小型站点的监控设计毕业论文

摘 要：从优化公路隧道测控系统的目标出发，针对公路隧道的特殊环境，结合公路隧道机电设施多而分散的特征，充分利用PLC抗干扰性好，机电一体化程度高，通信和网络功能强大的特点，将PLC作为现场区域控制器，论述了Controller Link网络的特点、硬件配置原则、通信设置及实现方法，搭建了以光纤作为传输介质的PLC冗余环网，实现了数据传递容量大、通信速率快、传输距离远、可靠性高的测控系统。 关键词：计算机控制; 隧道测控; PLC; 网络; 通信0 引言 隧道是公路中的一个特殊路段，其管状的构造和封闭的环境容易诱发诸如追尾、拥堵、火灾等事故的发生，为保证车辆在隧道中能够安全行驶，营造舒适的行车环境，在隧道中安装了通风、照明、监控、消防等交通工程设施，这些设施相对均匀的分布在隧道当中，为实施对这些设施的控制，并将布设在隧道内的各种检测装置所采集的交通流参数值、车辆运行的环境指标和现场设备的运行状况等信息能够准确、及时的传输到监控中心，则需要建立一套快速、安全、可靠的隧道测控系统。随着计算机技术的发展，PLC的性能和功能得到了很大的改善和提高，特别是PLC的高可靠性、高抗干扰能力及高机电一体化的特点，使得PLC更适应在公路隧道这样的特殊环境中应用，加上其通信和网络功能大大增强，可以方便的实现PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与其它现场设备的链接。此外，PLC系统可极大的节省配线，方便安装，简化系统维护。因此基于PLC网络的隧道测控系统正在得到广泛的推崇和应用。1 网络结构 系统方案 隧道测控系统上位管理计算机较多，整个网络采用二层网络结构，第一层为管理层（即信息层），采用Ethernet局域网，承担管理、决策和控制任务;第二层为控制层，采用PLC的光纤环型网络（Controller Link），实施现场数据采集、数据传输和设备的控制。现场PLC网络由主PLC通过以太网模块与局域网连接，实现以太网通信。这种控制系统实现了区域控制器的现场控制，并且信号传输实现了全数字化，从底层到顶层均采用通信网络连接;系统结构采用全分散化，由现场的控制器直接控制设备;上层通信网络采用以太网通信，可方便地实现数据共享。此网络结构体现了FCS控制控制系统的优势，当环型网络上的仅有一点发生故障时，数据可正常传输，系统可正常工作，当有多点故障时，现场PLC可独立工作，等待系统恢复正常后再接受指令，交换数据，大大增强了控制系统运行的可靠性。系统构成如图1所示。 Controller Link网络特点 Controller Link网络即控制器网络，是FA领域用于在PLC之间、计算机和PLC之间进行大容量数据交换的网络。计算机可通过Controller Link支持软件对网络上的PLC进行监控，用于个人计算机的CLK支持卡有两种：一种是线缆型的3G8F5-CLK21-E，另一种是光缆型的3G8F5-CLK11-E。Controller Link网络支持数据链接、数据共享和信息通信，数据链接区域可自由设定构成一个数据链接系统。 （1）通信介质可采用双绞线或光缆 线缆型的Controller Link网采用双绞线连接，双绞线比同轴电缆或光缆容易处理和维护，减少连网费用。通信距离可达1km。 光缆型的Controller Link网采用光纤连接，能够获得更多大容量的数据链接和更长距离的通信，它的通信距离可达20km。 （2）高速度的数据通信 控制器网络的通信波特率可达2Mbps，远远高于PC Link网的128Kbps。 （3）大容量的数据链接 每台PLC发送字数可达1K，发送和接收总字节数可达8K。数据链接可以自动设置，也可以根据实际需要人工设置，非常灵活。 （4）信息通信 信息通信是在用户程序中执行通信指令SEND、RECV、CMND来实现的。通过执行通信指令可很方便的实现网络通信。 （5）灵活的网络互联 Controller Link网络可以配置成单级，即所有的PLC仅安装一个CLK单元，并由线缆连接起来，单级的最大节点数为32。若有一台PLC安装2个或2个以上的CLK单元，分别与其它PLC的CLK单元连接成各自的子网，则形成多级系统。一台PLC可同时安装Controller Link单元和Ethernet单元，使用通信命令可实现三级网络内的无缝通信。 （6）改进的错误处理 由于出错记录中有错误发生的时间和细节，使得快速处理错误成为可能。当令牌节点发生错误时，另一个节点会自动变成令牌节点，防止了网络中一个节点出错影响其它节点，保证了系统的可靠性。 硬件配置 正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要作用。选择PLC，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源的选择等。 为保证PLC与上位监控计算机通信的稳定性，中央控制室设置一台CS1D系列PLC控制器用于与以上所述的区域控制器相连，用来接收信息和发布中央控制室命令。CS1D系列PLC采用更快速度的CPU并可通过两个以太网模块CS1W-ETN21D与上位机（带双以太网卡）相连，大大增强系统通信的实时性和稳定性。 由于隧道测控系统选用的区域控制器需支持以太网功能、远程通信功能，而且控制系统稳定可靠，区域控制器要有一定的存储能力，对于现场PLC的选择应根据被控对象对控制性能的要求，及PLC的输入量、输出量的类型和特点，确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定基本单元和扩展单元的型号;对模块式PLC应确定框架（或底板）的型号，及所需模块的型号和数量。CS1系列PLC能完成对隧道现场设备的控制，节省区域控制箱的空间，减少控制设备的投资，因此选用CS1系列PLC。2 通信设置及实现 通信设置 以薛公岭隧道为例，系统中设主控PLC1台，现场PLC（区域控制器）8台，2#、3#、4#、6#、7#、8#主要用于隧道交通控制与环境检测，1#、5#站主要用于隧道通风、照明控制。Controller Link网络通信设置三步完成： （1） 用GI型光缆将由Controller Link模块CS1-CLK52-V1组成的网络连接起来。 （2） 通过拨动CS1-CLK52-V1面板UNIT No和NODE No旋钮并按照站的编号设置相应数值的节点号，单元号。通过C-NET软件给每个站以以太网为2号网络、Controller Link 网络为1号网络创建路由表并将路由表内容下传给对应的控制站。 （3） 数据链接表设置。数据链接表的设定有两种方式：自动方式和手动方式。设置方式选择可使用手握编程器或CX-P软件在启动节点PLC的CPU单元DM区设置。 ①自动方式设定时可以用来建立简单的数据链接，所有的接收节点共享发送节点相同的数据。第1区从区位IR、CIO和LR中选择，第2区从数据存储区DM和EM中选择。每个节点不允许只接收或只发送数据的一部分，所有节点都可以被指定为加入或不加入数据链接。 ②手动设置数据链接区分几种情况，其中：（a）发送和接收节点的次序是自由的;（b）一些节点可以只发送而不接收数据;（c）一些节点可以只接收而不发送数据;（d）一个节点可以只接收从区域起点开始指定数量的字;（e）一个节点可以只接收从指定字位置开始的指定字数的数据，开始字被设置成一个从发送数据起始处开始的偏移量。由于高速公路隧道监控系统中区域控制器之间全部需要通信，因此本文在设置数据链接表时接收节点共享发送节点的所有数据，发送节点和接收节点次序采用自由格式，每台区域控制器设置链接区域大小为800字，发送均从D1000开始。 通信实现 （1）启动数据链接表实现PLC之间通信 通过启动数据链接表可实现上述设定数据链接表链接区的数据共享，达到通信的目的。这种方式实现起来简单、方便，但不灵活，PLC不能实现其它内存区的数据共享。起、停数据链接表有三种方式： ①使用编程设备或用户程序 CS1系列PLC的启动位是启动节点字DM30000×CLK单元号中的第0位。设置启动位从OFF变为ON或当接通电源时已为ON时，启动数据链接，启动位从ON变为OFF时停止数据链接。 ②使用Controller Link支持软件 在上位机或上位机节点上，使用Controller Link支持软件向数据链接中的节点发出启动/停止数据链接命令。 ③使用FINS命令 使用网络通信指令CMND从一个Controller Link节点（PLC或计算机）向一个数据链接中的节点发送RUN（“0401”）/STOP（“0402”）指令来启动/停止数据链接。 （2）网络指令通信 在网络内通过发送网络指令SEND、RECV和CMND可实现FINS通信。这种通信方式灵活，可对目标节点PLC进行任何操作。发送网络指令是先将需发送的命令数据存储到给定的内存区，确定连接的本地内存地址和目标站内存地址，通过网络指令就可实现对远程站通信。 （3）操作过程 基于PLC网络的隧道测控系统的操作步骤是区域控制器首先根据控制器状态、内存区状态、端口状态诊断控制器是否在正常状态下工作。其次，区域控制器采集本地控制的输入设备的输入数据，进行处理后并将结果数据发送到数据链接共享区，同时读取其它控制器共享到数据链接区的数据，通过对所有的采集数据来判断整个隧道的状态，并按照判断结果质询上位机是否执行相应程序，得到确认后，现场区域控制器立即执行相应的程序。若区域控制器长时间没有得到上位机命令，根据具体情况按照规定的预案进行控制。根据预案程序的运行改变现场设备的控制状态，并按照控制状态对应逻辑真值表输出到显示设备中，PLC执行完外部响应和控制程序，I/O刷新则将结果输出到现场设备中。3 结语 以PLC作为本地控制器，用PLC网络实现隧道测控，集数据采集控制于一体，避免了错综复杂的布线，减少了出错的概率。从而提高了整个系统的可靠性和安全性。 本文的创新点在于，将PLC及其网络应用于公路隧道测控系统，一方面使PLC抗干扰性好，机电一体化程度高，通信和网络功能强大等特点得到了充分的利用，拓宽了PLC的应用领域;另一方满足了隧道内温度、湿度、噪音、灰尘、振动、汽车点火高频干扰等恶劣环境的要求，确保了测控系统的稳定性和可靠性。

方案一WindowsNT ( Windows 2000 server ) + Proxy + Exchange+WinRoute（或Checkpoint） 上述软件组合能够实现和TL-100互联网功能服务器网络解决方案相同的包过滤防火墙、邮件服务器、Web浏览代理、Ftp服务代理等功能。但是由于WindowsNT(或Windows2000 server)对于计算机硬件要求比较高，正版软件的价格也比较高，更为重要的是：从技术上来说，上面的方案需要固定的IP地址，这意味着企业每时每刻还需缴纳一笔额外的费用。另外，上述软件还需要专业的系统管理员来维护。（微软的产品有无数的补丁需要你“补上”） 上面的解决方案明显的不太符合目前国内中小企业对于信息化的“性能价格比”要求和维护成本要求。 方案二Windows98（WindowsNT）+Wingate 这种方案能够实现Web代理和数据包过滤的部分功能，另外，新版本的Wingate还提供网络地址转化功能（NAT）功能和防火墙功能。这个方案的缺点是：系统硬件要求比较高（如果你系统整个系统运行稳定），应用软件和操作系统软件整体成本太高。安全的规则需要专业人士的配置。没有很好的解决企业电子邮件系统的使用需求。另外，部分“高级”功能的实现需要安装“客户端软件”。加重了网络系统的维护负担。 方案三Windows98(WindowsNT) + dns2go 这种方案，在Windows操作系统上安装相应的客户端软件，和dns2go站点的DNS服务器协调工作，达到动态域名解析的目的。这种方案能够完成中小企业一站式INTRANET/INTERNET解决方案中从TL-100互联网功能服务器到互连网之间的DNS通讯问题，但这种方案对于用户的域名只能在下选择。如果将自己企业的域名转到dns2go上的域名服务器授权解析的工作，dns2go的域名服务器也只做域名解析的工作，不提供其它和域名相关的服务（如电子邮件服务器不在线的邮件接收问题）。另外，这种方案的运行稳定性在通讯线路不佳，造成用户的机器频繁拨号连接ISP而造成的IP地址变动的情况发生时，用户域的主机域名纪录的频繁变动。但是这些变动数据和在互联网上其它DNS服务器缓存中的数据不会随时同，这种情况会造成WEB和E-Mail等需要固定IP的互联网服务无法正常提供服务。（例如：在域名和IP地址变动时，可能造成互联网上用户向本域E-mail投递失败，或将E-mail投递到其它恰巧使用相同解决方案且恰巧有SMTP服务器上） 对比项目中小企业一站式INTRANET解决方案费用传统的接入方案费用计算机硬件平台稳定的工业级硬件平台无需购硬件平台10,000元左右操作系统基于Linux无基于Windows Windows2000 Server(10用户) 12,270元代理服务功能HTTP,FTP,TELNET 无需购专业软件MS Proxy Server12,784元邮件服务功能企业域名邮箱(用户数量不限,邮箱容量不限)无需购专业软件Exchange(25用户) 24,807元WEB功能提供100Mweb空间无需租用web空间1,000元/年防火墙功能有无需购专业软件CHECKPOINT 30,000元 方案价格性价比高18700元实现同样的功能价格几倍于前者90,861元服务及管理WEB,MAIL服务,网络安全管理，根据要求提供网络安全状况日制，上网浏览日制，邮件日制，企业无须专业人员维护2800元/年需专业人员操作维护30,000元/年(专业人员工资) 中小型/成长型企业商业网站（INTERNET）解决方案 上海天傲科技本着“一站式解决”的理念，向中小型/成长型企业提供完整的域名服务，主机服务，企业邮件，网页制作，数据库部署等全系列服务。 网站建设步骤 将您的主页制作资料（包括文字、图片等）邮寄给我们，并列出大概的要求即可。 选择我们提供的企业网站建设方案，或根据您的要求定制。 我们根据您的要求核算主页总数及金额，并交纳预付款(为总金额的50%)。 收到预付款后，我公司将开始制作主页。 主页全部完成后，将上传到我公司的服务器上请您确认，并根据您的意见进行三次小的修改。 如果您认为制作的主页已经达到您的要求，请将剩余款项汇至我公司帐户，并将汇款凭证传真至我公司。 在收到确认传真和汇款凭证后，我们将您的主页上传到我公司提供的虚拟主机上。 虚拟主机方案虚拟主机是使用特殊的软硬件技术，把一台运行在因特网上的服务器主机分成一台台“虚拟”的主机，每一台虚拟主机都具有独立的域名，具有完整的Internet服务器（WWW、FTP、Email等）功能，虚拟主机之间完全独立，并可由用户自行管理，在外界看来，每一台虚拟主机和一台独立的主机完全一样。上海天傲科技的一站式解决方案为中小型/成长型企业提供优质的网络环境和服务器，并由高级网管负责监控。你可以选择如下的三个方案之一或者直接和我们联系进行定制服务。 A型虚拟主机150M B型虚拟主机200M C型虚拟主机500M 主机空间/功能·独立Web空间150MB·操作系统：UNIX / Windows2000·支持ASP,Perl,PHP ·FTP管理·支持数据库功能另外收费·ACCESS数据库·MS SQL数据库·MY SQL数据库·独立Web空间200MB·操作系统：UNIX / Windows2000·支持ASP,Perl,PHP·FTP管理·支持数据库功能另外收费·ACCESS数据库·MS SQL数据库·MY SQL数据库·独立Web空间500MB·操作系统：UNIX / Windows2000 ·支持ASP,Perl,PHP·FTP管理·支持数据库功能·Windows2000系统：免费提供一个ODBC数据源·预装50MB SQL SERVER数据库空间·UNIX系统：免费提供50MB MYSQL数据库空间 Email功能·10个Email邮箱·单个信箱平均空间5MB·单个Email大小限制5MB·Web界面管理·自动回复、自动转发·POP3、SMTP方式收发信·20个Email邮箱·单个信箱平均空间5MB·单个Email大小限制5MB·Web界面管理·自动回复、自动转发·POP3、SMTP方式收发信·50个Email邮箱·单个信箱平均空间5MB·单个Email大小限制5MB·Web界面管理·自动回复、自动转发·POP3、SMTP方式收发信

基于DSP的图象处理系统设计摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集1引言数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理的实现方法有多种，但专用的DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本低、性能优越得到首肯。2系统功能概述本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精度高、稳定性好、集成方便的优点。本系统采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外部设备采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号;再经FIFO输人DSP进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。3系统硬件设计视频解码芯片模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为设计者提供了灵活的选择空间。系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路CVBS模拟信号或二路Y/C模拟信号或二二路CVBS信一号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行A/D转换，然后输出符合CCIR601格式的4:2:2的16位YUv数据到FIFO。其中亮度信号Y为8位、色度信号C:和Cl)合为8位数据。存储器模块F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，首字直接通过)两种工作模式。按照CCIR601格式，Yuv图像分辨率为720x576象素，当按行输出时，SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实现，FIFO连接见图3。图像处理模块TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分:运行过程的临时数据存在SDRAM中;系统程序则固化在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩展到1CB，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达167Mllz，峰值性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈。本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不能超过30ms。按照C6211的处理速度，在30ms内可以处理4OM()条指令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算过程如下:系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指令周期，则共需120x720x576xZ/64=1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时(TMS320C62lll作在15OMHz时)。可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-FO传过来的数据。利用DSP芯片进行图像压缩如图4所示，图像数据通过FO接口送人数字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送出。4总结图像采集系统的关键在于如何对大容量的信息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩工作。该平台使用专用视频输人处理芯片SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频压缩、匹配等图像处理算法验证工作。参考文献【1ITexasInstruments，TMS32oC6000pe即he司5ReferenceGuide，.[2】PhiliPsSe二eonduetors，SAA7llADatasheet，.[3」TexasInstruments，TMS32OC6000CPUandInstrUetionSetRefereneeGuide，，TMS32OC6211Digtalsi即习ProeeSSorDataSheet，2003名-【51TexasInstrumentS，TMS320C6000TeehnicalBrie〔.[6llnte红atedDeviceTeehnolo留，Inc于IFOApPBook.飞9999.【7〕雄伟，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)【M」.北京:电子工业出版社，200住【8」李方慧等，TMS32OC600ODSps原理与应用(第二版)四1.北京:电子工业出版社，.[0]刘松强，数字信号处理系统及其应用[M〕.北京:清华大学出版社，19%.〔10]彭启徐，李玉柏.DSP技术四】.成都:电子科技大学出版社，1997.