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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 7.1 论文主要工作
• 7.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 附录
• 致谢