啞設備改造遠程監控系統

張玉佳

摘 要： 本文詳細介紹了啞設備改造遠程監控系統的設計方案，本系統采用C8051F340單片機作為整個系統的CPU，采用ENC28J60芯片作為以太網控制器。本遠程監控系統主要分為通信系統、顯示系統和存儲系統三個分系統。通過以太網通信系統實現數據傳輸，上位機顯示系統監視啞設備的運行狀態和各種運行參數，并且可通過顯示系統UI界面上的按鈕對設備進行控制，從而實現對設備的遠程監控。存儲系統則用以存儲重要數據。

關鍵詞： 以太網通信；遠程監控；C8051單片機；ENC28J60 存儲

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展，以信息技術與制造業深度融合為特點的智能制造已經引發了全球性的新一輪工業革命，并成為制造業轉型升級的重要抓手與核心動力。啞設備，是指沒有遠程監控、數據自動采集等功能的設備，新型狀態、生產信息、故障信息等都是不透明的，出現問題不能及時獲知，易造成重大損失。由此可見，啞設備是橫在智能制造路上的一塊絆腳石，企業要實現智能制造，“治啞”是必由之路。

啞設備改造遠程監控系統能實現在舒適的環境中通過電腦對設備的運行狀態進行遠程操控，對實時運行參數的遠程監視和相關數據的存儲。以太網通信是當今社會應用最為廣泛的數據通信方式，本系統利用以太網進行通信，符合通用化，滿足數據的遠距離傳輸。在設備出現故障時，可通過讀取存儲系統中存儲的實時運行參數的相關數據，能快速的定位故障點。基于以太網通信的設備遠程監控系統不僅使得操作環境舒適，故障定位快、準，讓設備更加智能化，而且還為以后實現一點多控和聯網監控奠定了基礎。

2 主要器件資料介紹

2.1 C8051F340單片機

C8051F340單片機是使用Silicon Labs的專利CIP-51微控制器內核。CIP-51與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發。CIP-51內核具有標準8052的所有外設部件，包括4個16位計數器/定時器、兩個具有擴展波特率配置的全雙工UART、一個增強型SPI端口、多達4352字節的內部RAM、128字節特殊功能寄存器（SFR）地址空間及多達40個I/O引腳。

2.2 ENC28J60以太網控制器

ENC28J60 是帶有行業標準串行外設接口SPI的獨立以太網控制器。 它可作為任何配備有SPI 的控制器的以太網接口。符合IEEE 802.3 的全部規范，采用了一系列包過濾機制以對傳入數據包進行限制。 它還提供了一個內部DMA 模塊，以實現快速數據吞吐和硬件支持的IP校驗和計算。 與主控制器的通信通過兩個中斷引腳和SPI 實現，數據傳輸速率高達10 Mb/s。兩個專用的引腳用于連接LED，進行網絡活動狀態指示。

3 基于以太網通信的遠程監控系統的原理

啞設備改造遠程監控系統主要由以太網通信系統、上位機顯示系統和計算機存儲系統三個部分組成。系統原理框圖如圖3-1所示：

系統工作原理：在上電開始，整個系統進行初始化。通過程序控制，CPU自動向以太網控制器ENC28J60寫入一個事先設置好的IP地址和UDP端口號，若在上位機顯示界面輸入相應的IP地址或者UDP端口號，就會使得網絡正確連接。此時，CPU開始自動檢測RS232串口是否有數據傳輸過來。若有，則通過SPI接口將該數據送給以太網控制器ENC28J60。ENC28J60在接收到該數據之后，通過IP協議處理，MAC自動在該數據前加上目標地址，源地址以及數據類型/長度，將數據編碼成數據包格式。然后主控制器在數據包前加上控制幀，再將之寫入數據緩存器，以待發送。此時若網絡連接正常，則通過硬件寫入相關狀態向量，通知主控制器可發送數據。主控制器則命令數據緩存器將數據發送出去。上位機在接收到數據包時，通過程序控制，對該數據包進行識別、處理和分類，將之分別送往相應窗口進行正確顯示，并在實時參數前加上時間節點，一起送往存儲系統進行存儲。若點擊顯示系統界面的控制按鈕窗口中的按鈕，系統會產生一個相應的信號，通過以太網傳輸給ENC28J60，MAC將自動把該信號解碼成有效數據，通過SPI傳輸給CPU，CPU再通過RS232串口送給設備，從而實現對設備的遠程操作。

4 硬件設計

啞設備遠程監控系統的硬件設計都集中在以太網通信系統部分，上位機顯示系統和存儲系統都是通過軟件實現。

主要部分電路為單片機與以太網控制器連接電路圖，如圖4-1所示。

5 軟件設計

5.1 以太網通信系統軟件設計

如圖5-1所示為以太網通信系統主程序設計流程圖。系統上電后，程序開始對各個模塊進行初始化設置，配置相關參數。CPU通過定時器查詢方式對網絡數據進行檢測，若有RS232串口數據或者上位機網絡數據來到，則通過IP協議等進行編碼或解碼處理。處理完后的數據送往發送數據緩存器/接收數據緩存器以待發送/接收。

5.2 顯示系統和存儲系統程序設計

顯示系統UI界面是用Qt界面設計軟件設計的，UI界面軟件主要包括登陸系統、設備運行狀態顯示系統、設備參數監視系統、實時時間顯示系統以及遠程控制端口系統。

圖5-2所示為顯示系統和存儲系統軟件流程圖。在計算機顯示器上點擊顯示系統快捷方式圖標，打開軟件，輸入正確的用戶名和密碼，登陸到顯示系統主界面窗口。然后開設正確的UDP端口號，將以太網通信系統傳輸過來的數據接收進來。通過程序控制對接收的數據進行識別、處理、分類，分別送到相應的窗口進行顯示。此外，還將實時參數送到存儲系統進行數據自動存儲。

6 結束語

本文詳細介紹了啞設備改造遠程監控系統的設計方案和內容。整個系統分三個分系統，通信系統中CPU采用C8051F340，高頻率的時鐘系統對系統數據處理能力大大提高，多系統時鐘切換使系統功耗更低，根據實際應用對多I/O端口的自動配置使得系統設計更靈活。以太網控制器采用ENC28J60，ENC28J60引腳少，功能齊和SPI接口全使得系統的設計更簡便，更優化，數據傳輸速率更高。顯示系統UI界面設計利用Qt軟件設計，通過設置IP和UDP端口方式接入以太網數據，可在在計算機上顯示和遠程控制設備，且使得系統占用資源減少。存儲系統用以存儲相關數據，可實現對設備故障的快速定位和處理以及對處理后的產物的管控。通過遠程監控系統的設計，使得啞設備的用戶界面更加友好，操作更方便，設備維護性也更好，大大提高了設備的智能化和人性化。■

參考文獻

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