以通过控制程序高效的获取所监控设备的运行信息，并将数据发送至运行在Java应用层的客户端。用户通过安装在手机上的监控APP客户端，即可实时监控网络化设备的信息。

由于手机缺少输入输出通道，例如模拟输出、数字输入输出、PWM等，而输入输出通道在控制中必不可少。因此需要设计一个无线输入输出设备，以解决手机缺少输入输出通道的问题。该设备的主要功能是放大控制指令和反馈信号，因此不需要高性能的处理器。在本发明中，输入输出设备的处理器采用USR-C322处理器。USR-C322是有WiFi模块C32系列的一款高性能模块。该模块是为实现嵌入式系统的无线网络通讯的应用而设计的一款低功耗802.11 b/g/n模块。通过该模块，用户可以将物理设备连接到WiFi 网络上，从而实现网络化控制与管理。

控制器和输入输出设备间的信息交换是通过无线网络实现的。结合手机的特点，本发明中的无线通信网络有很多选择，例如：蓝牙、无线局域网、GPRS 等。无线网络的选择可以通过控制应用的要求确定，例如：对于一个本地控制的被控对象，无线局域网和蓝牙可以满足要求，如果需要对被控对象进行远程控制，GPRS和因特网可以满足要求。

具体实施方式三：本发明控制程序为通过Matlab编译到手机的执行代码，和服务器代码一同位于手机的Linux层。网络化控制的控制程序一般由Simulink搭建。MATLAB公司开发的Simulink Coder可以将Simulink框图转化为C语言程序。通过结合NDK等软件环境，可将生成的C语言程序编译到手机的Linux内核层的执行代码。本发明服务器程序也通过C语言设计在安卓手机的Linux内核层，能有效的提高数据的读写效率。

控制程序采用C语言实现，因为C语言在整数运算和内存读取方面效率更高。本发明主要工作在于监控系统的设计，为了实现控制系统的移动端监控，该系统采用java语言实现。采用TCP/IP协议完成与控制程序的数据通信。监控系统的通信协议和远程工作站通信协议相同，即采用同一个服务器程序向监控系统和远程工作站提供数据。该机制保证了用户可以远程监测被控对象数据，在线调节控制参数，为工作人员设计、调试控制算法提供了便利。

具体实施方式四：如图2所示，控制代码的自动生成主要是通过MATLAB中的Simulink和Simulink coder以及NDK（Native Development Kit) ，ADB (Android DebugBridge)和Cygwin。代码的生成流程，首先是将Simulink搭建的模型转化为C语言代码，然后再编译为手机上可执行的程序。

具体实施方式五：本发明通过TCP/IP协议建立监控系统与控制程序之间的数据通道。TCP/IP协议通讯安全性较高，可防止数据丢包，保证了控制程序和监控系统之间传输数据的完整性和安全性。数据通讯通道的设计主要实现在：建立或断开连接，建立监控系统与控制程序之间的数据同步传递和传递用户操作指令给控制程序。数据通信服务器由C语言（S函数）写入控制程序中，伪代码参见图3。

具体实施方式六：如图4所示，本发明客户端的实现采用了多线程技术。主线程负责将从线程发送来的数据显示在客户端相应的组件内，并对用户的要求做出响应，例如选中参数的修改、数据曲线的绘制等。和控制程序不同，客户端运行在安卓系统的应用程序层。本发明用Java语言实现了客户端设计并通过Socket通信实现了数据的读写。

具体实施方式七：如图5所示，本发明客户端APP的设计采用了模块化设计，APP的用户交互界面最大限度的对功能进行了模块化，并对控件进行了个性化设计，用户可以实现模块的增删、拖动、缩放。多点触控，布局的可拓展性极大的发挥了手机端监控系统的优势。预留了模块的拓展接口，为后续的功能增加提供了可能。监控系统支持用户获取被控对象的实时状态，在线调节控制器的参数。为实现这些功能，本发明系统监控APP包含主窗口、导航窗格和监控区域，还开发了数字输入输出控件、变量读写控件、图形图表控件、GraphChart等。其中导航窗格为功能模块的集成，包括帮助选项、模块选择添加、程序运行和退出。监控区域主要用来对监控模块和图形图表控件进行布局。

具体实施方式八：本发明设置了线程池，将系统常规任务与数据抓取、显示任务指派给不同的线程同时执行。具体实现方式为：采用Socket异步通信的方式从线程池中调用两个线程分别执行从服务器接收数据包和将数据进行拆分并显示在监控界面中。为了实现对数据包的实时接收，采用递归循环的方式执行回调方法RecvData()，让其保持接收状态。作为本发明的一个重要功能，允许在线调整控制系统参数。为此，本发明提供了具有数值修改功能的控件，如数值输入控件、数值读取控件。通过基于TCP的Socket编程完成了数据间的操作。

Claims (5)

1.一种基于网络化控制系统的移动端监控系统，其特征在于所述移动端监控系统采用客户端/服务器端架构，客户端运行于Java应用程序层，服务器运行于Linux内核层，用户通过网络化控制系统将要执行的程序编译下载到移动端的Linux内核层，同时运行于Linux内核层的服务器端由控制程序获取所监控设备的运行信息，并通过TCP/IP协议将数据发送至运行在Java应用层的客户端，用户通过运行于Java应用程序层的监控程序实时监控网络化设备的信息；

所述移动端监控系统还包括输入输出设备，移动端监控系统通过无线网络和输入输出设备间实现信息交换。

2.根据权利要求1所述的基于网络化控制系统的移动端监控系统，其特征在于所述输入输出设备的处理器采用USR-C322处理器。

3.根据权利要求1所述的基于网络化控制系统的移动端监控系统，其特征在于所述控制程序为通过Matlab编译的执行代码，和服务器代码一同位于Linux层。

4.根据权利要求1或3所述的基于网络化控制系统的移动端监控系统，其特征在于所述控制程序由Simulink搭建。

5.根据权利要求1所述的基于网络化控制系统的移动端监控系统，其特征在于所述移动端监控系统还包括线程池，将系统常规任务与数据抓取、显示任务指派给不同的线程同时执行，具体实现方式为：采用Socket异步通信的方式从线程池中调用两个线程分别执行从服务器接收数据包和将数据进行拆分并显示在监控界面中。

Images