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Web-Based Monitoring and Control for BAS Using Multi-Protocol Converter with Embedded Linux

Web-Based Monitoring and Control for BAS Using Multi-Protocol Converter with Embedded Linux. 带有嵌入式 Linux 的多协议转换器的 基于网络的楼宇自动化 (BAS) 监控系统. SUMMARY.

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Web-Based Monitoring and Control for BAS Using Multi-Protocol Converter with Embedded Linux

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Presentation Transcript

  1. Web-Based Monitoring and Control for BAS Using Multi-ProtocolConverter with Embedded Linux 带有嵌入式Linux的多协议转换器的 基于网络的楼宇自动化(BAS) 监控系统

  2. SUMMARY • 本文描述了一种适用于楼宇网络的基于Web的管理系统。开发了一种基于SoC和嵌入式Linux的多协议转换器。它要求一种适当的操作系统来处理协议和一种类似于嵌入式Linux的高级的开发环境。这种多协议转换器通过TCP/IP协议或Java程序的客户机结合RS-485和LonWorks设备的控制网络到BAS中。系统包括三层结构，BAS或客户机，一个多协议转换器和控制设备。为了比较系统体系结构的可行性，将系统应用于一个小型的BAS系统中。通过使用UML，我们模拟了一个基于Web的带有统一标准的TCP/IP套接字通讯和系统架构的控制系统。开发的这个系统包含有采用modbus在RS-485网络中的逆变器电机控制系统。实验的结果表明使用嵌入式Linux的多协议转换器是一个建立基于Web的监控系统的灵活的高效的方法。

  3. key words: remote monitoring and control,web-based control,embedded system,LonWorks network,BAS • 关键词：远程监控，web-based，嵌入式系统，LonWorks网络，BAS。

  4. 1.Introductin • 因为后PC时代的技术，嵌入式系统这个术语开始流行。从信息技术的角度来看，嵌入式系统可以定义为为了完成特定功能而设计电子控制系统，并在其上安装计算机系统。 • 近来，由于Internet的和嵌入式系统的迅速发展，嵌入式系统现在是随处可见。嵌入式操作系统可以管理日益复杂的系统资源和虚拟的硬件并使能不用定制的功能库，驱动等等。

  5. 本文中，我们开发了一个多协议的转换器来使用BAS连接控制设备和传感器网络，而其CPU是一个片上系统System on a Chip(SOC)并运行了嵌入式Linux。控制节点由LonWorks执行，包括空气调节器，泵，温度传感器，照度传感器，七段LED显示。 • 它支持RS-485工业控制器通讯。工业控制器为一个变极器驱动的AC电机。Modbus协议由控制节点在多协议转换器中连接RS485实现来保持标准协议的实现。这样的网络应用于也可以像用在控制器中一样应用于控制设备。

  6. 为了整合常见的BAS到多协议转换器中，我们详细说明了TCP/IP协议。因此，多协议转换器可以将从LonWorks和RS485网络中获得的数据通过TCP/IP协议轻松地转换到BAS中，这样一来，它就是一个建立不同的现场数据协议的分布式网络的灵活的体系结构。为了整合常见的BAS到多协议转换器中，我们详细说明了TCP/IP协议。因此，多协议转换器可以将从LonWorks和RS485网络中获得的数据通过TCP/IP协议轻松地转换到BAS中，这样一来，它就是一个建立不同的现场数据协议的分布式网络的灵活的体系结构。 • 相比于集中控制界面的典型的BAS系统，它由标准和TCP/IP协议和多协议转换器连接多个网络设备来实现。因此，这个系统可以满足协同工作的要求。

  7. 另一种使用多协议转换器的架构是不带有常见的BAS的基于web的系统，如图1所示。另一种使用多协议转换器的架构是不带有常见的BAS的基于web的系统，如图1所示。 • 为了开发这个系统，我们将嵌入式web服务引入到多协议转换器中。在这种情况下，系统成为三层的客户机—服务器体系结构。 • 近来，基于web的监控系统广泛应用了Internet技术来透明地访问控制设备，这些设备的web服务是由工作站或PC服务器来实现的。 • 可是我们设计了一个基于嵌入式Linux的嵌入式web服务器，它包含了应用在工业和建筑自动化领域的多种协议。 • 为了实现基于web的控制系统，用Java程序代替了公共网关接口Common Gateway Interface(CGI)，在此，实现了Java套接字程序和图形用户界面Graphic User Interface(GUI)。

  8. 图1展示了多协议转换器可以与BAS实现互联，并可以应用于不带有典型的BAS的基于web的控制系统。

  9. 2. Multi_protocolConverter • 为实现对控制网络的有效管理，开发一种多协议转换器，如表1，它包括两个CPU，一个基于ARM7TDMI核的S3C4530A芯片，使用嵌入式Linux和控制外设。另一个是支持LonWorks协议的神经元芯片。 • 第一部分基于ARM的片上系统设计用于连接TCP/IP，RS485，RS232C和LonWorks协议。

  10. 图2展示了多协议转换器的设备图和组件构成。图中的多协议转换器包括两个CPU，神经元芯片和S3C4530。还需要硬件接口来在两个CPU之间传送数据。这可以通过数据位并行通讯或者共用DPRAM存储器来实现。我们使用DPRAM来传送由控制器中采集并转换为TCP/IP协议支持的的数据。图2展示了多协议转换器的设备图和组件构成。图中的多协议转换器包括两个CPU，神经元芯片和S3C4530。还需要硬件接口来在两个CPU之间传送数据。这可以通过数据位并行通讯或者共用DPRAM存储器来实现。我们使用DPRAM来传送由控制器中采集并转换为TCP/IP协议支持的的数据。

  11. 3. 嵌入式Linux • 使用ARM7TDMI的S3C4530就是没有存储器管理单元(MMU)的片上系统，uClinux是Linux内核为没有MMU的CPU扩展的实时操作系统。 • 本文选择uClinux2.4内核，因为我们使用没有MMU的S3C4530的CPU。图3显示启动的代码，它通常由汇编语言来实现，并需要进行以下工作：

  12. -定义进入点defining the entry point • -设定系统配置system configuration和PLL(锁相环) • -初始化串口initializing the serial ports • -初始化内存印象图memory map • -将ROM的内容复制给RAM并设定初始堆栈initial stack • -设定结构类型architecure type • -跳转到Linux(启动内核start kernel)

  13. 4.Local Network Devices • 3.1 LonWork Control Devices • Lonwork是一种通讯协议，作为标准协议用于楼宇自动化系统和采用神经元芯片的控制网络。本文中实现LonWorks节点设备使用神经元芯片来构成分布式控制网络。节点控制器由实现多种控制对象的LonWorks硬件和接口电路来开发。

  14. 如图4所示接口电路根据存储器印象图来处理外设I/O。如图4所示接口电路根据存储器印象图来处理外设I/O。 • 图5中的控制节点通过采用增加了接口逻辑的LonWorks控制模块来实现。

  15. 5. Software Structure of LonWorks Network • LonWorks的程序由基于事件驱动的神经元芯片的程序完成。网络和I/O口的数据类型也可知。；了与LonWorks进行通讯，分散的控制节点通过互相的连接与网络的捆绑来进行通信。图6描述了一个例子，在多协议器的输出网络变量定义为分段数据和空气调节器的控制。节点TEMP和LUX用于获得由A/D转换器转换的温度和照度传感器的数据。

  16. 图6描述了一个例子，在多协议器的输出网络变量定义为分段数据和空气调节器的控制。节点TEMP和LUX用于获得由A/D转换器转换的温度和照度传感器的数据。图6描述了一个例子，在多协议器的输出网络变量定义为分段数据和空气调节器的控制。节点TEMP和LUX用于获得由A/D转换器转换的温度和照度传感器的数据。

  17. 6. Java Applet • 对于一个基于web的系统，运用了Active Server Page，PHP和Java Script Program等脚本语言。但是脚本语言对于嵌入式系统来说是相当繁重的，所以使用CGI。 • CGI是基于客户机的POP和服务器的PUSH机制和各种丰富语言的支持的，问题是其运行的环境。CGI的应用程序运行在嵌入式系统中并不适用于资源非常有限的资源。 • 但是我们采用了Java程序，Java程序并不需要脚本语言和运行环境在客户机上而不是服务器所以没有资源的限制。Java程序从服务器上下载到客户机并运行，这样在服务器端则没有过多的负载。

  18. 下图是Java程序的运行机制。HTML文件包含了嵌入式系统需要的程序。一旦浏览器从客户机中打开HTML文件，Java程序上载到客户机并将在客户机中以JVM运行。下图是Java程序的运行机制。HTML文件包含了嵌入式系统需要的程序。一旦浏览器从客户机中打开HTML文件，Java程序上载到客户机并将在客户机中以JVM运行。

  19. 图15展示了设计的Java程序的结构，当载入到客户机后，先调用init()函数进行初始化。然后执行start()函数来运行用户界面如16图示，使Java套接字与网络服务器程序连接起来。

  20. 当这个连接建立后，用户就可以通过图形用户界面来控制网络中的设备。当这个连接建立后，用户就可以通过图形用户界面来控制网络中的设备。 • 当有用户单击动作时，mouseclicked()事件使用Java套接字通过TCP/IP协议发送命令到多协议转换器。 • 所有的图形对象都由事件柄进行定义。因此，我们可以轻易的处理底层的网络设备，而不需要其它的应用程序和常规的BAS。 • 当程序终端发送了终止命令到网络服务器时，调用destory()函数来关闭客户机的套接字连接。

  21. 7.Conclusion • 　在本文中我们设计了一个有用的基于web的BAS。完成了一个多协议转换器和网络设备。 • 在这个多协议转换器中，使用S3C4530为主CPU，并应用嵌入式Linux和嵌入式web服务器来建立一个实用基于web的BAS平台。 • 为了整合多种协议，使用了网络接口电路，神经元芯片，RS485和以太网。 • S3C4530和神经元芯片通过DPRAM来通信。 • 也完成了诸如电机控制器和基于LonWorks设备的控制节点。

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