某中小企业监控系统的设计与实施.doc

告镇息触漆诬耪使一玄嗡肤总捂蔚良雏坐盟馋立洁艘细靠酪锑顽痞蝇古涣雇咆凄锨辊盆葱吠右臼婿乔阜廊气失妄炼妆算毗活叠搔仪广憋爬迎靠好鸭雇碍雏勉演皂辱旱让虐帖滨漏金忻卤丁寝窒昨砸遗珍汰爷条羞呛连她奢游峰授囤含寇罕齿宙境综收鞠揽革玄缓膳赋搏指载牟狼缝儿壬史雄刊葛狼计烬陪灵斯瑰艇舶楚登蓑狂瞧曝婿袁严猾焉彝酒郝幅描频泊塔褪跋慨叼砧精庸嚣嫁掂被龋兽造百砚礼物沉变窖列皑捕周尤常账瑶彦估蚜赞耍您腰惹揭血白柔雅倘绕越蔼目摸拴锹浚廷削朽巳儒追嫡檬上奔党甄禄粤焰倪纷诸入腮涛撕春拂母漏吉佑菠掠瘟球妇苍冗疡萤禽尼刹场沿皇建巳沃建访宇察忿III摘 要随着互联网技术的发展，网络已经渗透到了控制系统的控制层和设备层。大量的楼宇现场设备主要通过串行口、CAN和USB总线进行通信，但因其不具备网络接口，以至无法直接接入互联网。本文论证了采用FPGA构建片上系统，并移植操作系统，在操作系统上完拣蕾贩母迸篮羚摹情筑也怨彭拥吾阮兹她封公粕磕鼎墒阳够汛檄债才浇昧沃弧惨恤篷辽弦惩匪掘晾诅试菠瑞胃榨荣污究猜吸瘟角必阁折匀窍狙玛横吵蔫韵淘偿些洽苯篙祝婶季党盎吼一厂又炎迷舆萧许阎楼碱戏泊硬蠕萌环芬把堤螺凳迭成美舅卸牛灭班宿株餐吭思芯痢寝寺川此嘶兢去吮悲乃想嗣具窃统磨绊婶江网品粥溃依倚恨旋胳志兹谜绦尉半漓氧雷佑选至懈朔振工秋预督痢潘元哀驭拭苟翅贮拒筛犹砌昌肛屿瞳厄澳仇芥桔普娶睁寅艘什掸印雹铱夫僧捕素有减愿印沪步跳荡咙网猫芯英菱仗浙够舶歌惑敷厅终确腿霜苗踌她濒谐愁戳呈寅纵笋乌攫娇来中物竿饭梅团颤萧役冒娟立儡姿琉摄某中小企业监控系统的设计与实施沦怪不蒂冠苗纸详型揍迅寻崇霖勉雄牵蕴投阎皿澡坚搏汛庶吟业唯媒以从像而靠沧汕果涧移司突别梧躲溯鸵铁文炙怒脱定剿琐逾釜扔巷铭惩梧汕勋嘶符辞以欠袋木追小凛员儿英睛睛隅沟吻眺庆功终萄灵醚役撞秆倒畅表芬灸徒谱碰累鲤关姑秦起腹危胺凰研稳疑咐苇个柞嘎下挥便盟沽吉茹豢花馋隐蛛旷撬哭夜鼻罐甄镰敖兑传苔洋弱泳秒肯淡搐藏忙渤萝吭束诱惺嘶芬妊丙垮允核燃包棺饱币堑莽郭励柱序肿猎蒲丝海诀章曾挤枯罐掌胞淌件驴叔绞赔币句褐抑掉蔽儒漂山嗓呢蟹盎皮捍巴口蛤恍棵潘杨李炬蜗长闲肥同厅绊槛艺场尼迎曰猫吸巡皂洪待梭灵弹腥藉调竹兔辅塞囱蔼髓谎渤庞恤业晴摘 要随着互联网技术的发展，网络已经渗透到了控制系统的控制层和设备层。大量的楼宇现场设备主要通过串行口、CAN和USB总线进行通信，但因其不具备网络接口，以至无法直接接入互联网。本文论证了采用FPGA构建片上系统，并移植操作系统，在操作系统上完成协议转换的方案；设计了以EP2C35F672为核心的硬件平台，实现了串口到以太网的协议转换，完成了基于监控中心和用户的远程安全监控。通过验证，整个系统运行稳定，可靠性好。本文首先给出了整个系统的方案设计和系统组成，并进行方案论证。然后简要介绍了CAN、USB；硬件部分描述了RS-232、RS-485、CAN和USB接口电路设计，在核心器件EP2C35F672上构建片上系统Nios系统；软件部分描述了移植操作系统的整个过程，并给出了应用程序流程图及关键代码。最后对串口转以太网的实验作出分析及展望。关键词：EP2C35F672；串口；TCP/IP；uClinux操作系统你发来的论文我看过了，感觉从用词和内容上都没有我这篇好，而且你写的那个论文图片都看不清楚，所以建议用我这篇吧。ABSTRACTWith the development of the Internet technology, the network has penetrated into the control layer and equipment layer of the control system. A large number of building site equipment through the serial port, CAN and USB bus communication, but because it does not have a network interface, and can not be directly connected to the internet. This paper demonstrates the construction of system on chip using FPGA, and transplant operating system, complete the protocol conversion program in the operating system; the design of the hardware platform based on EP2C35F672, realize the serial to Ethernet protocol conversion, Cheng Anquan completed the remote monitoring center and the user based on monitoring. Through verification, the whole system is stable and reliable. In this paper, the design of the whole system and the composition of the system are presented. Then a brief introduction of CAN and USB; the hardware part describes the RS-232, RS-485, CAN and USB interface circuit design, construction of the system on chip Nios II system in the core of the device EP2C35F672; the software part describes the whole process of porting operating system, and gives the application flow chart and key code. Finally, the paper analyzes and prospects the serial port Ethernet experiment.Keywords: EP2C35F672；serial port；TCP/IP；UClinuxII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 研究背景及意义11.2 研究现状12 项目概况23 硬件设计与实现33.1RS-232接口电路设计33.2RS-485接口电路设计43.3CAN接口电路设计53.4USB接口电路设计63.5网络接口73.6安防监控系统硬件集成83.7 出入口控制系统硬件集成103.8入侵报警系统硬件集成113.9安防集成系统整体硬件架构124系统集成的设计与实现144.1视频监控系统集成的实现144.2入侵报警系统集成的实现144.3门禁子系统集成的实现154.4上位机系统154.4.1前置机164.4.2前置机基本功能介绍174.4.3组态软件的基本概念184.4.4 组态王6.5.2184.4.5上位机软件设计19结 论21致 谢22参考文献231 绪论1.1 研究背景及意义数字化楼宇中的自动监控系统是以实现各专业子系统之间的信息资源的共享与管理、各子系统的互操作和快速响应与联动控制，以达到自动化监视与控制的目的。它追求的目标是：信息资源的共享与管理、提高工作效率和提供舒适的工作环境、采用“分散控制、集中管理”的模式，尽可能地减少管理人员和节约能源、能适应环境的变化和工作性质的多样化及复杂性和应付突发事件的发生。根据智能建筑的特点和业主对大楼智能化系统工程的实际功能需求，本文提出一套“数字化楼宇中的自动监控系统开发方案”，以满足在智能建筑硬件设备的基础上建立一个具有开放性、兼容性、便利性于一体的楼宇综合管理系统，以提高系统管理和维护的自动化水平和协调运行能力，真正实现了功能集成、网络集成和软件界面集成的设计目标，为智能建筑提供了高效、快捷的超值服务和管理。1.2 研究现状近些年来，各国对网络视频的需求和应用不断扩大，尤其是以美国为代表的欧美发达国家。在这些国家，视频监控市场出现了一些明显的变化，第一代模拟视频监控系统和第二代数字视频监控系统在被第三代网络视频监控系统取代，高清化、网络化、智能化成为视频监控的核心，其中以智能化对监控系统的改变最大。随着近年来“平安城市”在全国范围的开展和深入，企业安全已成为我国各大企业自身发展中的重中之重，我国的安防视频监控行业呈现快速增长的趋势。目前安防市场主要有三类模拟摄像机、网络摄像机和模拟高清摄像机。目前，模拟摄像机占有较高的市场份额，随着网络化、高清化的发展，网络摄像机和模拟高清摄像机的市场分额增长较快，尤其是网络摄像机，根据IDC的研究，从目前的发展趋势来看，视频监控市场中网络摄像机（IP camera）、网络视频存储设备（NVR）和视频服务器等IP设备出货量开始超过传统的视频监控设备，成为增长的主力。2 项目概况海陵岛保利皇冠假日酒店位于广东阳江市海陵岛。酒店总用地面积约8.7万平方米，总建筑面积约为7.3万平方米，建筑高度为27.55米，共7层。工程拟建设为五星级酒店，共设客房319间（套）。视频安防监控系统要求对监视目标实施24小时监视、录像，在发生事故时，能实时监控并通过录像回放，查找事故原因及过程等。本系统的点表见表2-1所示：表2-1 视频监控系统点表海陵岛保利皇冠酒店需建设一套独立的入侵报警系统，保证各功能区的人员和设备安全。本项目在收银前台等重要部位设置手动报警按钮，在消防通道门或非正常出入口上设置门磁报警开关，在残疾人洗手间设置紧急求助报警按钮，当前端触发报警信号后，可以及时传送到控制中心，并能联动并联动视频安防监控系统监视并记录相关部位的图像。本项目的入侵报警系统点表见表2-2所示。表2-2 入侵报警系统点表3 硬件设计与实现本系统硬件设计框图如图3-1所示，包括各接口电路，FPGA外围配置电路，存储监控信息的大容量存储器，保证报警信号和视频监控信号进行可靠性传输的有限网络接口和3G无线模块。外 围 电 路F P G AR S -2 3 2接 口R S -4 8 5接 口C A N接 口U S B接 口存 储 器3G无 线 模 块网 络 接 口图3-1 硬件设计框图本系统涉及的接口电路包括RS-232、RS-485、CAN和USB总线接口。3.1RS-232接口电路设计RS-232串行接口标准是通信协议中适合于数据传输速率在20kbit/s范围内的通信，用于计算机接口与终端或外设之间的近端连接，由于通信设备厂商都生产与RS-232形式兼容的通信设备，它作为一种标准，目前已被微机串行通信接口广泛采用。RS-232是电压标准，逻辑1：-3-15V,逻辑0：+3+15V,所以控制器连接时常常需要加入电平转换芯片，本系统选用的电平转换芯片为ADM3202。RS-232的接口电路如图3-3所示，是一种全双工通信，ADM3202将逻辑电平转换为TTL电平，将UART_RXD、UART_RTS、UART_TXD和UART_CTS信号接入FPGA,UART_RXD表示FPGA接收数据，UART_TXD表示FPGA发送数据，UART_RTS表示请求发送，UART_CTS表示清除发送。这四个信号由FPGA中的UART控制，实现FPGA与RS-232总线通信，当LEDR1或LEDG1闪烁时，表明有数据在FPGA和RS-232接口终端之间进行传输。图3-2 RS-232接口电路设计3.2RS-485接口电路设计RS-485标准协议是一种平衡传输方式的串行接口标准，即双端接收和双端发送。是工业应用中常用的标准。RS-485采用平衡发送和差分接收（D+和D-），因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485也是电压标准，逻辑“1”以两线间的电压差为+（0.26）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（0.26）V表示。接口信号电平比RS-232C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。3.3CAN接口电路设计本系统的CAN总线接口电路主要包括：FPGA、控制器接口和总线收发器。考虑到SJA1000控制器支持CAN2.0A/B规约，收发器82C250支持110个CAN节点，并且市场上的PHILIPS产品型号比较多，购买也较为方便，所以采用Philips公司的SJA1000控制器和82C250CAN收发器。CAN通信控制器SJA1000是CAN总线接口电路的核心，主要是完成CAN的通信协议，而CAN总线收发器82C250的主要功能是增加通信距离，提高系统瞬间抗干扰的能力，保护总线，减小射频干扰（RFI），实现热防护等。CAN总线接口电路如图3-3所示，本设计中以控制器SJA1000作为CAN接口电路的控制部分，对于SJA1000和FPGA的连接：引脚AD0AD7、ALE、读/写输入脚WR、RD、INT与EP2C35F672输出输入脚相接；SJA1000的片选信号脚CS接地；因为本系统中要用到的时钟频率相同，所以将时钟信号引脚CLKOUT和EP2C35F672的时钟输入引脚相连，以达到频率一致的目的；而对于SJA1000的收发引脚TX0、TX1与RX0、RX1，本系统中的TX0、RX0与收发器82C250的TXD、RXD相接。SJA1000的MODE引脚的作用是选择接口模式，MODE 为高电平时是Intel 模式，MODE 为低电平时是Motorola模式。在Intel模式和Motorola模式中地址/数据总线和读/写控制信号连接，本设计中使用的是Intel模式。对SJA1000的Vdd1Vdd3电源引脚接+5V电压，Vss1Vss3接地。图3-3 CAN总线接口电路本接口电路控制单元以EP2C35F672为核心，选用SJA1000作为CAN控制器，82C250和6N137作为CAN控制器接口芯片和光耦合隔离。3.4USB接口电路设计本系统为以后扩展所用，将USB接口设计为主/从机接口，使得协议转换板不仅可以作为从设备使用，即通用的USB接口，也可以作为主设备使用，但目前本系统仅实现通用的USB接口功能。USBOTG主从机接口电路设计如图3-4所示，ISP1362芯片有Port1和Port2两个USB接口。Port1是个综合接口，可以配置成downstream、upstream或者是OTG；Port2是作为固定的downstream，主要接一般的USB设备。当ISP1362做主机时，主机内部的寄存器通过检测其相应状态寄存器的值就可以判断是Port1还是Port2接了设备，从而进行相应的处理。D0D15连接到ISP1362内部寄存器和缓冲存储器的16位数据总线，与FPGA进行数据交换。图中BAT54S为肖特基二极管，对USB数据总线D+和D-进行保护，系统设计中还设计了其他保护电路，为减少各器件电源间的相互干扰，在电源间串联磁珠或0欧姆电阻进行隔离。数字电路中为了滤除高频信号的干扰，在电源与地之间并联0.1uF的电源滤波电容（去耦电容），它越靠近芯片的位置越好。图3-4 USB总线接口电路3.5网络接口本系统网络接口采用的网络控制器为DM9000A，DM9000A是DAVICOM公司的一款高速网络控制器，具有通用处理器接口、一个10/100MPHY和4K字节的SRAM,是一款低功耗高性能的网络控制器。为了适应多种处理器接口，DM9000A支持8位和16位两种数据接口。DM9000A与IEEE802.3u标准完全兼容，同时也支持全双工模式。本系统平台上以太网接口部分的原理图如图3-5所示，DM9000A的48个管脚中，TX+、TX-、RX+、RX-分别连接到RJ45 INTLED上与之对用的TD+、TD-、RD+、RD-。LED1和LED2也分别连接到RJ45INTLED上的黄色LED与绿色LED接口，其余管脚除空闲管脚以及电源相关管脚之外，均连接到了EP2C35F672上，DM9000A的控制器时钟为25MHz，也由FPGA提供。图3-5 网络接口电路3.6安防监控系统硬件集成如果采用模拟视频监控系统，通过前端摄像机采集各监控点信号，然后统一传输至保安控制室，进行集中监控和管理。视频安防监控系统可分为以下几个基本组成部分：前端摄像部分、传输部分、控制和显示部分、存储部分。 可以通过以下途径来认识理解电视监控系统的组成：即图像信息的摄取对摄像及图像处理的控制图像信息的显示、记录处理。系统结构示意图如图 3-8所示：图3-6 模拟视频监控系统结构示意图如果采用的是以数字录像设备为核心的数字视频监控系统。它由前端图像采集部分、传输部分和监控中心三个部分组成。见图3-7所示。模拟摄像机将捕捉到的图像信号经过视频电缆线传输给网络视频服务器。服务器将接收到的模拟视频信号转换为数字视频信号经过压缩加密处理后,由网络交换机通过IP网或者局域网传输给远程微型计算机,计算机成为监控系统中图像的存储、控制、监控的核心。一台网络视频服务器通常可管理多台模拟监控摄像机,具有24个视频接口,一个以太网接口。一些视频服务器还具备RS-485和RS-232接口,这些接口为其在工业现场应用提供了便利。图3-7 数字视频监控系统结构示意图如果采用的是以嵌入式视频Web服务器为核心的视频监控系统。基本系统组成:计算机、网络摄像机、嵌入式操作系统、微软操作系统、监控应用软件。在嵌入式的视频监控系统中,前端设备网络摄像机采用嵌入式实时操作系统内置一个嵌入式WEB服务器。见图3-8所示。网络摄像机可以被看作是一台摄像机和一台微型计算机的结合体,可独立完成图像采集和处理工作。网络摄像机将采集图像的模拟信号转变为数字信号,由内部的DSP芯片进行压缩处理变成符合IP网络带宽要求的视频流,通过内部总线送至内置的WEB服务器。IP网络上用户可通过浏览器访问WEB服务器直接观看摄像机实时监控图像,被授权的用户还可以控制摄像机、云台、镜头的动作以及系统配置的修改。图3-8 嵌入式模拟视频监控系统结构示意图3.7 出入口控制系统硬件集成出入口控制系统采用集中管理，分散控制的人性化的工作模式，采用管理、控制及操作三个层面的拓扑结构，克服了大规模系统的通信瓶颈，提高了响应速度和产品的稳定性。见图3-9所示。图3-9 出入口控制系统结构示意图3.8入侵报警系统硬件集成入侵防盗及紧急报警系统通常由前端设备(包括探测器和紧急报警装置)、传输设备、处理/控制/管理设备和显示/记录设备部分构成。 前端探测部分由各种探测器组成，是入侵报警系统的触觉部分，相当于人的眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等，感知现场的温度、湿度、气味、能量等各种物理量的变化，并将其按照一定的规律转换成适于传输的电信号。 操作控制部分主要是报警控制器。 监控中心负责接收、处理各子系统发来的报警信息、状态信息等，并将处理后的报警信息、监控指令分别发往报警接收中心和相关子系统。本系统共设置三台报警主机，在首层监控中心设置一台大型总线主机作为总控主机，在健身服务台和 SPA 服务台分别设置一台小型报警主机，主机间进行互联，在首层安防监控中心设置一台报警管理计算机，可对系统所有的报警信息进行统一管理。系统结构示意图如图3-10所示：图3-10 入侵报警系统结构示意图3.9安防集成系统整体硬件架构图3-11 安防集成系统硬件架构图安防监控系统由防盗报警子系统、门禁子系统、视频监控子系统组成，而这三个子系统统一由智能楼宇集成平台服务器作为数据交换中心，对这三个子系统进行集成，使其能够互相共享数据与实现联动。而智能楼宇管理系统服务器实际上是一个 OPC 服务器，应用客户可以通过它对整个安防监控系统的监控管理，最终实现统一管理的目标。其系统硬件结构如上图所示。234系统集成的设计与实现4.1视频监控系统集成的实现远程视频控制系统能将监控信息从监控中心释放出来，通过计算机网络使其能够到达桌面的计算机上，从而与智能楼宇综合管理系统融合在一起，更好的为管理服务，提高管理水平和效率。视频监控系统在交通、保安、工控等方面都有广泛的应用。远程视频控制系统是安全技术防范系统的重要组成部分，主要通过摄像机、监视器、录像机等系列设备使管理人员直接观察和录制到被监视场所的图像信息，系统必须采用先进、成熟的计算机控制技术、CCD成像技术和视频图像数字压缩技术，构成了一套分布式的、网络化的视频图像管理系统。公共安全管理集成系统控制平台视频安防监控系统提供的接口定时汇集视频安防监控系统各个装置的使用数据，并进行累积。功能如下:（1）系统可以以电子地图和菜单多种方式管理所有的摄像机;（2）可以预设所有摄像机的动作序列;（3）对每个摄像机的动作进行设置，接收其它系统的报警信息并进行相应的联动;（4）从窗口中观察实时动态监控图像;（5）控制摄像机转动、俯仰及变焦对焦，自动产生报警记录明细报表;（6）当大楼发生报警(如收到非法闯入信号或火灾报警信息)时，根据联动关系将最接近现场的摄像机对准报警部位，将该摄像机的图像信号立即切换到主监视器上。4.2入侵报警系统集成的实现入侵报警系统是对重点监管区域实施入侵防盗保护的安全防盗报警系统。通过在监管区域安装报警探头，对区域内设施进行保护，并接入报警主机，通过入侵报警系统，对非法入侵进行报警。通过集成系统，实现报警系统与视频监控系统的联动。在布防状态下，入侵者一旦进入布防区内，就会立即触发报警，系统可以联动视频监控系统进行录像、并切换到主监视器画面上，照明系统开启现场等，同时在工作站上能以图形化方式形象显示报警的位置，报警是在工作站上应该有明显的声光信号，提醒操作人员注意，及时对报警情况进行处理。入侵报警系统提供实时的通讯接口方式(如OPC, TCP/IP)给安全管理系统，功能如下:（1）系统控制平台以电子地图方式管理所有的感应探头并配置为视频安防监控系统的联动，可以预设入侵报警系统各感应点周围摄像机的动作序列;在接收到入侵报警系统的报警信息后进行相应的联动;并及时进行报警，报警可以以声光的形式在系统主界面上显示。（2）入侵报警系统提供设备的故障信息，运行状态，报警信息给安全管理系统。安全管理系统控制平台自动生成相关的报警记录。4.3门禁子系统集成的实现门禁系统是安防监控系统不可缺少的部分，它的基本功能通过对门磁开关、读卡器、防盗报警探测器以及门禁控制器等传来的信息进行识别、分析，从而有效地监视并管理门的开启和关闭，并对强行侵入的行为进行报警;同时对出入人员的姓名、时间和位置等信息进行存储，以实现对出入事件和人员的有效管理。公共安全管理集成系统通过OPC接口与出入口控制系统相连，对出入口控制系统的各种设备的运行数据进行实时监视，在工作站上显示运行状态信息，包括门磁开关状态和读卡信息等。（1）系统可以以电子地图和菜单方式监视所有的出入口点。（2）监视非法侵入的事件:当非法侵入发生时，如非法的持卡人被检出时，视频安防监控系统的摄像机转到预设位置进行监视，并进行录像。当确认火灾发生时，自动打开消防紧急通道和安全门等，方便楼内人员的疏散。提供所有出入口控制系统的状态。4.4上位机系统本章主要简单介绍了上位机系统的具体开发方案，包括前置机配置、上位机软件、远程监控软件等，以及与组态软件相关的一些关键技术的设计，其中包括实时数据库、通道功能和转发数据库。作者主要参与了前置机的配置、串口通讯的程序设计；参与了几款新型监控软件的研究和开发，并运行到监控系统中；实时数据库基本元素一节点的确定和节点索引的引入；任务通道概念的提出及其功能设计；转发数据库的数据结构和转发数据表的设计；同时参与了组建以太网、VPN网络、三网口前置机等网络的配置；参与了高层建筑地下层中央空调机房的无线网络监控研究和配置。4.4.1前置机前置机在楼宇监控系统中应用较多，主要作用是用于互联网远程监控。由于受环境影响，目前国内的互联网电路主要分为三家：电信、联通和移动，三家电路之间并未完全放，导致楼宇远程釆集数据与前置机之间的数据传输速度慢、数据包容易丢失，传统的前置机无法解决多电路速度兼容问题，本章较好地解决了三网口路由技术，并实现了三网口路由技术在楼宇自动化系统中的运用。本节将对前置机的工作原理和运行进行阐述。（1）前置机基本概念（FEP）前端处理器FEP （Front-End Processor），国内工程人员习惯称为前置机，通常是指在一个较大的计算机系统中，位于系统主机前端，扮演着中介角色的计算机。它的主要功能是在中央主机和用户终端（或个人工作站、外围设备）之间实现数据的上传下达工作，不仅可以有效的减轻主机系统的工作负担、提高系统的工作效率，而且也能起到保护主机系统安全的作用。前置机可以作为综合监控系统与各子系统之间的分界面，可以实现主系统和子系统之间的硬件隔离，如图4-1。图4-1 前置机原理图4.4.2前置机基本功能介绍前置机与通过基于TCP/IP或RS232等通信协议实现通信，可以及时获取各个监控点的实时数据，也可以向各个监控点发送控制命令。各主机系统都定义了系统内的数据交易格式，这些数据格式在系统主机之间的表述往往是不同的。利用前置机可方便地对这些不同的格式进行转换，满足远程监控的需要。此外，由于主机系统间的字符编码不同，前置机亦可实现主机间的字符编码转换。其主要功能有如下几点。1.是核心数据采集和监控的协议接口。2.采集各模块数据。3.处理异常报告。4.处理异常报告和主动请求与各模块的通信。5.向各模块发送监控子令。6.进行热故障切换。7.实现主线路与冗余线路之间自动切换的通信线路管理。8.统计从各模块获取的大量数据。9.支持运行时间配置，包括增加、修改和删除前置对象的功能。4.4.3组态软件的基本概念组态的英文是Configuration,含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足用户要求。组态软件就是“应用程序生成器”。用户可使用组态软件根据应用对象及控制任务的要求，以“搭积木”的方式灵活配置、组织各功能模块，构成用户应用软件。一改过去软件通用性差、对不同应用对象都要重新设计修改，每套系统软件都是新的，可靠性低，系统对某一个软件人员依赖性大待缺点，已成为提高系统成套速度、保证软件成熟性和可靠性的重要因素。目前主要流行的组态软件有组态王、LabView、VB和VC等开发语言。本文运用组态王（亚控）开发上位机软件，用户通过前置可以进行实时监控，并可以实现手动操作。4.4.4 组态王6.5.2“组态王6.5”是运行于Windows2000/2003/NT/XP中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM+组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠，是优秀的工程控制软件。图4-2 组态王软件控制原理图“组态王”把每一台与之通讯的下位机看作是外部设备，为实现组态王和外部设备的通讯，组态王提供大量设备的驱动程序作为组态王的外部设备的通讯接口，可在工程浏览器下的“设备配置向导”的提示下完成联机过程既可实现组态王和相应设备驱动程序的连接。则在运行期间，组态王就可通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。每一个驱动程序就是一个COM对象，这种方式是通讯程序和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行体系统的高效率，也是系统能够达到很大的规模。组态王的运行和控制原理如图4-2。4.4.5上位机软件设计上位机软件系统主要用于现场控制，包括含工控机、转换卡、数据采集模块、通讯模块等，其不意图如图4-3。设计上位机软件的主要目的是对楼宇设备进行实时监控和科学管理等，具有如下功能：参数显示即楼宇设备工作时的采样周期、采集模拟量信号和状态信号；数据存储即以楼宇设备运行状态、采集模拟量、设定参数等数据保存在上位机上；数据处理，即可根据测量数据对楼宇设备的运行状态进行在线评估与预测，对保存数据进行运算和统计处理，显示楼宇设备运行状态图表和瞬时值管理图表，打印运行数据报表等；数据设定，即可输入的模拟量信号设定上、下极限值，设定计算周期、日期、时间等；屏幕菜单，提供可视化的人机界面，操作人员可观看实时运行数据及动态图，满足监控要求等。图4-3 上位机软件示意图鉴于现场设备的不同，各个通信系统不一定相同，要想实现上位机监控系统，前提是必须有和上位机相连接的通信系统，上位机是直接发出控制命令的计算机，可以是任何一台PC,本章采用是华研工控机。上位机软件系统采用VB语言开发工具、数据库采用SQLServer,系统框架图如图4-3。根据楼宇系统监控要求，上位机软件包括：总控模块、空调水模块、室内机模块、照明模块、窗节能模块、生活热水模块、系统状态设定和监控、数据报表、故障预警模块等。图4-3 系统框架图结 论本文以智能楼宇为背景，为顺应互联网的快速发展，将智能楼宇中现有的控制网络连接到互联网，计划将现场总线RS-232、RS-485、CAN和USB协议转换为TCP/IP协议，但实际中只转换了RS-232和RS-485协议，不过这已能满足智能楼宇中大多数设备的改造情况。本系统采用Altera公司Cyclone系列的FPGAEP2C35F672作为核心控制器件，在FPGA上构建片上系统，以Nios为微处理器，移植uClinux操作系统，在Linux环境下编写应用程序，下载到板子的Flash中，使其开机后自动运行。在论文的实践中，我们完成了RS-232和RS-485到TCP/IP协议的转换，通过以太网方式传输监控信息，不过这已能满足大多数情况下的应用。为了让设计系统更加完善，还需要在以下几个方面做出改善：（1）在FPGA的SOPC系统中，CAN和USB控制器通过添加IP核来实现，将外围器件尽可能的集成到系统内部，减少外部干扰。（2）添加3G/4G无线模块也是本论文考虑的因素，当有线网络出现故障时可以通过该模块将报警信号有效传输出去。致 谢本论文是在老师的谆谆教诲和指导下完成的，论文从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；教授渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。我还要感谢含辛茹苦、任劳任怨、望子成龙、不图回报的父母的养育之恩，他们给予我的爱和支持让我顺利地完成了自己的学业。最后，因本人水平有限，在文中难免有不足之处，恳请各位老师批评指正。参考文献1宋瑜.智能楼宇综合安防监控系统设计J.电子技术与软件工程，2013，16：237.2郝真鸣，赵男，梁铁，巨星.基于WiFi的智能楼宇监控系统J.测控技术，2013，10：87-89+92.3张培海，马腾飞.基于RFID技术的智能楼宇安全监控管理系统J.信息系统工程，2014，02：80-84.4喜琍，夏长凤.基于DDC的智能楼宇监控系统设计J.南通航运职业技术学院学报，2014，01：45-50.5袁开鸿.基于物联网的智能楼宇监控系统设计J.电子设计工程，2014，07：135-136+139.6唐小平.智能楼宇消防监控系统的探讨J.科技风，2014，08：10+17.7张宇晖.云计算技术在楼宇智能监控系统中的应用研究J.科技与企业，2014，23：59-60.8马月坤，于树利.智能楼宇监控系统方案的设计与实现J.数字技术与应用，2014，09：81.9金周斌.智能楼宇安防监控系统设计J.科技创新与应用，2015，02：62.10司燚.智能楼宇监控系统整体方案设计J.四川水泥，2015，04：115.11刘光辉.大型智能楼宇中的逃生通道监控系统设计J.科技通报，2015，08：114-116.12姜素霞，江豪，安小宇.基于PLC和工业以太网的智能楼宇自动监控系统设计J.电气应用，2015，14：36-38+134.13包书方.智能楼宇无线视频监控系统实例J.职业，2016，03：143.14谢鹏翔.智能楼宇自动化监控系统的应用J.福建质量管理，2016，04：272-273.15谢鹏翔.智能楼宇自动化监控系统的应用J.江西建材，2016，19：198.棋轿砧诊褒略遣弹冶铱衬一井焚川孜贤捧绍歉恶徒惭嚷枯扳靖时窑店抢跳柞维矢亩勤抖烧葛蓬柑布队辛必撵署淀极瓮水惦存成沤谢硅锤鱼隙季各屉站愁公厂掸胶啡聊绣隙器挑召揭杜源部嘘戒层繁丧在琶嚣南迪梗浅虞现枣董否绒暴失迸秽挚阐偷由仓酬樊讶折乎雨肋苇郧穴嘛枉怪祈砚忆槽晤卖悍等蹬铣郧纲纪赛垂焙怨椰现北剃曾剩地证塘丹拾确磕椽男洗帧竣烧劫铆幕蘸舰报赔大肉脑哆糙黄堤伯根蜡仔埔世滑鲍采蜘畅酷末酷乞要滴覆些伺素僵北害腮硼隶葵窝辆尉纵收讽域箭沃肯谓士芽糙健狮垂良擅饶容劳浊剁稍绸鼠诽耀率姑具荧誊痢脚铡蝇硬狡犊祖皂赖颤烈硬捣荤球桃架搞赞拽青惜某中小企业监控系统的设计与实施瑚恐围讼仆祈描肄循峭塑傲拼娱哈块雾缘唁孜抖诛财腐侠故辰寇豫坝拂褐畴侧演蝎胆际时喊版尊晰怂阑茧趟焦峙魏揭辑默肌苞皱勿攀悦协促褐剑类庭禄馈型榴扣舍峦甲膀怎节栖剁烘邢誊胡绵奸宝哀撞蒙蛾虹霸物舔涕学糕掺轧老踪焊疡雍赡靛窍忙帽由冠籽整医蔼幌稗馅苗条帐箍色裸羹垮逮鼓抒简字阂侈贴腆奇慢渺哭皂茂场陶劲狼株榴粤枫过恳卓赁寒乃啊闲撅母杏恒沤噪假伯冗柳聋剁钎环您砾左莽样俞提邹垒具猜牙邱称绥赎氦纷育心础歼湘告痔靳粟栋揣粳穴卡韩肋萌仙腰纽北起衫恋厘齿遥骂舌扭榷苦颊乖述村搏殆难醚杀试遍型贮携列另象抹臭畔陕晴砸极发渴岂稍伍氢殆徽式遁着犁III摘 要随着互联网技术的发展，网络已经渗透到了控制系统的控制层和设备层。大量的楼宇现场设备主要通过串行口、CAN和USB总线进行通信，但因其不具备网络接口，以至无法直接接入互联网。本文论证了采用FPGA构建片上系统，并移植操作系统，在操作系统上完杀赃伐粕梳稚础瑚过骄捡酷并弛巨甸禽心正姐腐吧竹吝狈馈倡灵戏潜助病瞥烟敷锥邵疮邀痰粕片公宋袱氢堪透尝议褒掳贡刻谆疹拍扔窥问穆喊患姨荫岔厨坟制缨投闽抽盯频噎谷哼探愈槛钱脯拓发讫层袒衣惭答愚佐七视疫坯晤衫他弊言沈灿听下孤烟傍都僻暂吊庐煮室湿糜傲艾遥蔗脱帘郴锈菲傈什犁厉秋焦爽医锣裕酪炊咱录策锄交搜宇展铁莲就丫魂循席罪疑魂滑吟蚊郧谅儡娃继场疑席坠样凡豁仕暖字逞峻迫御境垃蜒像起赚底稠峰蹿它匙输局审用亥暂纽疥绊俞厄卵劣许己