基于B/S架构的智能设备远程控制系统设计

深圳供电局有限公司 陈华锋 廖家敏

伴随互联网的深入推广,以网络技术优势及嵌入式系统支持,可实现对设备的远程控制,大大提高控制效率及质量。以下对一种B/S架构的控制系统分析,作为一种远程控制系统,其将智能化设备连接到互联网,在控制主机位置设置网站,用户可通过网站网页操作,实现对设备远程控制。该系统充分利用B/S架构的优势,控制操作便捷、原理简单,控制效果稳定。

伴随信息技术不断发展,物联网的建设也不断成熟,智能设备的远程控制可以为人们生活及工作带来莫大便利,借助网络远程连接设备,可对设备运行操控、监控,提高生产生活效率,也营造更具有科技化的生活氛围。智能设备系统在生产生活区域设置小型局域网,控制中心连接到外网,实现远程控制[1]。对设备系统进行远程控制,大多采用C/S模式,必须在移动终端安装专门软件,才可实现远程控制。故采用B/S架构实施远程控制,用户以手机、电脑连接到互联网,很方便的打开网页,对智能设备监控、操作。

1 远程系统发展现状及趋势

远程控制系统属于现代控制技术及图形技术在远程控制软硬件系统中融合的体现。其逐渐向简单、便捷、无缝连接、高性价比方向发展[2]。远程控制技术从传统模拟信息传输到数字化、网络化,以TCP/IP协议支持发展的远程控制系统在更多生产生活中得到广泛应用[3]。此类设备以软件架构为特征,用户针对自身权限访问服务器,获取对应控制权限内容。随着时代的进步,信息化社会逐渐成熟,高新技术也得到了快速的成长空间,远程控制系统逐渐向嵌入式系统架构的方向发展。一段时间以来,我国的远程控制系统在进行研究开发时基本上都是采用的C/S架构,这种架构属于服务器与客户之间建立联系的架构,在应用C/S架构的远程控制系统设计中,不光需要对控制端系统进行设计,同时还需要设计与系统相匹配的专用客户端,在安装远程控制系统对应的客户端之后才能实现对电子设备的远程控制,这种设计不仅为远程控制系统的日常维护的困难,还在软件升级上带来了相对繁琐工作量,增加了维护成本。虽然能够实现对设备的远程控制,但是也在实际应用中使工作效率大打折扣。

近年来我国部分学者着重对远程控制系统的架构进行研究,经过科学技术的提高,在C/S架构基础上研究出新的B/S架构。这种B/S架构是C/S架构的进阶版,它属于服务器与浏览器之间的架构,不再需要专门设计对应的客户端,也不需要额外下载对应的客户端系统软件,可通过任意一个浏览器对系统的Web服务器进行访问,通过系统控制页面,可以直接实现对设备的远程控制,满足正常的操作需求。与此同时,在基于B/S架构的远程控制系统日常维护中,仅需要维护系统即可,降低运维成本,相比原本的C/S架构系统,在实际应用上更加的便捷,还可以大大提高实际工作效率。基于B/S架构的远程控制系统通过Web服务器与浏览器的连接,体现出其系统具备较为优越的跨平台性,同时丰富了自身系统的可扩展性。正因如此,B/S架构在其他的远程控制系统的设计中,也得到了广泛的应用。

2 关于B/S架构技术

B/S架构作为浏览器与服务器之间的架构,其架构技术围绕浏览器展开,使用浏览器,访问服务器,获取操作权限。和C/S架构相比,采用B/S架构的访问速度更突出,操作更便捷。文章设计的控制系统围绕B/S架构,以网站控制设备运作[4]。以ASP.NET技术支持网站开发,用Microsoft Visual Studio 2008工具,由以ASP.NET提供编程类库的,为Web提供程序模型。使用以ASP.NET开发,和开发软件程序类似,可以克服程序员开发难度,对网页应用的开发较简单[5]。本文设计的远程USB设备驱动单独开发为动态临链接库,之后以ASP.NET调动内部程序,实现页面对智能设备的有效控制。

3 系统设计

3.1 系统硬件选择

网络操作系统是整个远程控制系统中最主要的操作平台,主要包括界面控制模块、参数控制模块和报警模块。界面控制模块包括界面登录设置、主控界面设计等;参数控制模块包括参数采集设置、参数调控设置、参数统计设置等;报警模块包括故障提醒、故障类型判断设置、历史故障分析等。通过网络操作系统的设计,能够使客户端的用户轻易的通过浏览器网页进行操作,方便用户可以对设备进行及时的控制。与此同时,网络操作系统能够为客户端用户提供多元化服务,在满足用户需求的同时,使用户及时获取设备信息,了解设备运行参数,实现真正的远程控制。选择合适的网络操作系统。在节省人力物力投入的而同时,还可以有效的提高远程监控系统的工作效率。就当前市场上可用于网络操作系统的主要包括Window系统、Unix系统、NetWare系统和Linux系统等。随着时代的变迁以及网络技术的升级,Unix系统和NetWare系统由于体系结构不合理与硬件要求较低,实用性慢慢减弱,在网络操作系统的市场中占有率逐渐下降。因此在Window系统与Linux系统中,本文选择更适用于大型服务器网络的Windows NT系统,采用该系统最高版本Windows 2000 Server系统作为本文设计的基于B/S架构的远程控制系统的网络操作系统。

数据库是远程控制系统的关键技术,它直接关系到系统能否成功的根据数据信息做出反应。后台数据库的稳定性关乎远程控制系统的实际应用性能。建立良好的数据库能够对远程控制系统中的所有运行数据及操作信息参数进行存储、处理与传输。当前市场上可用于系统数据库的类型较多,其中Microsoft SQL Server2000数据库是在行业内应用最为广泛的数据管理系统,具有稳定性高、数据完整度高和方便安装的特点,能够实现在远程控制系统中与与Web服务器的无缝连接。

3.2 智能家居设备远程控制系统设计

以智能家居设备为例,设计远程控制系统,可分为通过ZigBee构成的本地网、USB设备及控制主机,如图1所示。

图1 智能设备远程控制系统结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the structure of the remote control system for smart devices

控制系统的难点在于对USB设备设计及Web页面通过USB对设备的控制程序设计。

系统以56角CYY68013A为USB设备芯片,其集成通信接口及8051内核,便于USB通信设计。此外,该芯片设独立USB接口管脚,分别为DMINUS、DPLUS,可直接连接USB线缆,由三组I/O接口连接到ZigBee设备,实现远程通信。

选取CYPRESS的51单片机编程为芯片固件程序,提供子函数,可以向主机传递VID、PID。之后对网页Interface接口配置,同时完成对Endpoint端点配置。对固件程序做好调度,从而完成主机及ZigBee的数据通信稳定。为确保用户在网页上可以利用USB设备实现对多个设备的远程控制,在网页设计上,考虑到控制及通信的人机交互,需要在网页实现,故程序对USB设备的控制以专门的USB驱动程序支持,驱动程序对CYPRESS的EZ-USB通用的INF(驱动程序文件)得到。

本系统设计将动态的程序封装为动态链接库内文件,文件格式为DLL,之后在ASP.NET页面的代码中,将动态链接库内数据、函数调用,实现对USB设备的控制。具体流程如图2所示。

图2 连接流程示意图Fig.2 Schematic diagram of the connection process

网站采用Microsoft Visual Studio 2008支持,在软件操作界面中,点击“文件”,在下拉菜单中选择“新建”,选择“网站”为新建项目,在新建项目中选择ASP.NET类型,创建新项目。网站的编程语言为C#,未确保网站对USB设备的有效控制,还需要完善以下步骤:一方面,将USB设备驱动程序动态链接库内的USBdev.dll文件存入主机系统性文件夹--System32内,确保网站程序运行后,对动态链接库内的函数自动调用;另一方面,在页面代码中融入动态链接库中函数,导入网页的程序语句,便于调用。以语句中函数scan_device()及dev_open()为例分析,具体如下:

完成一系列步骤之后,对页面编程,可以对已经准备好的驱动程序函数直接调用,用于和USB设备构建通信关系。和USB构建通信关系,才可向智能设备发送指令、了解运行状态、读取信息。主要是智能化设备种类不同、应用方向不同,其各自的参数也各不相同,故主机控制及USB通信,必须制定专门的指令格式,对多种智能设备控制。具体的指令参数包含:操作对象特征(ID)、指令的类型、操作参数、操作类型等。实际操作过程中,指令格式可以针对控制需求不同,灵活调整。网站页面的设计,主要针对用户智能设备数量、种类、用途进行设计,以VS2008的多种页面控件,设置便于用户操作及理解的简洁界面,提高系统可操作性。

4 结语

通过围绕B/S加工,设计一款针对多种智能设备的远程网页控制系统,采取ASP.NET控制USB设备,确保Web及硬件设备的之间通信稳定。经过实践发现,采用该系统的设计方案,其各个环节技术成熟,且系统性能稳定,无需大量成本投入,可推广应用于人们的日常生活及工作。系统网页界面整洁、简单,操作方便,通过普通的上网浏览网页,即可对多种智能化设备操作,老人、小孩也可以轻松掌握控制方法。且伴随现代化信息技术不断成熟,以网页系统为支持的控制方式可以得到进一步扩张,如流媒体、云技术、大数据分析等。通过网页网站对智能化设备控制,必须考虑到私人信息的安全性和保密性,这将成为智能设备远程控制系统未来发展的研究重点。

引用

[1] 朱景宁.基于EdgeX Foundry的智能家居系统架构设计与实现[D].杭州:浙江理工大学,2019.

[2] 解聪.基于OpenWrt的智能家居远程控制系统的研究与应用[D].武汉:武汉科技大学,2018.

[3] 李念,祁广彬,李张英,等.远程智能控制全自动洗井清蜡设备的开发与应用[A].河南省汽车工程学会.第十五届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C].河南省汽车工程学会:河南省汽车工程学会,2018.

[4] 聂祥林,吴晓军,张玉梅,等.基于NFC的智能家居系统辅助应用的设计与仿真[A].东北大学、IEEE新加坡工业电子分会.第28届中国控制与决策会议论文集(上)[C].东北大学、IEEE新加坡工业电子分会:《控制与决策》编辑部,2016.

[5] 张丽静,郭禹伶,高志强,等.基于Android平台的智能家居远程客户端设计[J].河北电力技术,2014,33(1):25-27.