基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的设计与分析

马 琰,蔡丽霞（.河南工业职业技术学院实验设备处，河南南阳,473000;.河南工业职业技术学院网络管理中心，河南南阳,473000）

基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的设计与分析

马 琰1,蔡丽霞2
（1.河南工业职业技术学院实验设备处，河南南阳,473000;2.河南工业职业技术学院网络管理中心，河南南阳,473000）

在传统的监控系统中，数据和视频的传输需要通过专用的电缆来进行传输，存在功能单一、传输效率不高、传输距离较短的缺点。嵌入式技术在远程监控系统具有明显的优势，本文就基于嵌入式网络的UPS远程监控系统进行了技术分析，重点对其软硬件的设计方案进行探讨。

嵌入式；网络技术；UPS远程监控；设计；方案研究

0　引言

随着科技的不断发展，UPS技术也取得了较大的进步，UPS电源设备的应用范围日益广泛，对其性能也提出了更高的要求，体现在能够完成各种电源故障的自动处理，保证用户各项数据的安全，将电源故障给用户造成的影响控制在最小值，为了实现这一系列的功能，可以采用嵌入式设备提供相关的网络服务，使UPS设备能够实现实时的远程监控，本文就对其远程监控系统的设计及实现进行分析探讨。

1　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的

图1　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的结构组成框图

结构组成

本次研究中基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的主要组成部分有：UPS、UPS控制接口、设备管理信息库、设备管理器、嵌入式Web服务器等，其结构框图如图1所示。

其中UPS指的是系统中需要管理的UPS设备；管理信息库的主要功能是对UPS设备的状态信息进行记录；设备管理器的主要功能是对设备进行有效的操作，主要的操作内容有设备参数的设置及UPS状态数据的读取等；嵌入式Web服务器的主要功能则是完成HTTP服务的相关请求。

2　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的通信过程

2.1设备服务器与嵌入式Web服务器之间的通信

设备服务器在进行UPS状态数据的读取时，应用的是Megatec协议，并对相关的信息进行定期的读取，以此来对相应的信息管理库进行更新，Web服务器会对客户端的请求进行响应，通过对信息管理库中的数据的读取，应用有关的设备管理器对设备的运行状态进行有效的设置，由于相关的设备服务器会对UPS的状态信息进行定期的读取，并应用读取的最新数据进行信息管理库的更新，这就会控制信息管理库中的数据与UPS真实的状态数据的一致性，从而实现UPS的有效管理。

2.2嵌入式Web服务器与浏览器之间的通信

其主要的通信过程为：由LAN客户端或者是Internet客户端的浏览器将URL请求传送至本地局域网中，使其直接到达嵌入式Web服务器的以太网的接口之中，这一URL请求会得到嵌入式Web服务器的响应，并会对其进行有关的安全验证，如果其能够通过相关的安全验证，会将用户页面调出，并会返回于相关的请求页面中，之后可以将UPS相关的监控请求发出，设备服务器会响应该请求，并对其予以有效的解释，并向相关的设备发出动作控制命令及一些有关的辅助命令。

3　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的硬件设计及实现

静态存储器AT45081B Data Flash、IS62LV 1024L；以太网的控制芯片RTL8019AS、F2407 DSP是基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的主要硬件组成部分，其硬件结构框图如图2所示。

图2　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的硬件结构

上图中，式中芯片HT1380是一种串行的计时器芯片，能够实现秒、分、时、日、月、年的计时，在该组芯片中各种时间信息的存储主要是应用其中的八个寄存器来完成，为了进行精准的计时，可以为其外接一个32.768赫兹的晶振，使其为系统的计时提供精准的时基信号，这对于保证系统计时的准确性具有非常重要的作用。

RTL8019AS以太网控制器是一种全双工的以太网控制芯片，该芯片是由台湾的Realtek公司制造，其控制速率值为10Mbps，在该芯片中内置有FF0、双DMA以及16KB的SRAM能够满足EEE802.3标准及ETHERNET2标准，并且其能够支持八位及十六位的基地址选择及数据总线的选择。

AT45081B是一种串行的可以编程的闪速存储器，其工作过程中应用的SPI的串口模式为0-3模式，其显著的优点是，能够在不接任何外接元件的情况下，与任何微机及单片机进行有效的通信，其数据的存储容量非常的大，具有非常好的安全性能。

TMS320LF2407DSP为控制器具有流水线结构、多总线结构及哈佛结构，并且具有非常高的执行速度，高达40M PS的执行速度使得在其中执行的所有指令的执行时间都能够控制在25纳秒以内，并且在该芯片中还具有16通道的CAN控制器模块、16通道双10位AD转换器、两个时间管理模块、SCI（串行通信接口）、SPI（串行外设接口）、2K单访问RAM、32K的片内Flash，功能非常的强大。

4　基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的软件设计及实现

4.1TCP/lP协议栈的相关设计

基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的软件设计过程中，最为基础的内容是要实现TCP/IP协议栈，系统只有实现了HTTP协议，才能使系统具备WWW服务的相关功能，在实际的软件设计的过程中，既要保证系统的功能，又要使TCP/IP协议栈具有健壮性，TCP/IP协议栈按照其协议功能的不同，可以分为有应用层、传输层、网络层、链路层几个不同的层次。

在实际的软件设计工作中，要使嵌入式Web能够与Internet进行有效的互联，在其软件设计的过程中，就需要对各层协议的子集进行有效的裁剪，其主要表现为：（1）保留协议栈中的重要且常用的协议，去掉非必需的协议，例如协议栈中的HTTP协议能够有效的实现现场监测数据与远程用户数据之间的交换，并且该种传输协议的传输方式是非常的简单的，则该协议进行保留。对相关协议进行裁剪之后，剩下的主要的协议内容有HTTP协议、TFTP协议、TCP协议、UDP协议、MCP/IP协议、ARP协议等协议内容，这样可以有效的减少了存储空间及响应时间。（2）传输层主要的协议内容是用户的数据协议UDP，以及传输控制协议TCP，在本次设计的过程中，使嵌入式Web服务器一开始就处于LISTEN状态，对中间的SYN-SENT状态进行了省略，当进行数据报的发送时，只对数据报中包含的状态信息进行记录，而不对数据报进行储存，大大减少了数据传输量，有效的节省的系统资源，也使得系统的维护更加的方便。（3）网络层的主要任务是对数据包在网络中的协议进行有效的处理，MCP/IP协议、P协议是其中主要的TCP/IP协议栈内容，其中的P协议使其协议栈中的核心内容，如果要采用Ping程序来进行网络连通状况的测试，只需要应用MCP/IP协议中代码为0的Ping应答协议就能完成，使用起来非常的方便。

4.2文件系统的设计

嵌入式Web服务器在工作的过程中，主要的功能是依据用户发出的请求将相关的网页程序文件传输给用户，但是在基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的内部，需要对相关的文件进行有效的存储管理及访问控制，要完成这一工作，就需要进行文件系统的设计，文件的存取控制、用户文件的建立、复制、修改、读写及删除，这是系统文件工作过程中最主要的内容。在嵌入式网络技术中，一项非常重要的工作就是要有效的解决网页文件的存放问题，本次研究中，基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的文件存放主要是由Data Flash AT45081B来完成，嵌入式Web服务器与PC机之间的文件传输主要是应用伪TFTP协议来实现，在实际的应用过程中，网页文件的动态更新通常都是依据这种机制。

网页文件在工作的过程中，会根据用户的实际需要的不同来进行动态的更改，并且其在完成相应的更改之后，会将文件系统的访问权限设置为只读，之后很少会进行其内容的变动，采用这种管理机制能够有效的预防在对文件系统进行多次删改之后，其所产生的碎片对系统造成较严重的影响，因此，在实际的运行过程中需要设计一个高效、更改次数较少的文件系统，本文中所提到的文件系统存放形式为多级目录，其文件的主要存储形式是无结构的字符流式文件，在其逻辑结构上，存储的方法是顺序存储法，站在物理结构的角度对其进行分析，其属于连续的文件。

5　结束语

本文对基于嵌入式网络技术的UPS远程监控系统的设计及实现进行了简单的分析，文中分析了该系统的主要物理组成、通信方式及硬件设计与软件设计，用户可以通过远程的浏览器对嵌入式Web服务器所提供的UPS的运行最新信息进行访问，能够有效的实现UPS设备的远程管理。

[1] 朱永祥,王建新.基于嵌入式Web服务器的UPS远程管理系统的设计[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2011(3).

[2] 祝龙记,周晓明.基于嵌入式技术的UPS电源网络监控系统[J].电气应用,2010(14).

[3] 赵淑芬,赵彦敏.基于Web的嵌入式网络监控系统的设计与实现[J].计算机与数字工程,2010(8).

[4] 李恒超,张家树.基于嵌入式Web的远程监控研究[J].西南交通大学学报,2011(3).

Design and research of the UPS remote monitoring system based on Embedded Network Technology

Ma Yan1，Cai Lixia2
(1.Lab And Equipment Administration Department,Henan Polytechnic Institute,Nayang,473000; 2.Network Administration Center,Henan Polytechnic Institute,Nayang,Henan,473000)

In traditional monitoring system,the traffic data and video was transmitted through the special cable,this leads to single function, low transmission efficiency and short transmission distance of system. The embedded technology has obvious advantages in remote monitoring system,this paper analyzed the UPS remote monitoring system based on embedded network,and discusses the design of its hardware and software .

embedded system;network technology;UPS remote monitoring;design; study

马琰（1978－），男（汉族），河南南阳人，硕士，讲师，主要研究方向：计算机网络及应用。

蔡丽霞（1979-），女（汉族）,河南南阳人，硕士，工程师，主要研究方向：计算机应用技术