目前，还没有一个控制教学中的平衡点的方法，但学习者和计算机控制程序，确实存在着一种平衡关系，如果程序设计符合之间的平衡，将最大限度地提高学习平台控制交互功能。一个很好的描述的平衡点控制教学的意义。相互作用发生在优化学习者和计算机控制的平衡。以下三种教学情况，可以帮助我们理解一：案例，老师站在学生前面教学，然后离开；案例二，老师站在学生面前，只听说话的学生；案例三，教师和学生讨论，相互反应，互相学习。显然，最丰富的教学情况，在三种情况下，通过在第三种情况下的平衡提出了前面的极端现象，其中最强的互动平衡和人类的互动，当双方之间的相互作用是计算机和人平衡同等重要。
2远程教育平台的功能
网络远程教育平台包括网络环境，网络（网络学校，学生），课件，图书馆资源和其他因素，它是基于网络的，通过一套完整的支持软件和管理软件来保证服务管和体育整个网络教学发展的有序运行。达到以下网络远程教育平台服务的具体需要：（1）综合信息服务。综合信息服务将成为远程教育的网络信息交互平台的基础上，它可以释放和课外教育信息沟通，介绍了网上众多的大学和培训机构，同时，教师和学生可以在线交流教学经验。（2）教育教学管理服务。服务教学和教育管理是远程教育的核心网络平台的一部分。这主要包括：课程学习管理系统，浏览课程系统，多媒体教学系统，多媒体操作系统，答疑系统分析，远程测试系统，课件的开发和管理系统，学校管理和信息查询系统。（3）虚拟校园管理服务。在虚拟校园管理系统的上行链路和教学活动的桥梁作用，在整个教学活动、校园管理的各个环节，涉及所有的对象和教学资源。它主要包括：教师管理，数据统计分析系统，计费功能，安全管理，日志管理，行政公文管理，在线图书馆，学生社区管理。
3远程教育平台的设计方案
3.1的目标和内容。硬件系统的设计和远程教育网络平台的设计包括系统软件平台的选择开发平台的设计。远程网络教育平台作为网络虚拟大学园系统平台，技术支持和保障，提供全方位的远程教育合作单位和其他在线教育机构，避免重复投资，为了适应网络教育系统发展的需要，新的信息和网络的建立。该平台的建设目前流行的ASP，IDC和其他先进的概念和网络技术，结合经典的网络技术，视频传输技术，多媒体技术和软件工程技术，考虑以下几方面的具体需要：（1）硬件系统是可扩展的，灵活的，安全的，有效的。硬件平台的主机，网络设备，通讯设备，数据存储设备的要求是安全的，稳定的和有效的，先进的阶段和良好的可扩展性（2）的通用性，提高软件支撑环境的功能。结合国家教育部现代远程教育平台，资源管理系统和远程教育软件支持标准的研究成果，对远程教育系统和标准的建立。（3）接入环境灵活，方便快捷。网络教育网络平台将建立专门的光纤连接各区域网络的网络数据中心。学校校园网和远程教育的节点可以方便地通过各种类型的数据网络接入。（4）在整个远程教育各普通节点。在一个镜像网站和教学网站建设网络范围逐渐利用网络教育网络的通用平台，形成整个网络范围内的网络教育系统。3.2网络硬件设计。远程教育网络教学环境主要是由在一个分层的形成一个中央控制节点和远程教育通过网络连接。该系统的硬件和软件配置控制中心，实现需要的教学管理，节点的硬件和软件环境的远程教育教师教学与学生学习方式的要求。3.3网络环境。开展远程教育活动，在远程教育平台主要依靠网络，在实施计划的控制中心和教学实验阶段，在这所学校或私人数据中心的建立，分散在一个试点单位的远程教学点，他们通过网络连接。目前，已经建立了一个快速和大部分的大学校园网千兆，提供远程教育的信息传输通道。远程教育平台的网络连接结构。信息与控制中心，老师教的节点和数据在内部配置中心大学和其他元素，是远程教育的关键设施。目前，远程教育的实现依赖于网络环境中的两种不同类型的大学，他们的私人信息网和SDH网。大学校园网络和网络是由一个千兆网络网通光学互连设计各分园连接，提供远程教育网络平台的基本要素。3.4信息控制中心的组成和功能。信息控制中心是远程教育平台的核心部分，是远程教育的顺利实施的关键。在信息控制中心的远程教育平台的软件主要的硬件和系统，如VOD点播系统，视频会议控制平台，课件数据库，数据中心管理系统，远程教育，远程教育技术支持的主要提供者。信息控制中心实现远程教育中的节点控制，远程教育的学生必须登录到远程教育平台的信息控制中心，并根据浏览需要和其他的学习活动，相应的制度和教师开发课件等教学资源存储在信息控制中心。3.5配置节点功能和异步。异步教学节点具有多媒体计算机，计算机通过局域网与网络连接。学生可以通过学习需求的异步教学的多媒体视频在线注册，教学与其他教学资源，学习和研究活动的浏览，课程考试。教学同步节点提供教师和学生之间的实时双向通信，建立教师与学生的教学为导向的环境中，学生可以实时看到老师的照片，听老师的，老师看到学生和在实时的各种情况的讨论问题的学生。其他节点配置异步教学设备在教学同步节点，还配备了一个视频会议系统，课件播放系统，电子白板，音响系统和其他一些设施。
4结束语
随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿.利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广.电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制.信令传输示意图如图1所示.
2电话远程控制系统的体系结构
电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面;电话远程控制系统一般工作在元人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用80日作为中央处理器.同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路.智能电话远程控制系统的体系结构如图2所示.
可以看出,系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成.
3各部分电路及工作原理
3.1中央控制电路
中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据(见图2).
3.2DTMF音频解码电路
DTMF(DualToneMultiFrequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路.它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号.双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示.
表电话拨号数字对应的高低频率组合关系
电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件.MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码.MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可.DTMF解码电路如图3所示.
远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3连接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好.
3.3语音提示电路
电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流.语音提示电路预先存储若干段系统提示音,8051中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作.
本系统选用美国ISD公司的ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,零功能存储;它还采用了DA盯直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度.ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定.ISD2590的电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能.ISD2590的内部功能如图4所示.
系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音.例如系统收到用户发出的"1234'''',用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示"密码正确",否则,寻址播放语音提示"密码错误".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从图4可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的.
3.4系统上线／离线/复位电路
当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线(Odine)状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线(Offline)状态.只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态.这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害.上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的.
3.4.1系统上线电路
系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号,然后通过中断方式通知8051单片机,根据软件设定,闭合系统上线/离线/复位开关电路,开启UrMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接.上线电路的主要部分是铃流检测电路.铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令.系统采用TCA3385芯片作为铃流检测电路的核心部件.TCA3385是一种性能稳定的振铃信号转换、检测器件,常用于电话机、应答器等仪器仪表.它的PDO端(如图5)是振铃检测输出端,在振铃信号稳定后,此端会变为高电平输出.RDO端可直接与8051单片机相连,作为8051的中断信号INT0.TCA3385的内部功能及外部电路如图5所示.
当电话远程控制系统处于离线状态时,只有铃流检测电路与用户电话线相连,而TCA3385能承受较高电压的冲击,保证了系统的完全稳定性.
3.4.2离线/复位电路
用户对电话远程控制系统操作完成后,发出结束命令,8051单片机断开系统上线/离线/复位开关电路,系统离线.如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时,系统根据软件设定,断开系统上线/离线/复位开关电路,使系统离线,并初始化软件设定.
3.5驱动电路
电话远程控制系统对受控设备的控制,要通过8051单片机对继电器的闭合才能实现,因此,在8051单片机与继电器之间必须设置一个继电器驱动电路.本系统采用摩托罗拉公司的MC1413,来关闭与开启继电器开关(图6).
4系统软件
如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能,是系统成功与否的关键,借助于软件编程,系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释,从而大大丰富了系统功能.系统软件的流程结构并不复杂,这里只介绍系统软件主要功能要求:
(1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统,电话远程控制系统上线以后,用户必须输入密码,待系统确认后才具有对系统的操作权限.
(2)用户信令解释功能对收到的用户信号,系统按照软件设定加以解释,并决定对语音提示电路寻址,播放相应的系统提示音,实现用户和电话远程控制系统间的交互操作,或者对外部受控设备发出相应的驱动信号.
(3)软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器,定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间.若一次工作超时,系统自动离线,进入待机状态.
5结束语
关键词：视频检测PCI总线PPP协议
引言
随着计算机视觉技术以及图像处理技术的不断发展，计算机视觉和视频检测技术已经广泛应用于工业控制、智能交通、设备制造等很多领域。传统的视频检测往往采用工控机作为其视频处理器来实现其功能。这种方法往往由于工控机处理速度的问题，无法实现对各个不同方向同时进行视频检测，而且由于视频检测处理过程需要占用大量的处理时间，因而无法实现实时的远程控制功能。
目前在远程控制和通信方面，基于DOS和Windows操作系统的通信平台得到普遍的引用，但是DOS操作系统作为单任务操作系统，无法实现多任务功能和实时处理的要求；而Windows操作系统作为视窗操作系统，其系统的稳定性和实时性也无法与实时多任务嵌入式操作相比拟。
本文提出一种以DSP作为视频检测处理芯片，以Linux为操作系统的嵌入式系统设计方法。
1系统结构
本系统的开发主要包括视频检测卡和x86通信平台的设计2个部分。视频检测卡主要包括模拟图像采集、转换、DSP视频检测3个部分，每块交换参数检测卡扩充PCI总线接口，插在通信开发平台的PCI总线插口上，通过PCI总线同通信平台交换数据。通信平台处理多块交通参数检测卡的通信问题，将视频检测卡通过PCI总线传送过来的视频检测数据实时通过网络传送给控制中心。系统的功能方框图如图1所示。
根据系统设计要求，视频检测卡功能主要分为：模拟图像采集、模拟图像A/D转换、数据缓存以及DSP视频检测5个部分。视频检测卡流程如图2所示。
本系统采用Philips公司的SAA7111A来实现模拟图像A/D转换。该芯片可实现多路选通、锁相与时序、时钟产生与测试、ADC、亮色分离等功能。其输出可以具有如下格式：YUV4：1：1（12bit）、YUV4：2：2（16bit）、YUV4：2：2(CCIR-656)（8bit）等。由于DSP处理芯片和SA7111A的时序不同，可以通过CPLD进行逻辑控制FIFO来完成数据缓存的功能。
DSP是实时信号处理的核心。本系统采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。该芯片属C6000的定点系列，C6211在这个系列中是性价比最高的一种。C6211处理器由3个主要部分组成：CPU内核、存储器和外设。集成外设包括EDMA控制器、外存储器接口（EMIF）、主机口（HPI）、多通道缓冲接口（McBSP）、定时器、中断选择子、JTAG接口、PowerDown逻辑以及PLL时钟发生器。通过EMIF接口扩充SDRAM，而PCI总线控制芯片的扩展通过HPI接口。
PCI总线的接口芯片PCI9050，主要包括PCI总线信号接口和本地总线（LOCALBUS）信号。在硬件设计时，只需将本地总线信号的接口通过电平转换连接到DSP的HPI接口，同时扩展PCI接口就可以完成其硬件电路设计。
2通信开发平台的嵌入式系统设计
通信开发平台以x86为核心器件，扩充PCI总线，通过Modem拨号，实现x86与Internet的连接。
2.1PCI总线设备驱动
PCI设备有3种物理空间：配置空间、存储器空间和I/O空间。配置空间是长度为256字节的一段连接空间，空间的定义如图3所示。在配置空间中只读空间有设备标识、供应商代码、修改版本、分类代码以及头标类型。其中供应商代码用来标识设备供应商的代码；设备标识用来标识某一特殊的设备；修改版本标识设备的版本号；分类代码用来标识设备的种类；头标类型用来标识头类型以及是否为多功能设备。除供应商代码之外，其它字段的值由供应商分配。
命令字段寄存器用来提供设备响应的控制命令字；状态字段用来记录PCI总线相关事件（详细的命令控制和状态读取方法见参考文献4）。
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI设备的系统地址空间。在基地址寄存器中，bit0用来标识是存储器空间还是I/O地址空间。基地址寄存器映射到存储器空间时bit0为“0”，映射到I/O地址空间时bit0为“1”。基地址空间中其它一些内容用来表示PCI设备地址空间映射到系统空间的起始物理地址。地址空间大小通过向基地址寄存器写全“1”，然后读取其基地址的值来得到。
PCI设备的驱动过程主要包括下面几个步骤。
首先，PCI设备的查找。在嵌入式操作系统中一般提供相应的API函数，在Linux操作系统中通过函数pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供应商代码为PCI-ID，设备标识为PCI-DEVICE的第n(index+1)个设备，并且返回总线号和功能号，分别保存于bus和devfn中。
第2步，PCI设备的配置。通过操作系统提供的API函数访问PCI设备的配置空间，配置PCI设备基址寄存器的配置、中断配置、ROM基地址寄存器的配置等，这样可以得到PCI的存储器空间和I/O地址空闲映射，设备的中断号等。在Linux操作系统中，访问PCI设备配置空间的API函数有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等，它们分别完成对PCI设备配置空间的读写操作。
第3步，根据PCI设备的配置参数，对不同的设备编写初始化程序、中断服务程序以及对PCI设备存储空间的访问程序。
2.2远程控制与通信链路的建立
与Internet连接的数据链路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet连接方式是一种局域网的连接方式，广泛应用于本地计算机的连接。通过Modem进行拨号连接的串行通信方式，可以实现远距离的数据通信，下面详细介绍串行通信接口协议方式。
串行通信协议有SLIP、CSLIP以及PPP通信协议。SLIP和CSLIP提供一种简单的通过串行通信实现IP数据报封装方式，通过RS232串行接口和调试解调器接入Internet。但是这种简单的连接方式有很多缺陷，如每一端无法知道对方IP地址；数据帧中没有类型字段，也就是1条串行线路用于SLIP就不能同时使用其它协议；SLIP没有在数据帧中加上检验和，当SLIP传输的报文被线路噪声影响发生错误时，无法在数据链路层检测出来，只能通过上层协议发现。
PPP（PointtoPointProtocal，点对点协议）修改了SLIP协议中的缺陷。PPP中包含3个部分：在串行链路上封装IP数据报的方法；建立、配置及测试数据链路的链路控制协议（LCP）；不同网络层协议的网络控制协议（NCP）。PPP相对于SLIP来说具有很多优势；支持循环冗余检测、支持通信双方进行IP地址动态协商、对TCP和IP报文进行压缩、认证协议支持（CHAP和PAP）等。图4为PPP数据帧的格式。
PPP的实现可以通过2个后台任务来完成。协议控制任务和写任务。协议控制任务控制各种PPP的控制协议，包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用来处理连接的建立、连接方式的协商、连接用户的认证以及连接中止。写任务用来控制PPP设备的数据发送。数据报的发送过程，就是通过写任务往串行接口设备写数据的过程，当有数据报准备就绪，PPP驱动通过信号灯激活写任务，使之完成对串行接口设备的数据发送过程。PPP接收端程序通过在串行通信设备驱动中加入“hook”程序来实现。在串行通信设备接收到1个数据之后，中行设备的中断服务程序（ISR）调用PPP的ISR。当1个正确的PPP数据帧接收之后，PPP的ISR通过调度程序调用PPP输入程序，然后PPP输入程序从串行设备的数据缓存中将整个PPP数据帧读出，根据PPP的数据帧规则进行处理，也就是分别放入IP输入队列或者协议控制任务的输入队列。
PPP现在已经广泛为各种ISP（InternetSeverProvider）接受，而Linux操作系统下完全支持PPP协议。在Linux下网络配置过程中，通过1个Modem建立与ISP的物理上的连接，然后在控制面板（ControlPanel）里面选择NetowrksConfiguration。在接口（Interface）里面加入PPP设备，填入ISP电话号码、用户以及密码，同时将本地IP和远端IP设置为0.0.0.0，修改/ETC/PPP/OPTION，加上DEFAULTROUE，由ISP提供缺省路由，这样就完成了设备的PPP数据链路设置过程，可以通过Internet实现远程控制。
结束语
该设计方法已成功应用于智能交换系统的交通参数检测系统中。在该系统中，采用4块DSP视频检测卡实现4个不同路面区域的交通参数检测，同时采用Linux作为通信平台的操作系统；通过PPP协议建立与监控中心的连接，实现监控中心对各个视频检测卡的远程控制。
摘要：远程自动化控制闸门单片机
闸门调节是灌区工程中经常采用的手段，闸门控制的探究对于节约能源、确保水利工程的正常运行、提高水资源的利用效率和节约用水具有重要的意义。目前国内大部分灌区已基本实现流量数据的自动采集和监测，并把数据传输到管理部门，但是在根据有关数据进行远程自动监测和控制方面成熟的经验非常少。国外非凡是欧美等先进国家在这方面已经达到较高的水平，如美国的SRP灌区自动化浇灌系统，可以同时采集100多点的水位、闸门开度和其他信息，通过计算机处理后，控制几百座闸门、150多处泵站的运行。本文以国内某大型灌区为例，对闸门的自动监控进行了探究。
1、系统的总体设计
本系统采用无线数据传输技术，分一个主站和若干个子站，通过无线调制解调器构成一个无线通讯网络，对多个断面的数据信息进行采集、传输、处理和控制。系统的总体结构图如图1所示。下位机中的传感器把引水渠中的水位值和各闸门的开度值经转换后送给编码器，编码器对水位及闸门开度信号进行编码，在通过避雷器将编码信号传给数采仪，数采仪将数据进行初步加工和处理后由无线调制解调器传给上位机，上位机即系统主站，可分别和不同的子站建立联系，查询各测点的数据，并按照用户的要求对各闸门进行控制，下位机中的控制箱接收到此信息，经过计算，发出控制信号自动控制闸门到一定的开度，达到自动控制的目的。
图1闸门远程自动监测和控制结构图
2、下位机系统设计
设计下位机重点在于闸门自动控制箱的设计，本文提出闸门的运行控制模式，并进行可靠性处理，然后利用无线传输设备和上位机进行通讯，传输数据。
2.1下位机硬件电路设计
本系统采用AT89系列单片机，采用矩阵式键盘进行输入数据，键盘提供切换键、时间设置键、控制键三个按键，通过三个按键显示水位、流量、闸门开度、日期和时间。切换键实现上述四个功能的转换，时间设置键用于修改日期和时间，控制键用于对电机启停进行控制。
2.2闸门控制系统设计
本系统下位机接收到上位机传来的要求流量值（或水位值），当要求的流量值（或水位值）和系统所测的流量值（或水位值）不一致时，单片机启键闭合，闸门电动装置控制箱自动启动电机，提升或下降闸门，当所要求的流量值（或水位值）和当前所测流量值（或水位值）相等时，单片机闭键闭合，电机自动停止，达到自动控制的目的。
闸门的运行控制模式有实时型控制模式和定时型控制模式两种，在实时型控制模式中，上位机根据用户要求的流量，利用流量—水位关系曲线把要求的流量换算成要求的水位，然后和下位机联系，下位机接到信号后，由电动装置控制箱控制电机的正反转，达到要求时停止转动。定时控制模式要求用户输入所期望的流量值和要求闸门动作的时间，下位机的控制箱在规定的时间里自动开启和关闭闸门，进行控制。
2.3无线通讯设备SRM6100调制解调器
SRM6100无线调制解调器原是美国Data-LincGroup公司生产的军用产品，现应用于民用。它提供最可靠和最高性能的串行无线通讯方法，在2.4GHz-2.483GHz频段应用智能频谱跳频技术，在无阻挡物的情况下，两调制解调器之间的通讯距离可达32.18公里，可实现PLC（可编程控制器）和工作站之间的无线连接。SRM6100应用跳频，扩频和32位误码矫正技术保证数据传输的可靠性。无需昂贵的射频点检测技术。射频数据传输速率为188kbps。并且不需要FCC点现场许可证。SRM6100支持多种组态，包括点对点通讯和多点通讯。多点通讯对子站数目无限制。并且SRM6100可做为中继器工作，以达到扩展通讯距离或克服阻挡物通讯的目的。
2.4下位机可靠性处理
为了精确控制电动闸门的关闭，避免电动闸门在工作中出现过载破坏或关闭不严的现象，本系统在电动轴上安装了转矩传感器，用来监测闸门输出轴的转动力矩，以判定闸门是否关严、是否被卡住。闸门电动装置用于检测和控制闸门的开度，本系统在转动轴上安装了光电码盘，考虑到闸门可能出现频繁的正反转交替，为了避免错位和丢码，采用双光耦技术，光耦输出的两路信号经74221双单稳触发器进行整形，89C51的INT0和INT1对其进行计数、计时，并判定转动方向，计算闸门开度。电动闸门在工作中若出现异常现象，系统会自动报警，切断电机电源并显示故障情况。
2.5下位机软件设计
下位机的软件设计分为闸门自动装置控制箱程序设计和串行口中断服务程序设计两部分。闸门自动装置控制箱程序设计主要完成数据采集、存储、显示、按键操作等功能，串行口中断服务的程序完成下位机向上位机数据的传送和用户设定参数的接收。控制箱程序的主框图如下摘要：
图2、闸门自动控制程序流程图
3、上位机设计
上位机的软件部分采用VB6.0为开发工具，将各个功能模块化，分别解决相应新问题，再将各个模块组装，构成上位机软件系统的核心，上位机软件系统的结构如图3所示，通信模块位于最底层，其余模块功能的实现都直接或间接建立在此模块的基础上，本文利用VB的API函数编写串口通讯程序，程序的框图如图4所示。数据管理模块的主要功能就是为水位、流量、闸位等建立数据库，并对其进行管理。
图3、上位机软件系统结构图
图4、通信模块程序流程图
4、结语
本文以国内某灌区为例，全面分析了灌区闸门自动化控制系统的整体结构及其设计，对其软件开发和硬件选择作了全面阐述，并总结了提高自动化系统可靠性的经验，为提高灌区现代化管理水平提供了有利的工具，具有较高的使用价值和广泛的应用前景。
参考文献摘要：
[1、水利水文仪器介绍，水利部南京水利水文自动化探究所，1997。
关键词：PLC，S7-200，S7-300，ProfiBus，闸门控制
Application of SIMATIC S7－200 in Remote Sluice Control System
SHI Yi-tan，GU Zhong-bi，ZHOU Xin-zhi
(College of Electronic & Information, Sichuan University, Sichuan Chengdu 610064, China)
ABSTRACT:A design of Application of SIMATIC S7－200 in Remote Sluice Control System was finished , PLC modules from SIMATIC Corp was used as controlling kernel . Both hardware structure and software architecture of Remote Sluice Control System was given. Characteristic and realization of Profibus used in System was introduced . a PLC program was finished using Step7 ,and was tested in Controlling Locale .system run steadily and the expect of anticipating was gained.
KEYWORDS: PLC,S7-200,S7-300,ProfiBus, Sluice Control
0引言
传统的闸门控制方式需要人员到现场操作闸门启闭机或者使用一般工控机来实现。这样的控制方式不能适应闸门孔数多，控制中心距离闸房较远的控制需求。工控机对闸门集中控制的方式在闸门孔数较多时，不能够避免铺设线路过多过杂的状况，也无法保证系统的稳定运行。并且对于远程控制的实现存在着线路故障的风险。 在该工程设计中，利用ProfiBus 现场总线将PLC组网，由上位机来实现对闸门启闭机的远程控制。并将闸门开度、坝前和坝后水位、闸门荷重情况传送至上位机。由上位机根据现场PLC提供的信息对闸门运行状态进行监视，并在故障发生时提供故障信息。
本系统的核心控制器件采用德国西门子公司的S7-200，通讯总站采用S7-300。未采用中继站的情况下，通讯能力最远达到1200米，完全能够该工程的远程控制需求。
结构及功能
该系统采用的是三层通讯组网方式，最底层的是由22台S7-200组成的相互独立的现场控制单元，中间层是由一台S7-300构成的通讯主站，上层是由上位机及服务器组成用户层。
除通讯功能外，该系统还具有以下功能：
控制功能：系统采用两种控制方式，即自动（即远方集中控制）和手动控制。
监测功能：系统自动采集闸门位置、闸门荷重、上下游水位及电气器件运行状态的信息。
保护功能：判断电机过载、闸门上下越限、电源供电异常、闸门失速/卡滞等，并对故障进行实时处理。
图1 系统总线结构图
2 系统硬件设计
2.1 系统总线设计
2.11 ProfiBus-DP总线
DP总线电缆是西门子公司提供的专用总线电缆，其技术参数如表一所示。DP总线连接器选用9针D型RS485适用的连接器。
表1 总线电缆技术参数
DP总线安装布线采用的是总线型拓扑结构，由于方案中只存在22个从站，因此可将22孔闸门的PLC从站挂在同一段中，而无须加载中继器。注：DP总线型结构中每个网段最大可挂载32个从站，且在无中继器的情况下每个网段最长距离为1900米。电缆最大长度取决于传输速率。传输速率与长度如表二所示。
表2 总线电缆传输速率
以DP总线方式连接各个从站，需要在第一个和最后一个站加装终端电阻，而中间的各个从站则只需将A、B数据线连接到总线上即可。
DP总线采用西门子专用的线缆和接头，通讯总线电缆入柜时屏蔽层与柜体连接接地。在线路铺设时，将通讯总线与17控制线一起布设，至于同一个电缆槽中。通讯总线在室外段通过地线铺设。
系统数据采集
在上位机对闸门启闭机施行控制的时候，需要实时地将闸门的闸位信息上传至微机。还要将闸前和闸后的水位信息同时上传。同时，还需要不间断地将闸门启闭机的荷重告知上位机，以便监控闸门是否出现卡滞。 水位信息由投入式压力水位传感器测量闸前闸后水位，S7-200自带有模拟量模块，水位传感器可直接接入，无须另加信号模块。
系统软件设计
系统上位机的用户层解决方案采用西门子的WinCC作为组态软件编制用户操作界面，并且实现与S7-300的通讯接口的衔接。操作界面采用人性化的图形界面。用户在利用组态软件下达对闸门的控制命令，同时能够在界面上看到闸门的实时状态，包括：闸门位置、闸门荷重、上下游水位、以及9类故障信息。
而S7-200与S7-300的内部程序编制则采用西门子的Step7来实现。
由于本系统要实现精确控制闸门启闭高度的技术要求，所以程序设计考虑用户可以自行选择采用开环控制或者是闭环控制的控制方式。
程序闭环控制子系统流程图：
结束语
本系统作为PLC在另一种领域的应用，对于PLC的功能作了进一步的尝试。系统所采用的三层分布式网络结构在保证通信过程畅通的前提下，确保了各个控制单元的安全。系统的设计能够满足工程现场长达500米的控制距离的需求，并能实现对控制对象的远程监控。该系统已经在通济堰渠首取水改造工程信息自动化系统中投入使用，并且性能稳定，取得了预先的效果。
[2] SIMATIC S7－300 可编程控制器系统手册[M].德国：西门子公司,2005
【关键词】远程机电控制系统 网络模块 现场模块
一、基于Internet的远程机电控制系统的基础研究随着机电控制理论应用发展变化，传统机电控制系统的结构也变得越来越复杂
计算机价格的急剧下降和可靠性的明显改善，使得人们越来越多地选择计算机作为控制器。图1给出了一个传统的单回路机电控制框图。
根据传统的远程机电控制的理论和发展，本文给出基于Internet的RMCS的模型，如图2所示。从理论上分析，基于Internet的RMCS只是在传统机电控制的基础增加了一个网络环节，但实际的实现过程中需要解决很多难题。根据图2，我们可以将基于Internet的RMCS划分为3个部分：远程终端模块、网络模块、现场模块。这3个模块的分工和协作，共同实现对设备的远程控制任务。每个模块的功能如下。
（一）远程终端模块。
远程终端模块的作用是远程监控，一般是与Internet相连的远离现场设备的微型计算机，其目的是对现场设备进行远端的控制与监测。远程终端模块是用户与现场进行交互的界面，其功能主要包括远程设备状态的远程终端显示、控制命令及参数的解释，对现场模块所反馈的现场设备的参数和状态数据进行必要的处理以及其他操作。其中，必须包括必要的基础数据的处理和系统管理。整个系统负责定义用户、密码，并授予管理某个模块的权限。远程终端监控在整个控制系统中设计表现形式也就是在Internet的Web页，用户通过点击Web页上的功能项发送请求。Web服务器接受请求后将用户请求和处理结果显示在Web页。不同的用户通过授权具有不同的操作权限，包括浏览设备状态、发送控制命令、设备状态分析等各种操作权限。
（二）网络模块。
网络模块是数据远距离传输的通道，是连接远程终端模块和现场设备监控模块的中间环节，包括Internet的一些传输协议、应用软件和硬件等。网络模块的目的有两个：
1.将现场设备的参数和状态信息通过Internet尽快地传输到远程监控端，使远程监控端的操作人员能够及时对现场设备的参数和状态进行了解，并决定如何进行下一步操作（比如通过传输系统发出控制命令等）；
2.将远程监控端的控制信息传输到现场的控制主机，进行对设备的控制。
（三）现场模块。
现场模块实现接收远程监控端通过传输通道发出的控制信息和对现场设备的直接检测与控制。其工作流程是根据远程监控端的控制数据对设备进行控制，同时监测设备的状态，并作必要的分析，再将这些状态信息通过传输通道反馈到远程监控端。现场模块还必须有处理中断的能力。现场模块一般情况下和传统的机电控制系统一样，是一个现场计算机控制系统，功能可以划分为数据采集处理、直接数字控制、监督控制、集散型控制、分级控制和计算机控制网络。用户可以根据生产类型、生产规模、控制对象等选择适合的系统类型。
二、智能网络接口单元的基本结构
依据基于Internet的远程控制系统理论和智能网络接口单元的功能，完备的远程控制系统结构。智能网络接口单元由CPU、RAM、ROM等组成的微处理器系统是智能网络接口单元的核心，它的主要作用是根据接收的有关信息，按选定的方法进行处理并产生必要的控制指令作用与被控对象。网络控制器是中央处理器和远端主机之间通过网络双向通信的通道，是系统网络环节的关键，设备如何上网就是由它来完成的，同样要受到中央处理机的控制。
三、软件设计原则
在上面的讨论中已经将基于Internet的远程控制系统分为了3个模块：远程终端模块、网络模块和现场模块。远程终端模块的作用是远程监控，一般是与Internet相连的远离现场设备的微型计算机，其目的是对现场设备进行远端的控制与监测；网络模块是数据远距离传输的通道，是连接远程终端监控模块和现场设备监控模块的中间环节；现场模块实现接收远程监控端通过传输通道发出的控制信息以及直接检测与控制现场设备，并将现场设备的状态信息及时的反馈给远端控制机。为了提高整个系统的实时性、准确性、安全性和通用性，在软件设计时我们应遵循以下几条程序设计原则：
（1）程序主要采用C/S模式，远程控制机端程序作为客户机，智能网络接口单元控制程序作为服务器端，程序以事件驱动方式运行；（2）服务器端和客户端的通信基于TCP/IP协议；（3）为了安全控制，服务器端要设置合法用户验证，并记录所有连接日志和对现场设备的操作；（4）服务器端响应客户端连接请求并接收其发送的指令，然后对接收到的指令进行解码将其转化为现场设备的控制命令，达到控制现场设备的目的。
首先从网上下载最新版本的独特技术论坛远控，解压后直接运行文件夹中的客户端程序即可。这里还是来配置一个服务端程序进行使用，点击工具栏中的“创建客户”命令或者下方的“创建客户”标签。独特技术论坛远控目前支持，HTTP和P地址两种上线方式，这里我们就选择JP地址这种上线方式。在“上线主机”和“端口”中分别，设置连接的IP地址和端口，通常情况下客户端程序最自动识别出IP地址。然后在“DLL名称”中设置，服务端文件的名称信息，由此可以看出服务端文件是一个DLL文件。另外在分别设置“显示名称”和“服务描述”，用于分别设置服务端启动服务的相关信息。最后点击“生成服务端”按钮。就可以配置成功一个服务端程序。
服务端操作
现在在虚拟机中运行生成的服务端，这时点击窗口下方的“上线主机”标签，就可以看到服务端程序连接成功了。在连接列表中选择上线的服务端信息后，点击鼠标右键中的控制命令就可以进行操作了，其中包括文件管理、屏幕监视、键盘记录、远程终端、系统管理等很多常见的控制命令。
文件管理
首先点击工具栏中的“文件管理”命令，在弹出的“文件管理”窗口就可以对，远程系统中的文件进行管理，比如进行打开、新建、重命名、删除等操作。文件管理窗口差用了Radmin的上下窗口的形式，管理器窗口上方是本地计算机目录，下方则是远程计算机目录。用户既可以通过工具栏的复制按钮，也可以通过鼠标直接的进行文件拖拽，来对文件或文件夹进行上传或者下载操作传输。在文件进行传输的过程中，可以通过窗口下方的提示栏，来查看文件传输的进度信息。另外由于文件的传输支持断点传输，因此用户可以随时暂停文件的传输操作。
屏幕查看
接着点击工具栏中的“屏幕控制”命令，就可以对远程屏幕进行查看管理。独特技术论坛远控木马默认采用的是8位灰色，虽然速度好快但是效果并不好。所以为了获得更好的效果，需要在标题栏上点击鼠标右键，在弹出的窗口选择32位真彩色即可。“屏幕控制”命令除了监控功能以外，还可以对捕获的图像进行信息保存，可惜的是不能进行视频信息的保存。通过“控制屏幕”对远程桌面进行控制，由于屏幕扫描的速度非常的快，因此控制操作起来也非常流畅。另外还可以跟踪服务端鼠标运行的轨迹，以及锁定服务端键盘鼠标的操作，这样记忆可以在远程计算机上为所欲为。利用“获取剪贴板”或“设置剪贴板”命令，不仅可以获得远程系统剪贴板中的内容，还可以对剪贴板中的信息进行修改。除此以外，还可以设置服务端屏幕的黑屏，这样就可以趁机修改磁盘中的文件信息。
键盘记录
接下来点击工具栏中的“键盘记录”命令，通过它可以进行远程系统的键盘记录操作。当我们打开这个控制命令以后。就可以自动进行键盘记录的操作。无论是英文信息还是中文内容，独特技术论坛远控木马都可以准确有效的进行识别。笔者使用过很多的木马程序，虽然很多木马都包括键盘记录功能，但是能准确完整记录中文信息的确是寥寥无几。通过右键可以将记录的信息复制保存到系统磁盘里面。如果要想激活离线记录的话，需要在标题栏上点击鼠标右键，在弹出的菜单选择“离线记录”即可。
系统管理
为了更好的进行远程控制管理，在工具栏中的“系统管理”里面，提供了“进程管理”和“窗口管理”两项内容。这两个管理功能看似相重合，但实际上有的功能确是无法取代的，比如很多系统进程就可以相关的窗口可以用于管理。首先通过“进程管理”标签，用户可以查看、刷新、关闭远程系统中的进程，比如在列表里面就发现了服务端使用的svchost exe进程。通过右键中的“结束”命令，就可以关闭指定的进程信息。由于现在的杀毒软件都采用了，多进程和线程插入等多种保护措施，所以利用关闭进程已经很难关闭杀毒软件了，所以最好的方法就是使用“窗口管理”。在窗口列表中发现有杀毒软件信息的窗口以后，点击右键中的“结束”按钮就可以更好的保护木马程序。
影音查看
如果远程服务端连接有USB摄像头，那么可以通过“视频监控”功能来获取图像。点击“视频监控”命令的时候，木马就会自动检测对方系统中是否安装有USB摄像头。如果对方的确安装有USB摄像头，那么木马可以强行打开摄像头对其进行监控。如果选择了视频保存选项的话。那么就可以把监视信息保存为Mpeg文件，并存放在木马客户端所在的目录里面。另外，点击打开“语音监听”命令以后，木马就会立即打开麦克风进行监听。如果选择了“发送本地语音到远程”选项，就可以利用麦克风直接对远程用户进行讲话了。不过我在测试的时候发现，这两个命令在使用的时候常常出现问题。
远程teInet
“远程telnet”命令实际上就是一个简单Shell，在这个窗口中用户可以进行终端命令的操作，这样可以更好的对远程系统进行管理操作。点击工具栏中的“远程telnet”命令，从弹出的远程终端窗口提示符后，输入需要执行的终端命令即可。这样木马服务端就会调用远程系统中的命令提示符，来执行用户输入的命令并将结果返回到终端。如果想清除屏幕信息，那么可以直接输入“cls”命令。如果因为输出数据太多，导致键盘无法移动光标的位置，那么清除一次输出就可以搞定。
