基于单总线传感器网络协议的上位机监控设计与系统实现

摘要

在纺织、化工、食品、水处理等行业中普遍使用了大量的传感器、执行器和控制器等来完成工业现场流程的监控和自动化。随着工厂生产自动化和管理信息化发展的要求,如何对这些节点进行有效的管理与监控成为人们研究的热门课题。 本文针对目前传感器网络协议所存在的问题,提出了一种轻量级的单总线传感器网络协议,该协议由物理层、链路层、应用层三部分组成。其中在链路层中引入了帧类型和非破坏性逐位仲裁机制,显示区分事件、主从通讯、节点识别等消息及它们的优先级；而在应用层中引入了事件/动作模型,提供了一种独立于开发者和使用者、又具备扩展性的应用协议。 在单总线传感器网络协议的基础上,本文研究如何实现上位机的实时监控和设置。因此,本课题的研究工作主要包括以下几个方面： 1、研究与设计一个自定义轻量级的单总线传感器网络协议,使其能满足传感器网络节点存储资源少、计算简单、实时性要求高的特点。 2、通过APRO控件实现网络串口通信,在此基础上实现上位机对下位机的监控和设置,包括总线复位、读取从节点表、设置节点通道状态、配置事件和动作信息以及读取下位机数据等。 3、优化数据采集与处理过程,实现有关数据的采集、解析、安全、保存、刷新、显示和备份等功能。 4、完成实时监控组件的设计,使得该组件与传感器节点一一对应,实时显示节点运行状态和数据等。 5、设计与实现一个上位机监控系统。 本课题的创新之处在于：在通信协议中引入事件/动作模型,将节点抽象为多个通道组成的对象,每个通道上定义了一些事件源和动作,通过节点事件和动作配置,从而减轻了主机的负担,提高了网络的响应速度。支持客户/服务器、发布方/接受方、源点/收点等多种通信模式,以及多线程和中断的数据访问方式,从而提高了数据采集的效率和组网的灵活性。引入了快速CRC和辅助信息相结合的校验方法,提高了采集数据的精度,并且实现了简单的故障诊断和错误处理机制。支持自定义参数的设置,满足不同开发商的需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题背景

1.2研究现状及选题意义

1.2.1研究现状

1.2.2选题意义

1.3研究内容与系统框架

1.3.1研究内容

1.3.2系统框架

1.4论文大纲

1.5论文创新点

第二章OBSNP协议

2.1物理层

2.2链路层

2.2.1帧格式

2.2.2多种通讯模式

2.2.3非破坏性逐位仲裁机制

2.3应用层

2.3.1帧格式

2.3.2事件/动作模型

2.3.3通道及操作

2.4本章小结

第三章网络通信与监控设置

3.1协议帧编码

3.1.1下行帧

3.1.2上行帧

3.1.3特殊帧

3.2程序设计方法

3.2.1嵌入式汇编语言

3.2.2 Win32 API函数

3.2.3第三方控件

3.3 APRO实现串口通信

3.3.1常用属性

3.3.2常用方法和事件

3.3.3串口通信具体实现

3.3监控设置

3.3.1组帧和送帧

3.3.2接收帧和帧处理

3.4本章小结

第四章数据采集与处理

4.1数据采集

4.1.1流量控制

4.1.2采集过程

4.2数据安全

4.2.1快速CRC校验

4.2.2差错控制

4.3数据处理

4.3.1错误处理

4.3.2数据保存

4.3.3数据导出和备份

4.4本章小结

第五章数据显示与监控组件

5.1树型列表框

5.1.1节点控件关系

5.1.2设计思路

5.2监控组件

5.2.1设计思路

5.2.2属性设置

5.2.3鼠标图形变化

5.2.4监控组件可变性

5.2.5数据实时显示

5.3本章小结

第六章上位机监控系统开发与设计

6.1关键技术

6.1.1数据库设计

6.1.2线程程序技术

6.1.3报表打印技术

6.1.4组合查询技术

6.1.5数据约束技术

6.1.6异常处理机制

6.2上位机监控系统

6.2.1软件开发平台

6.2.2总体设计

6.3本章小结

第七章总结与展望

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢