基于vpn的供水设备远程监控系统

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1、基于VPN的供水设备远程监控系统一、项目背景在管网增压直供水设备中，使用到PLC对变频器等设备进行控制，PLC都是使用RS-232串口与电脑进行通讯，由于RS-232串口传输距离的限制，就决定电脑只能放置在设备旁边。改用RS-485总线扩展模块传输，距离虽有大大增大，但是依旧限于生产车间区域。传统的Modem拨号远程控制解决方案可以解决这个问题，但是存在着诸多不便，比如速度，切换方式，控制端建设等诸多问题。本公司运行的小区二次供水设备，使用国际品牌PLC对整个系统设备进行控制，设计的RS-232串口转化为TCP/IP网络接口

2、，从而使得串口PLC设备可以直接连接网络，通过互联网传输数据，从而实现通过互联网远程控制PLC。使用专门开发的接口程序可以在一台电脑上模拟出256个串行接口，兼容所有系列的组态王软件，而不必去更改软件的代码，节约了成本，降低了实施难度。另外，用组态王对PLC进行远程测控虽然可以全数读出PLC数据，各类参数等，但是对机房的环境还需进一步直观的了解，因此，本方案设计了一套基于VPN网络的视频监控系统，远程控制中心通过客户端可以观察各水泵房的现场情况。串口服务器就使得基于TCP/IP的串口数据流传输成为了可能，它能将多个串口设备连

3、接并能将串口数据流进行选择和处理，把现有的RS232接口的数据转化成IP端口的数据，然后进行IP化的管理，IP化的数据存取，这样就能将传统的串行数据送上流行的IP通道，而无需过早淘汰原有的设备，从而提高了现有设备的利用率，节约了投资，还可在既有的网络基础上简化布线复杂度。串口服务器完成的是一个面向连接的RS232链路和面向无连接以太网之间的通信数据的存储控制，系统对各种数据进行处理，处理来自串口设备的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设

4、备。二、硬件系统硬件系统是实现整个系统功能的基础，是整个设计实现的关键。整个串口服务器的关键在于串口数据包与TCP/IP数据报之间的转换以及双方数据因为速率不同而存在的速率匹配问题，在对串口服务器的实现过程中，也必须着重考虑所做的设计和所选择的器件是否能够完成这些功能。2.1硬件系统组成模块在制定设计方案和选定器件时遇到的技术难点是如何利用处理器对串口数据信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包。目前解决这个问题很多时候采用32位MCU+RTOS方案，这种方案是采用32位高档单片机，在RTOS（实

5、时多任务操作系统）的平台上进行软件开发，在嵌入式系统中实现TCP/IP的协议处理。它的缺点是：单片机价格较高，开发周期较长；需要购买昂贵的RTOS开发软件，对开发人员的开发能力要求较高。借鉴上述方案的优缺点，我们决定把串口服务器的硬件部分分为几个模块设计，这就是主处理模块、串口数据处理模块和以太网接口及控制模块等几大模块来共同完成串口服务器的功能。在器件的选择上，选用Intel公司的IntelXScale芯片作为主处理模块的处理器芯片，它是一种非常适合于嵌入式应用的高性能、高集成度的32位微处理器，功耗低。由于考虑到串口数据

6、速率较低而以太网的数据传输速率高所造成的两边速率不匹配的问题，我们决定采用符合总线规范的大容量存储器来作为数据存储器；由于主处理模块还涉及到数据线/地址线复用、串并转换、器件中断信号译码、时钟信号生成、控制信号接入等功能，若是选用不同的器件来完成，势必会造成许多诸如时延不均等问题，我们选用了一片大容量的高性能可编程逻辑器件来完成上述所提到的功能，这样的优点在于，我们保证了稳定性和高可靠性，并且可编程逻辑器件的可编程功能使得对于信号的处理的空间更大，且具有升级的优势。以太网接口及控制模块在串口服务器的硬件里面起着很重要的作用，

7、它所处理的是来自于以太网的IP数据包，考虑到通用性的原则，我们采用一片以太网控制芯片来完成这些功能，并在主处理模块中添加了一片专用的存储器来存储以太网控制芯片状态。通过主处理模块对于以太网控制芯片数据及寄存器的读/写，我们可以完成对IP数据包的分析、解/压包的工作。串口数据处理模块主要完成的是对于串口数据流的电平转换和数据格式的处理，判断串行数据的起始位及停止位，完成对数据和校验位的提取。一般的设计采用的是MAX232和一片UART的设计思想，这里我们也是遵从这种设计理念，不过我们采用的是集成了MAX232+UART功能的芯

8、片，小尺寸、低成本、低功耗，而且采用与SPITM/QS-PITM/MICROWIRETM兼容的串行接口，节省线路板尺寸与微控制器的I/O端口。这种模块化的方案的优点在于：采用高速度的32位微控制器，外围器件少，系统成本低；并且采用Intel公司的开发平台，可以大幅度地缩短开发周期并降低开发