J2ME技術(shù)目前在手機行業(yè)取得了較大成功,已經(jīng)成為手機增值開發(fā)平臺的業(yè)界事實標準,它創(chuàng)造性解決了不同軟硬件平臺上統(tǒng)一應用開發(fā)的問題把這個思路引入到工業(yè)控制無線數(shù)傳終端,具有廣闊的市場前景 在工業(yè)控制系統(tǒng)中利用J2ME技術(shù),不但可以降低系統(tǒng)的開發(fā)難度、實現(xiàn)嵌入式環(huán)境中基于服務級的互操作,而且可使系統(tǒng)具有很好的靈活性和可靠性使無線數(shù)傳終端實現(xiàn)了模塊化、構(gòu)件化設(shè)計,大大提高了系統(tǒng)的可擴展性與可擴充性JAVA嵌入式軟件具有標準的程序接口和協(xié)議,可解決應用互聯(lián)帶來的各種問題,消除不同軟件、硬件系統(tǒng)之間的異構(gòu)問題,可支持各種通訊協(xié)議、各種通訊服務模式、傳輸各種數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式翻譯、流量控制、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮等;JAVA嵌入式軟件還可解決安全控制、并發(fā)控制、可靠性保證、效率保證等,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的有效共享,并能提供基于不同平臺的豐富的開發(fā)接口、支持流行的開發(fā)工具 在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用J2ME技術(shù)的優(yōu)勢:提供了一種獨立于廠商的服務平臺,使得不同廠商的現(xiàn)場控制系統(tǒng)可以相互兼容將工業(yè)控制系統(tǒng)中每個設(shè)備提供的功能都可以映射成J2ME服務,使其不僅可以被現(xiàn)場總線使用,而且還可以被支持J2ME的任何設(shè)備(如PDA)來訪問;簡化網(wǎng)絡(luò)編程,提高系統(tǒng)的安全性;將Java技術(shù)應用到無線數(shù)傳終端產(chǎn)品中主要具有以下幾個方面的好處:將Java技術(shù)應用到無線數(shù)傳終端產(chǎn)品中主要具有以下幾個方面的好處:可以容易地連接到Internet,這樣系統(tǒng)變成了開放的,提高了設(shè)備的可訪問性;使工業(yè)控制系統(tǒng)中的設(shè)備可以與家用消費電器和自動化設(shè)備通信,增強設(shè)備的功能
1、產(chǎn)品簡介 基于JAVA的工業(yè)控制無線數(shù)傳終端是根據(jù)工業(yè)控制領(lǐng)域行業(yè)用戶需求特點專門設(shè)計開發(fā)的具有良好的擴展性和可移植性產(chǎn)品提供完整的PPP 協(xié)議及上層TCP/IP 協(xié)議,具有路由功能,提供100BaseT以太網(wǎng)接口、RS232、RS485等多種標準接口產(chǎn)品具有性能高、體積小、供耗低、組網(wǎng)靈活、配置簡單、擴展性強的特點,支持實時數(shù)據(jù)采集、遠程監(jiān)控、營業(yè)網(wǎng)點接入等各種行業(yè)應用可廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、交通監(jiān)控、遠程業(yè)務點接入等多種領(lǐng)域,也可以內(nèi)置于控制面板,智能儀表等設(shè)備中,充分滿足行業(yè)用戶開展無線數(shù)據(jù)應用的需求無線數(shù)傳終端產(chǎn)品系列包括:
(1)無線數(shù)傳終端內(nèi)建TCP/IP 功能及標準的串行端口功能,集成工業(yè)級GPRS/CDMA1X 模塊,并提供完備的電源系統(tǒng),使用方便簡潔GPRS 無線數(shù)傳終端CDMA1X 無線數(shù)傳終端
(2)嵌入式開發(fā)板內(nèi)建TCP/IP功能及標準的串行端口功能,用戶可靈活選配GPRS/CDMA1X模塊,自定義產(chǎn)品尺寸該嵌入式開發(fā)板便于二次開發(fā)和快速整合到用戶原有系統(tǒng),并通過軟硬件整體解決方案滿足行業(yè)用戶快速開發(fā)無線網(wǎng)絡(luò)應用的需要
2、技術(shù)來源 中聯(lián)科技開發(fā)的無線數(shù)傳終端產(chǎn)品核心技術(shù)來源于國家“863”計劃《無線移動自組織互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及實驗系統(tǒng)研制》技術(shù)成果,產(chǎn)品具有兩方面的核心技術(shù):
(1)具有完整的嵌入式TCP/IP協(xié)議和GPRS、CDMA公眾無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信
(2)具有針對應用的J2ME開放開發(fā)平臺目前,相關(guān)產(chǎn)品多集中在以PC機為架構(gòu)擴展通信模塊,利用PC上的資源來完成相應工作的公用市場,其中代表性產(chǎn)品就是GPRS、CDMA無線上網(wǎng)卡其特點是產(chǎn)品價格較高,同時應用對行業(yè)沒有深入滲透,難以形成行業(yè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)目前移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處于一個新興的蓬勃發(fā)展階段,由于GPRS、CDMA公眾無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP 技術(shù),因此相應的行業(yè)工控終端首先要解決TCP/IP 相關(guān)技術(shù)的長期積累國內(nèi)目前的技術(shù)方案多采用傳統(tǒng)8051單片機增加簡單的PPP協(xié)議來實現(xiàn),而我們開發(fā)的無線數(shù)傳終端產(chǎn)品是在已成熟的寬帶路由器和SNMP 網(wǎng)管設(shè)備等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全新系列產(chǎn)品,硬件采用全新的ARM7 32位嵌入式RISC CPU,處理能力及系統(tǒng)資源提高10倍以上;軟件上采用完整的嵌入式OS及TCP/IP協(xié)議包,整體方案具有如下技術(shù)優(yōu)勢:
(1)完整TCP/IP協(xié)議,具有100BaseT網(wǎng)絡(luò)接口及完整的IP 路由功能
(2)針對應用具有TCP 可靠連接方式,專為金融交易應用而設(shè)計
(3)內(nèi)嵌WEB Server 配置方式,方便直觀
(4)支持TELNET、SNMP等網(wǎng)絡(luò)管理功能,適合行業(yè)應用
(5)支持遠程維護,具有遠程配置、遠程升級和重啟動的功能目前公司在嵌入式TCP/IP技術(shù)、產(chǎn)品及市場方面都取得了較大成功 3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理 產(chǎn)品以32位嵌入式處理器為核心,可對數(shù)據(jù)進行處理,采用嵌入式實時多任務操作系統(tǒng),支持協(xié)議轉(zhuǎn)換和透明數(shù)據(jù)傳輸,可提供各種應用定制的嵌入式軟件的代碼空間,根據(jù)具體設(shè)備應用,可在嵌入式專用處理器上開發(fā)新軟件,還可提供定制的中心主機軟件系統(tǒng)從硬件上主要分為電源、移動通信模塊、嵌入式RISC CPU、存儲系統(tǒng)和邏輯控制電路、接口驅(qū)動電路等五個部分,如圖所示接口驅(qū)動支持同步和異步通信,采用和集成第三方的移動通信模塊
圖1:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、數(shù)據(jù)加密、串行數(shù)據(jù)流到TCP/IP的協(xié)議轉(zhuǎn)換、接口驅(qū)動程序等
4、產(chǎn)品功能特點
(1)多媒體數(shù)據(jù)處理功能無線數(shù)傳終端集現(xiàn)場圖像監(jiān)視,現(xiàn)場聲音監(jiān)聽和數(shù)據(jù)采集傳輸多媒體監(jiān)控功能于一體設(shè)備集成視頻頻編碼壓縮功能,支持M-JPEG或MPEG-4的編解碼技術(shù)進行視頻編解碼,可以串口外接攝像頭,能夠隨時隨地拍攝照片,完成實時視頻信號的壓縮、語音信號和數(shù)據(jù)的編碼,并經(jīng)過設(shè)備打包傳送到遠端的監(jiān)控中心,為用戶提供高質(zhì)量的實時圖像,可以廣泛應用于變電站、郵電、石油、水利等系統(tǒng)的無人值守機房及其它環(huán)境監(jiān)控
(2)支持協(xié)議轉(zhuǎn)換與透明傳輸透明傳輸模式是工業(yè)控制領(lǐng)域適用范圍最廣、通用性最強的一種工作模式在透明傳輸模式下,設(shè)備與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP 連接方式,不解析從串口收到的任何數(shù)據(jù),直接將數(shù)據(jù)作為TCP 或UDP 的數(shù)據(jù)進行打包發(fā)送,而對具體數(shù)據(jù)的解析分別由后端數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備和前端數(shù)據(jù)中心的相關(guān)服務器進行處理同時,為了滿足SCADA 系統(tǒng)要求,設(shè)備也可配置命令串反向控制數(shù)據(jù)采集設(shè)備,按用戶所需改變數(shù)據(jù)采集設(shè)備的工作方式;定義數(shù)據(jù)成幀的方式,即設(shè)備直接將數(shù)據(jù)按要求的格式封裝成規(guī)定的幀,然后通過TCP/UDP傳送到上位機數(shù)字設(shè)備分為支持TCP/IP的設(shè)備和非TCP/IP設(shè)備兩大類TCP/IP設(shè)備包括采用Windows 系列操作系統(tǒng)的 PC、筆記本電腦和采用嵌入式操作系統(tǒng)的 PDA;而傳統(tǒng)的工業(yè)控制設(shè)備主要是非TCP/IP設(shè)備,如RS-232、RS-422、RS-485、CNC、PLC 串行設(shè)備或模擬傳感器設(shè)備
(3)移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)底層使用的通信協(xié)議是TCP/IP,而傳統(tǒng)的工業(yè)控制設(shè)備不支持TCP/IP協(xié)議工業(yè)控制系統(tǒng)中通常采用實時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,如CAN、TTP等,這些工業(yè)控制底層的通信協(xié)議也不支持TCP/IP因此,來自這些工業(yè)控制設(shè)備的數(shù)據(jù),只有通過適當?shù)膮f(xié)議轉(zhuǎn)換,才可以實現(xiàn)與TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的連接 項目開發(fā)具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧用戶上位系統(tǒng)向無線數(shù)傳終端發(fā)送工作指令和數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)經(jīng)由嵌入式TCP/IP協(xié)議棧進行協(xié)議轉(zhuǎn)換,打成IP數(shù)據(jù)包,再以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧使用戶可在缺少TCP/IP協(xié)議棧功能的工業(yè)控制設(shè)備(如單片機、可編程控制器PLC)通過PPP、FTP、TelNet、Direct Socket、SerialNet、E-Mail等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
(4)支持金融卡信息交換格式標準(ISO8583)ISO8583 是POS 機或ATM 柜員機等金融設(shè)備常用的一個標準,它定義了數(shù)據(jù)的封裝格式等在8583應用模式下,無線數(shù)傳終端與后端終端設(shè)備遵循一致的消息格式定義方式,IP 數(shù)據(jù)終端 解析串口收到的消息,并按照約定的命令格式識別消息,檢查校驗和提取消息字段中特定的命令字,執(zhí)行相關(guān)操作,完成一次完整的命令處理設(shè)備工作在在8583 模式下,設(shè)備按照約定執(zhí)行相關(guān)操作,包括:網(wǎng)絡(luò)配置、建立TCP連接、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)等,提取8583格式封裝的業(yè)務數(shù)據(jù),并進行相應的傳輸,可以保證金融終端設(shè)備與數(shù)據(jù)中心間數(shù)據(jù)交互的完整性,能夠滿足工控、金融等行業(yè)的需求
(5)支持路由功能設(shè)備通過以太口可與多個工業(yè)控制設(shè)備相連,提供無線路由功能,讓物理位置比較近的多個終端同時連接上無線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸在此模式下,設(shè)備完成以太接口所連局域網(wǎng)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的NAT 路由而設(shè)備的串口用作控制臺配置接口,設(shè)備對串口接收到的數(shù)據(jù)作為標準的控制臺命令處理,實現(xiàn)對IP 數(shù)據(jù)終端的配置管理
(6)提供AT 擴展命令集很多工業(yè)控制產(chǎn)品直接輸出AT 命令,控制外接設(shè)備無線數(shù)傳終端作為一個帶TCP/IP 功能的擴展數(shù)據(jù)終端,從串口接收數(shù)據(jù)終端發(fā)來的類AT 命令,并執(zhí)行相應的操作無線數(shù)傳終端支持所有標準的AT命令,主要用于控制數(shù)據(jù)通信模塊;同時IP 數(shù)據(jù)終端還根據(jù)應用擴展實現(xiàn)了以下命令:設(shè)置數(shù)據(jù)通信參數(shù)、激活/斷開數(shù)據(jù)通信連接、發(fā)送/接收短消息、激活/終止TCP連接、發(fā)送/接收TCP報文、發(fā)送/接收UDP報文等AT擴展命令還可根據(jù)用戶的需求進行定制
(7)提供多種標準通信接口提供100BaseT以太網(wǎng)接口、PCMCIA、RS232、USB、RS485等多種標準接口,同時開發(fā)相應的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件,以適應工業(yè)控制設(shè)備及實驗現(xiàn)場儀器分布式處理結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接的需要
(8)采用嵌入式高性能處理器為了支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務,采用處理能力強大32位的嵌入式處理器,提供強大的處理能力,并能夠滿足未來應用功能的升級同時采用實時多任務編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復雜性,簡化應用程序設(shè)計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期
(9)小尺寸、微功耗和低成本通過選用最佳的編程模型和不斷改進算法,采用Java編程模式,優(yōu)化編譯器性能,滿足小尺寸、微功耗和低成本的特性 典型應用領(lǐng)域移動數(shù)據(jù)通信正逐步進入傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域利用移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)可以為工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)搭建遠程數(shù)據(jù)傳輸平臺無線數(shù)傳終端利用最新的移動通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì),可以與眾多的RTU終端、DTU終端、PLC終端、單片機終端、工控機、GPS車載定位儀、儀器儀表、POS終端等工業(yè)控制設(shè)備無縫連接各種遠程工業(yè)控制設(shè)備通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)實時瀏覽溫度,設(shè)置點,報警或者其他監(jiān)控功能,并使數(shù)據(jù)采樣更加實時準確,用戶可以在異地遠程控制監(jiān)控設(shè)備,使工業(yè)控制更加高效率,有助于實現(xiàn)行業(yè)管理現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)采集自動化等目標
工業(yè)控制無線數(shù)傳終端產(chǎn)品具有支持多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c,不僅能滿足工業(yè)遙控、遙調(diào)、遙測、遙信功能,而且還能實現(xiàn)對工控現(xiàn)場遠程圖像實時監(jiān)控,即“遙視”功能,可集中管理各工業(yè)控制設(shè)備的工作狀態(tài),滿足工業(yè)控制自動化發(fā)展的要求設(shè)備能夠應用在電力、自來水、天然氣等領(lǐng)域表計的計量,還可實現(xiàn)自動測量讀取、自動計量發(fā)送、遠程信息處理、遠程設(shè)備監(jiān)控,以及安防、車輛調(diào)度、公眾流量業(yè)務、工業(yè)處理自動化等任何需要統(tǒng)一管理服務終端的應用方案中,可廣泛用于金融、保險、證券、商業(yè)、公安、多媒體通信、稅務、氣象、石油等行業(yè)
例如,在環(huán)保系統(tǒng)中,常常需要對眾多的污染排放點進行實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理由于監(jiān)測點分散,分布范圍廣,而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進行無線數(shù)據(jù)傳輸,成為環(huán)保部門選擇的通信手段亮點之一污染監(jiān)測設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息,通過GPRS網(wǎng)絡(luò),及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門,可以實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理,大大提高了工作效率,為環(huán)境保護提供了嶄新方式
無線數(shù)傳終端在環(huán)保系統(tǒng)的應用
無線數(shù)傳終端在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應用有:
(1)城市配電網(wǎng)系統(tǒng)與自動化抄表、變電站設(shè)備監(jiān)測
(2)自來水、煤氣管道、閘門、泵站與水廠監(jiān)控
(3)供熱系統(tǒng)實時監(jiān)控和維護級
(4)環(huán)境保護系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集
(5)三防與水文監(jiān)測
(6)氣象數(shù)據(jù)采集
(7)無人值守如倉庫監(jiān)控
(8)無人值守站機房監(jiān)控和遠程維護(如移動基站、微波、光纖中繼站等)