嵌入式Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｅｒ技術在工業控制領域的應用

摘要：嵌入式Web Server (Embedded Web Server， EWS)技術是網絡技術、Web技術和嵌入式技術相結合的產物。EWS系統與傳統的Web應用系統相比，大大簡化了系統的結構，并將信息采集和信息發布都集成到現場的測控設備中。EWS系統通過Web和嵌入式技術使接入Internet的各種設備或其它類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的功能。因此，嵌入式Web Server技術得以推廣，并廣泛應用于工業控制領域。

關鍵詞：嵌入式技術；Web技術；EWS系統；TCP/IP協議；工業控制領域

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)32-1250-02

Embedded Web Server Technology in the Field of Industrial Control Applications

ZHANG Kai

(Guangdong Zhanjiang Normal College School of basic education， Zhanjiang 524300， China)

Abstract: Embedded Web Server (Embedded Web Server， EWS) technology is the network technology， Web technology and embedded technology integration of the product. EWS system with the traditional Web application systems， greatly simplifying the structure of the system， and information collection and information dissemination are integrated into the monitoring and control equipment at the scene. EWS system through the Web and embedded technology to access the Internet all kinds of equipment or other types of sub-network of remote monitoring， diagnosis and management functions. Therefore， embedded Web Server technology to promote and widely used in industrial fields.

Key words: Implant the dyadic technology; Web technology; EWS system; TCP/IP; Industrial control field

1 引言

伴隨著現代通信技術、網絡技術的發展，基于TCP/IP通信協議的Web技術得到了廣泛的應用和普及，尤其在工業控制領域中出現了引入網絡技術的趨勢，一方面對于環境惡劣的現場，可以通過網絡傳遞信息，實現遠程控制。另一方面，現場控制和上層管理相結合，可以實現辦公自動化與工業自動化的無縫結合。針對工業控制網絡化的需求，目前出現了多種工業總線標準，例如ControlNet、Profibus、Modbus等。客戶在制定系統方案和設備選型過程中面臨著多種選擇。產品標準的多樣性一方面促進了競爭，降低了用戶成本，另一方面也給用戶帶來了被廠商制訂的標準所束縛的危險。與此同時，傳統上用于辦公室和商業領域的以太網正在進入工業控制領域，其性能己經能夠適應工業控制領域的要求。然而，以太網上運行的TCP/IP協議是一個開放式的標準，它并不由某個廠商所控制。TCP/IP協議的開放性和公開性，使得開發具有自主知識產權的系統成為可能。

嵌入式Web Server主要解決的問題是如何通過Web和嵌入式技術實現從不同子網、不同物理區域對接入到Internet的設備和異類子網進行監控、診斷、測試、管理、及維護等功能，從而使接入Internet的各種設備或其它類型的子網具有遠程監控、診斷和管理的功能。利用現有以太網的豐富資源，用單片機組建基于TCP/IP協議的嵌入式WebServer是一種低成本、高可靠性且快捷的技術方案。單片機上實現TCP/IP的意義和價值在于，它將原來孤立的控制單元改造成能夠融合進控制網絡和信息網絡的節點，從而提高生產效率和管理水平。

2 國內外EWS系統技術研究和應用現狀

嵌入式Web Server技術發展很快，廣泛應用于智能家電、智能建筑、儀器儀表、通訊產品、工業控制、數控機床、掌上電腦等許多領域。其核心問題是如何利用嵌入式系統自身有限的資源對信息進行TCP/IP協議處理，使之變成可以在以太網上傳輸的IP數據包，然后在該協議的基礎上開發Web應用程序，最終構成嵌入式Web Server。從解決這一技術難題出發，國內外目前已經出現了幾種解決方案，大致可以分為以下三種：

1) PC網關+專用網

采用專用網絡(如RS232RS485，CAN Bus等)把一小批單片機連接在一起，然后再將該專用網絡連接到一個PC上，該PC作為網關將專用網絡上的信息轉換為TCP/IP協議數據包，然后發布到網上實現信息共享。這種方案可以連接多種單片機。專用網可以理解為MCU(微處理器)與Webchip(獨立于各種微控制器的專用網絡接口芯片)相結合組成的網絡。Webchip通過標準的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過Webchip與網關連接即可接收并執行經由Internet遠程傳來的命令，或將數據交給Webchip發送出去。該方法一般費用較高。

2)高檔MCU+TCP/IP協議

采用高檔處理機加TCP/IP協議方式的處理方案中，MCU處理機像PC機一樣直接處理TCPIIP協議。一般系統需要一個高檔的MCU處理機，如32位的ARM， SH3.M1PS等，以及一些單周期指令速度較高的8位MCU，如AVR. SX等。

3)低檔MCU+精簡TCP/IP協議

根據嵌入式應用的特點，將TCP/IP協議棧做大幅度的簡化，只保留其中最核心的部分，這樣就可以大幅度減少對系統資源的需求，從而可以在低成本、低速度、小內存的MCU上實現網絡連接。這樣的方案的優點是廉價，便于廣泛應用。本文主要是采用了這種方法。

3 嵌入式Web Server在工業控制領域的應用與開發

利用簡化TCP/IP協議和EGI技術開發嵌入式Web Server，使8位嵌入式系統具有Internet接入和Web Serve:功能，本文采用B/S體系結構設計了嵌入式Web Server，并實現對溫度的遠程監控。

3.1 遠程溫度監控系統硬件設計

溫度是程控機房、檔案室、圖書館、農業生產基地等眾多場所需要實時監控的一個重要物理量。溫度監控系統在實際生活中有著重要的作用。在Web瀏覽器端，客戶可以使用瀏覽器遠程查看溫度傳感器顯示的溫度值，還可以進行相關的控制。

3.1.1 DS 18B20模塊

在系統設計中，溫度的采集并沒有采用傳統的溫度傳感器與A/D組合的采集方式，而是采用DALLAS最新單線數字溫度傳感器DS 18B20。它具有體積更小、適用電壓寬、經濟便宜等特點。Dallas半導體公司生產的數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。“一線總線”具有獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入了全新概念。“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性，可適用于惡劣環境下的現場溫度測量。

3.1.2 DS18B20的溫度采集程序

DS 18B20的溫度采集程序分為七個子程序，分別是延時子程序、復位子程序、讀一位子程序、讀一個字節子程序、寫一個字節子程序以及啟動轉換子程序和讀取溫度值子程序。

3.2 遠程溫度監控系統的軟件總體設計

軟件的總體設計，只要在設計好的TCP/IP協議中添加溫度采集部分即可。對于溫度采集部分，可以采取先做好溫度采集部分程序，當采集成功后，再加入主程序，這樣既可以節約編程的時間，又可以保證程序的準確性。要注意當嵌入溫度采集程序后，采集溫度時應關閉中斷，防止采樣時中斷，影響采樣的精度。總的程序框圖如圖1所示。

嵌入式服務器端的軟件設計完成后，客戶端主要通過瀏覽器來實現遠程溫度監控。Web頁面用HTML語言編寫，寫好后以字符數組的形式存放。

以上設計，通過在以太網中運行，系統性能穩定，取得了預期的效果。

4 結束語

嵌入式Web Server技術將網絡技術、Web技術和嵌入式技術相結合，并引入到現場測試和控制設備中，在相應的硬件平臺和軟件系統的支持下，使傳統的測試和控制設備轉變為以TCP/IP為底層通信協議、Web技術為核心的基于互聯網的網絡測試和控制設備。EWS系統與傳統的Web應用系統相比，大大簡化了系統的結構，并將信息采集和信息發布都集成到現場的測控設備中。由于有了標準的接口形式和通信協議，內嵌于設備的Web Server可以向任何接入它所在網絡的合法用戶提供統一的基于瀏覽器方式的操作和控制頁面，瀏覽器成了設備的前端控制板。因此，EWS技術得以推廣，并廣泛應用于工業控制領域。

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