嵌入式Web Server技术在工业控制领域的应用

摘要：嵌入式Web Server (Embedded Web Server, EWS)技术是网络技术、Web技术和嵌入式技术相结合的产物。EWS系统与传统的Web应用系统相比，大大简化了系统的结构，并将信息采集和信息都集成到现场的测控设备中。EWS系统通过Web和嵌入式技术使接入Internet的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的功能。因此，嵌入式Web Server技术得以推广，并广泛应用于工业控制领域。

关键词：嵌入式技术；Web技术；EWS系统；TCP/IP协议；工业控制领域

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)32-1250-02

Embedded Web Server Technology in the Field of Industrial Control Applications

ZHANG Kai

(Guangdong Zhanjiang Normal College School of basic education, Zhanjiang 524300, China)

Abstract: Embedded Web Server (Embedded Web Server, EWS) technology is the network technology, Web technology and embedded technology integration of the product. EWS system with the traditional Web application systems, greatly simplifying the structure of the system, and information collection and information dissemination are integrated into the monitoring and control equipment at the scene. EWS system through the Web and embedded technology to access the Internet all kinds of equipment or other types of sub-network of remote monitoring, diagnosis and management functions. Therefore, embedded Web Server technology to promote and widely used in industrial fields.

Key words: Implant the dyadic technology; Web technology; EWS system; TCP/IP; Industrial control field

1 引言

伴随着现代通信技术、网络技术的发展，基于TCP/IP通信协议的Web技术得到了广泛的应用和普及，尤其在工业控制领域中出现了引入网络技术的趋势，一方面对于环境恶劣的现场，可以通过网络传递信息，实现远程控制。另一方面，现场控制和上层管理相结合，可以实现办公自动化与工业自动化的无缝结合。针对工业控制网络化的需求，目前出现了多种工业总线标准，例如ControlNet、Profibus、Modbus等。客户在制定系统方案和设备选型过程中面临着多种选择。产品标准的多样性一方面促进了竞争，降低了用户成本，另一方面也给用户带来了被厂商制订的标准所束缚的危险。与此同时，传统上用于办公室和商业领域的以太网正在进入工业控制领域，其性能己经能够适应工业控制领域的要求。然而，以太网上运行的TCP/IP协议是一个开放式的标准，它并不由某个厂商所控制。TCP/IP协议的开放性和公开性，使得开发具有自主知识产权的系统成为可能。

嵌入式Web Server主要解决的问题是如何通过Web和嵌入式技术实现从不同子网、不同物理区域对接入到Internet的设备和异类子网进行监控、诊断、测试、管理、及维护等功能，从而使接入Internet的各种设备或其它类型的子网具有远程监控、诊断和管理的功能。利用现有以太网的丰富资源，用单片机组建基于TCP/IP协议的嵌入式WebServer是一种低成本、高可靠性且快捷的技术方案。单片机上实现TCP/IP的意义和价值在于，它将原来孤立的控制单元改造成能够融合进控制网络和信息网络的节点，从而提高生产效率和管理水平。

2 国内外EWS系统技术研究和应用现状

嵌入式Web Server技术发展很快，广泛应用于智能家电、智能建筑、仪器仪表、通讯产品、工业控制、数控机床、掌上电脑等许多领域。其核心问题是如何利用嵌入式系统自身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在以太网上传输的IP数据包，然后在该协议的基础上开发Web应用程序，最终构成嵌入式Web Server。从解决这一技术难题出发，国内外目前已经出现了几种解决方案，大致可以分为以下三种：

1) PC网关+专用网

采用专用网络(如RS232RS485,CAN Bus等)把一小批单片机连接在一起，然后再将该专用网络连接到一个PC上，该PC作为网关将专用网络上的信息转换为TCP/IP协议数据包，然后到网上实现信息共享。这种方案可以连接多种单片机。专用网可以理解为MCU(微处理器)与Webchip(独立于各种微控制器的专用网络接口芯片)相结合组成的网络。Webchip通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令，或将数据交给Webchip发送出去。该方法一般费用较高。

2)高档MCU+TCP/IP协议

采用高档处理机加TCP/IP协议方式的处理方案中，MCU处理机像PC机一样直接处理TCPIIP协议。一般系统需要一个高档的MCU处理机，如32位的ARM, SH3.M1PS等，以及一些单周期指令速度较高的8位MCU，如AVR. SX等。

3)低档MCU+精简TCP/IP协议

根据嵌入式应用的特点，将TCP/IP协议栈做大幅度的简化，只保留其中最核心的部分，这样就可以大幅度减少对系统资源的需求，从而可以在低成本、低速度、小内存的MCU上实现网络连接。这样的方案的优点是廉价，便于广泛应用。本文主要是采用了这种方法。

3 嵌入式Web Server在工业控制领域的应用与开发

利用简化TCP/IP协议和EGI技术开发嵌入式Web Server，使8位嵌入式系统具有Internet接入和Web Serve:功能，本文采用B/S体系结构设计了嵌入式Web Server，并实现对温度的远程监控。

3.1 远程温度监控系统硬件设计

温度是程控机房、档案室、图书馆、农业生产基地等众多场所需要实时监控的一个重要物理量。温度监控系统在实际生活中有着重要的作用。在Web浏览器端，客户可以使用浏览器远程查看温度传感器显示的温度值，还可以进行相关的控制。