嵌入式设备系统网络测控数据服务平台的开发与应用

摘要

近年来，在一些要求比较高的应用领域中，集成设备系统的监控逐渐由本地端计算机监控向网络化和远程化方向发展。但在一些专业性比较强的设备系统集成中，限于国内相关单元设备厂家的配套能力，很难达到网络化和远程化目标要求。为此，需要解决好相关单元设备的通信接口、数据服务平台的建立等方面的问题。
　　本论文在实验室已有工作的基础上，以嵌入式和开源社区软件技术为基础，设计开发了嵌入式设备系统网络测控数据服务平台，并应用于低温等离子体设备系统，使其具备智能监控、数据存储和信息检索等功能。
　　具体工作内容如下:
　　1、设计开发了一款基于ARM7+RTOS+Connect-io-n+Ethernet工业无线测控网络智能节点模块，该模块具有WLAN、Ethernet、CAN、RS485以及RS232通信接口，且提供模拟量的输入和输出通道，能够很好的解决国内大部分单元设备的通信接口问题，并同时具备无线网络和以太网两种网络通信解决方案。
　　2、基于开源社区软件技术，设计开发了嵌入式设备系统数据服务平台，作为整个网络测控系统的中枢。该平台对下完成现场各单元采集的数据收集、处理和存储，必要时实现闭环控制功能;对上提供实时控制和搜索服务功能。数据服务平台软件架构采用CentOS+ Redis+MySQL+Solr模式，通过对这四款开源软件安装、部署、配置以及功能软件的二次开发，实现了基于epoll+线程池技术的高性能Linux服务器功能。
　　3、通过对网络智能节点两种网络通信解决方案进行实际的现场测试和比较，最终选择了以太网网络解决方案。依据低温等离子体设备系统的通信接口和工作机制，开发了数据服务平台、网络智能节点、控制客户端和搜索客户端应用程序，实现了低温等离子体设备系统的网络化测控功能。
　　4、对低温等离子体设备网络测控数据服务平台的实时性进行了具体分析，通过实验测试，给出了数据服务平台的实时性性能参数指标、设备系统静态曲线和动态曲线。

目录

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摘要

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插表清单

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 相关技术研究

1．3．1 嵌入式技术

1．3．2 开源社区软件技术

1．4 本论文工作

第2章 应用需求分析及系统方案设计

2．1 应用需求分析

2．2 系统方案总体设计

2．2．1 工业无线测控网络智能节点

2．2．2 数据服务平台

2．2．3 客户端软件

第3章 工业无线测控网络智能节点

3．1 工业无线测控网络拓扑结构

3．2 工业无线测控网络智能节点硬件设计

3．2．1 最小系统电路

3．2．2 继电器控制电路

3．2．3 模拟量输入输出电路

3．2．4 通信接口电路

3．3 硬件电路系统可靠性设计

3．3．1 硬件电路系统的可靠性设计

3．3．2 硬件电路系统的可靠性设计准则

3．4 工业无线测控网络智能节点软件系统设计

3．4．1 嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ

3．4．2 软件系统设计

第4章 嵌入式设备系统网络测控数据服务平台的开发

4．1 Linux操作系统选择

4．2 数据服务平台安全策略设计

4．2．1 平台网络安全策略设计

4．2．2 平台系统安全策略设计

4．3 数据库设计

4．3．1 内存数据库Redis设计与开发

4．3．2 存储数据库MySQL设计与开发

4．4 Solr企业级搜索引擎服务器

4．4．1 Solr性能优势

4．4．2 Solr软件设计

4．5 数据服务平台软件架构设计和开发

4．5．1 Linux内核网络协议栈及网络编程

4．5．2 高性能服务模式epoll设计与实现

4．5．3 自动化线程池设计与实现

第5章 嵌入式设备系统网络测控数据服务平台的应用

5．1 等离子体设备系统

5．1．1 等离子体设备系统组成

5．1．2 等离子体设备系统模型

5．2 相关控制算法研究与实现

5．2．1 联锁控制算法

5．2．2 嵌入式设备轮询机制算法

5．3 应用程序的设计与实现

5．3．1 网络通信方案的选择

5．3．2 网络通信报文格式

5．3．3 数据服务平台应用程序

5．3．4 网络智能节点应用程序

5．3．5 控制客户端

5．3．6 搜索客户端

5．4 等离子体设备网络测控系统现场测试

5．5 数据服务平台实时性研究

5．5．1 性能参数分析

5．5．2 测试实验与结果

5．6 设备系统静态特性测试实验

5．6．1 静态特性实验测试内容

5．6．2 设备系统静态特性曲线

5．7 设备系统动态特性测试实验

5．7．1 变频器输出频率跳变下工作室真空度动态特性

5．7．2 流量计输入流量跳变下工作室真空度动态特性

5．7．3 动态特性曲线分析

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 后期工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果