基于嵌入式Web服務(wù)器的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)

遠(yuǎn)程診斷技術(shù)是通過設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，在設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，在診斷中心對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行分析診斷的一項(xiàng)新技術(shù)。用于診斷的系統(tǒng)大致可以分為三類：

·大型的在線狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)；

·以便攜式數(shù)據(jù)采集器與巡檢裝置的計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)；

·利用Internet實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。

在線式系統(tǒng)適用于連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測與診斷，系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、費(fèi)用昂貴、專用性強(qiáng)。而便攜式監(jiān)測與分析系統(tǒng)可以定時或不定時巡檢，適用面廣，用途廣泛。遠(yuǎn)程診斷的實(shí)現(xiàn)既能使設(shè)備的故障診斷更加靈活方便，應(yīng)用更加廣泛，又能實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)開發(fā)。因此，該技術(shù)近年來得到飛速的發(fā)展。一般的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)需要在現(xiàn)場配置專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成本較高，本文提出一種基于嵌入式Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集與診斷系統(tǒng)，它不需要在現(xiàn)場配置專用計(jì)算系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)原理及組成

圖1是基于嵌入式Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集與故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。從圖1中可以看出，整個遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)可分為三個部分：嵌入式Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集、客戶方局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程診斷服務(wù)器與網(wǎng)上診斷資源。

1.1 嵌入式Web服務(wù)器

近年來互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢就是它被越來越多地用于低成本的場合，如手持設(shè)備、智能家電等。8位處理器已經(jīng)在很多場合替代昂貴的32位處理器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)；而且這種策系統(tǒng)也有著自身的優(yōu)點(diǎn)，例如：低廉的價格、易于與各種傳感器和采集器接口、體積小巧，而且能很方便地?cái)U(kuò)展各種協(xié)議如UART、I2C、SPI協(xié)議等與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制。

本系統(tǒng)中嵌入式Web服務(wù)器為客戶方局域網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)接口，同時具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)到客戶局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸�？朔�了傳統(tǒng)方法中需要現(xiàn)場配置PC機(jī)的缺陷，而且更能克服環(huán)境條件的限制。

（1）硬件結(jié)構(gòu)

嵌入式Web服務(wù)器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)中嵌入式Web服務(wù)器選擇SX52BD作為主控CPU。SX52BD是美國Ubicom公司專門為網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)的一款8位超高速控制器，運(yùn)行速度可高達(dá)50MHz。該芯片基于RISC架構(gòu)、運(yùn)算速度高、靈活的I/O控制、高效的數(shù)據(jù)操作，而且支持ISP在線編程。本系統(tǒng)選擇24LC256串行EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲單元（網(wǎng)頁存儲單元）。24LC256是32K字節(jié)的串行EEPROM，通過I2C總線與SX52BD通信。可以存放采集數(shù)據(jù)或者網(wǎng)頁。如果需要存儲網(wǎng)頁，應(yīng)該預(yù)留網(wǎng)絡(luò)下載接口（可以通過I/O口線擴(kuò)展串行口，網(wǎng)頁內(nèi)容通過PC機(jī)串口下載）。NIC芯片可選擇RTL8019AS或者美國DAVICON公司的DM9008。RTL8019AS是臺灣REALTEK半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的10BaseT全雙工以太網(wǎng)收發(fā)控制器。這兩款控制器與NE2000完全兼容，只是管腳分布有些不同。數(shù)據(jù)采集部分可以根據(jù)需要自行選擇，具有相當(dāng)?shù)撵`活性。

（2）軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中嵌入式Web服務(wù)器的軟件主要由芯片初始化設(shè)置、TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集及處理等模塊組成。在程序中加入基于TCP/IP協(xié)議的用戶自定義數(shù)據(jù)通信協(xié)議。這樣使客戶局域網(wǎng)中的PC機(jī)能夠與嵌入式Web服務(wù)器進(jìn)行自定義的通信，如：發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令、采集參數(shù)初始化命令等。

利用SX52BD實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中，物理層功能由網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC芯片）來完成。程序的初始化部分包含其驅(qū)動程序。網(wǎng)絡(luò)層部分加入了地址解析協(xié)議（ARP），實(shí)現(xiàn)IP地址到物理地址的映射。整個結(jié)構(gòu)如圖3所示。

協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)主要分為接收數(shù)據(jù)包的解釋以及發(fā)送數(shù)據(jù)包的打包。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)以幀的格式進(jìn)行傳輸，其幀格式如下：（字段沒有按比例畫出，數(shù)據(jù)單位為Octet）

如果幀類型字段值為0x0806，則為ARP包；如果為0x0800，則為IP數(shù)據(jù)包。接收幀時，根據(jù)不同的幀類型由不同的軟件模塊對它進(jìn)行處理。發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，也根據(jù)不同的幀類型由不同的程序進(jìn)行打包處理。基本方法和處理接收幀相同，只是把讀操作改為寫操作。幀的接收和發(fā)送都是基于物理層對NIC的操作，包括讀接收緩沖區(qū)、寫發(fā)送緩沖區(qū)。NIC采用8位工作方式，對其緩沖區(qū)的操作需要逐一讀寫每個8位組。讀接收緩沖區(qū)時對不同的字段進(jìn)行判斷、記錄處理。NIC操作具體內(nèi)容可以參考芯片資料，限于篇幅，不作詳細(xì)介紹。

由于在Internet中都使用約定俗成的TCP/IP協(xié)議，因此，基于IP的TCP和UDP協(xié)議起著非常重要的作用。由于SX52BD是一種嵌入式微控制器，內(nèi)存較小，不能用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)TCP和UCP。因此它們需要很大的緩沖區(qū)來構(gòu)造套接字（SOCKET），一邊進(jìn)行應(yīng)用層的處理。發(fā)送數(shù)據(jù)時也是這樣，邊處理實(shí)用數(shù)據(jù)邊填充發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法極大地節(jié)約了內(nèi)存資源，而且有效地提高了應(yīng)用程序的處理速度。由于程序的主要功能是接收數(shù)據(jù)采集命令，真正傳送的數(shù)據(jù)量很小，不需巨大的緩存空間。

1.2 客戶方局域網(wǎng)

客戶方局域網(wǎng)對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測及一般故障的診斷，主要負(fù)責(zé)重要信息的存儲，為數(shù)據(jù)采集站或現(xiàn)場工作站提供簡單的診斷服務(wù)，與外界溝通獲得幫助。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是這種監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)必須利用數(shù)據(jù)庫對采樣子系統(tǒng)所采集的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理生成歷史數(shù)據(jù)庫。庫中數(shù)據(jù)可以被用戶查詢并進(jìn)一步分析，從而了解設(shè)備的運(yùn)行狀況和

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