嵌入式网关在卷烟生产智能化车间中的研究与应用

摘要

随着我国经济与世界市场日益融合，烟草企业之间的竞争不断加剧，为了确保烟草企业能够持续、稳定、良性发展，进行技术革新是其必由之路。卷烟生产车间的智能化可以为我国烟草企业实施的“卷烟生产经营决策管理系统”提供底层的技术支持，解决实时生产数据采集的问题。嵌入式网关在智能化车间里起到了关键的作用，可以将多种异构的嵌入式设备网络接入Internet，实现对设备的远程实时测控。因此，研究嵌入式网关在卷烟智能化车间中的应用，是一个具有实际应用价值的课题。
　　本文针对卷烟企业的技术需求，在深入研究嵌入式Internet、嵌入式WEB服务器、CGI技术等技术的基础上，对嵌入式网关的相关协议进行了分析，设计和实现了嵌入式网关的硬、软件平台。该网关实现了TCP/IP协议栈与CAN总线协议及无线传感器网络协议之间的转换，使得操作人员通过浏览器既能远程查询和控制卷烟生产设备，又能对车间工作环境温度、相对湿度、气体浓度等进行实时监测。该网关软件基于嵌入式Linux操作系统，引入了多进程机制，设计了具有较高效率的应用软件。
　　本文对嵌入式网关所实现的功能进行了测试，测试结果表明该网关能够实现对卷烟车间的设备及工作环境进行远程测控，且实时性能较好，对于提升卷烟生产的智能化水平，促进产品质量的提高具有一定的帮助。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究现状与发展趋势

1．2．1 卷烟生产管理的现状

1．2．2 智能化车间的发展现状与趋势

1．2．3 嵌入式网关的发展现状与趋势

1．3 主要研究工作

1．4 本文组织结构

2 嵌入式网关相关技术简介

2．1 网关典型结构与分类

2．1．1 典型结构分析

2．1．2 网关分类

2．2 嵌入式Internet技术

2．2．1 概述

2．2．2 主要相关技术简介

2．3 嵌入式WEB服务器及CGI技术

2．3．1 嵌入式WEB服务器

2．3．2 CGI技术

2．4 嵌入式Linux简介

2．5 本章小结

3 卷烟智能车间的嵌入式网关协议分析与设计

3．1 卷烟智能车间的嵌入式网关协议层次分析

3．2 嵌入式TCP／IP协议栈

3．3 无线传感器网络体系结构及Zigbee协议分析

3．3．1 无线传感器网络体系结构

3．3．2 Zigbee协议简介

3．4 现场总线协议分析

3．5 本章小结

4 卷烟智能车间的嵌入式网关系统需求分析与设计

4．1 系统需求分析

4．1．1 卷烟生产智能化车间网络应用拓扑分析

4．1．2 功能需求分析

4．1．3 性能需求分析

4．2 硬件平台设计

4．2．1 硬件总体框图

4．2．2 嵌入式微处理器S3C2440A及存储模块

4．2．3 CAN总线模块设计

4．2．4 Zigbee无线模块设计

4．2．5 以太网模块设计

4．3 软件总体框架

4．4 基于多进程机制的网关软件设计

4．4．1 多进程机制的引入

4．4．2 嵌入式Linux进程机制简介

4．4．3 嵌入式网关多进程软件设计

4．5 本章小结

5 卷烟智能车间的嵌入式网关实现与测试

5．1 构建嵌入式Linux开发环境

5．1．1 构建交叉编译环境

5．1．2 Bootloader的移植

5．1．3 嵌入式Linux内核的编译

5．1．4 嵌入式Linux文件系统的制作

5．2 AppWeb服务器的移植

5．2．1 AppWeb简介

5．2．2 AppWeb的移植

5．3 网关数据转发软件的实现

5．3．1 数据帧格式设计

5．3．2 CGI进程的实现

5．3．3 数据处理进程的实现

5．3．4 数据库操作进程的实现

5．3．5 CAN总线进程的实现

5．3．6 无线进程的实现

5．4 系统测试

5．4．1 操作界面简介

5．4．2 测试需求分析

5．4．3 测试方案

5．4．4 测试结果分析及代码改进

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢