专利名称：嵌入式、自动化、网络化环境监控的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器和环境监控系统、嵌入式Internet系统等领域。
嵌入式Internet技术的发展使得以单片机为核心的嵌入式系统上网成为可能，这里我们将能够接入Internet或Intranet的嵌入式系统称为嵌入式网络适配器。如图2所示，利用嵌入式网络适配器2将传感器1接入Internet或Intranet就实现了环境监控系统的网络化。在网络化的环境监控系统中，嵌入式网络适配器可以将传感器的原有的通信数据帧封装成适合在网络上传输的IP数据包，这样监控PC3可以通过网络远程采集传感器数据，而不必直接与传感器连接，从而解决了传感器物理接口的问题，但是传统监控系统的其它缺点仍然存在。
本发明扩展了传统环境监控系统的结构，实现了高可靠性前提下的系统网络化管理、零客户端软件条件下的多媒体化的数据访问、掉电数据不丢失、兼容不同品牌和种类的传感器等功能。本发明提供的环境监控方法包括以下步骤 嵌入式多通信接口适配器定时从传感器采集环境数据，并转发到嵌入式存储器保存； 嵌入式存储器存储环境监控程序、环境监控参数； 嵌入式网络适配器接入Internet或Intranet中； 监控PC接入Internet或Intranet，通过网络与嵌入式网络适配器通信，工作时，监控PC自动从嵌入式存储器中下载环境监控程序、参数和数据。
为实现上述环境监控方法，本发明提供的环境监控装置包括传感器，监控PC，嵌入式多通信接口适配器、嵌入式网络适配器和存储器；所述多通信接口适配器连接传感器和嵌入式网络适配器和存储器，嵌入式网络适配器连接到网络上。
图2是一个网络化的环境监控系统的结构图。
图3是本发明的系统结构图。
首先，嵌入式多通信接口适配器解决了传感器通信协议不兼容的问题。
在通信接口1上，多通信接口适配器针对不同品牌和种类的传感器使用各种专用通信协议，采集环境数据；而在通信接口2上，则使用一个统一的通信协议，即将各种传感器专用通信协议转换成一种环境监控系统的通用通信协议。当这样的转换完成后，通过嵌入式网络适配器，就可以将用通用通信协议表示的环境监控数据封装成IP包，并通过网络进行传输。这样监控PC就可以方便的进行数据处理，比如将环境监控数据存储到数据库中等，解决了PC端环境监控软件难以与众多专用传感器协议兼容的问题。
在特殊的某些大规模环境监控系统中，为了保证高安全性，系统建设者不希望整个系统的某一类传感器只使用一种型号的产品，而是多种品牌型号共存；这时，多通信接口适配器的设计方法就能很好的满足这类需求。
其次，通过多通信接口适配器还可以实现网络自动报警功能。
大多数传感器的报警功能是很有限的，如点亮报警灯；而有些传感器则根本没有报警功能，如温湿度传感器，在不知道报警上下限的情况下，只能采集数据，不能完成报警。
由于以上的原因，在如图2所示的系统中，除非修改嵌入式网络适配器2，使其参与环境监控数据的分析，否则不可能完成自动报警的功能。然而嵌入式网络适配器2一般是以现成的网络器件的形式存在，其作用就是完成网络通信任务。如果根据实际应用需求的不断变化，频繁的修改网络适配器模块的软件，显然是不符合模块化设计的要求的，同时更不利于嵌入式网络适配器的稳定工作。
如图3，如果利用嵌入式多通信接口适配器2对环境监控数据分析处理，并在发现有报警产生时，通过嵌入式网络适配器3将报警信息自动发送到网络上，则系统设计更为合理。例如，本发明中，多通信接口适配器可以利用嵌入式网络适配器的FTP客户端功能，将报警信息以文件的形式上传到网络中的FTP服务器中。
最后，在提高系统稳定性的方面，嵌入式多通信接口适配器也有重要的作用。
虽然我们可以在嵌入式网络适配器、多通信接口适配器系统内部加入看门狗，以保障各自模块的稳定运行，但是嵌入式网络适配器是一种新型的嵌入式网络系统，在网络中运行时会不断地经受各种新型网络安全问题的挑战，例如病毒的攻击等，所以可能会出现死机等情况；同时多通信接口适配器也需要防止意外运行故障的发生。
如图3，本发明中，多通信接口适配器2与嵌入式网络适配器3互相作为对方的智能监视模块，或称智能看门狗系统，可有效提高系统的稳定性。例如A方出现运行故障时，B方与A方的通信过程自然的受阻或出现异常，从而B方发现系统故障；这时B方可以通过硬件接口电路将A方复位，恢复整个系统的正常运行。同时多通信接口适配器2也可以通过硬件接口电路复位发生故障的传感器1。总之，整个系统具有比较完善的故障恢复机制，保证其可靠工作数个月至数年的时间。 嵌入式网络适配器和存储器嵌入式网络适配器和存储器是整个系统的核心。
首先本部分是嵌入式系统，而非PC或网络服务器，其核心是基于嵌入式Internet技术的，例如运行嵌入式TCP/IP软件的单片机系统等。嵌入式网络适配器可以运行诸如TCP、UDP、IP等等多种标准网络协议，可作为Internet或Intranet的独立节点接入，可直接通过网络与网络上的PC、服务器或其它网络节点通信，不需要任何驱动软件。本发明中，嵌入式网络适配器还支持HTTP和FTP协议，可以作为WEB服务器和FTP服务器使用，我们称之为“瘦服务器”的概念。这些瘦服务器可以被浏览器等标准网络应用程序访问。本发明中，嵌入式网络适配器和存储器用自行研制的EM2002串口网关实现。
其次本部分是具有一定存储能力的嵌入式系统。存储器是掉电非易失的半导体存储介质，如FLASHROM，EEPROM，NVRAM等。本发明中使用串行EEPROM。存储器中的数据可以通过网络接口和与多通信接口适配器相连的通信接口方便的进行读写。存储器中的数据是通过文件的形式存在；也就是说，嵌入式储存器具备文件管理的能力，可以支持文件的建立、删除、读取、写入等操作。本发明中，网络部分的文件操作是通过FTP协议完成，串口端的文件操作是通过类似MODEM的AT+命令完成。
本发明在图2的基础上，提出了嵌入式、分布式、网络化的程序及数据半导体存储的方法，解决了环境监控PC不稳定带来的一系列系统问题。
对于网络化的环境监控系统来说，可能拥有相当多的网络监控节点；对数据存储，一般采用高性能网络数据库服务器的方式，将所有的环境监控数据集中存储。这种设计的优点是集中化管理、数据操作方便，但是缺点也显而易见服务器一旦出现问题，环境监控数据可能瞬间完全丧失。
本发明中，在各个网络节点上，多通信接口适配器将从传感器采集到的数据存储在嵌入式存储器中，保存成数据文件的形式。也就是说每个节点都保存有本节点的环境监控数据，并且是存放在嵌入式系统的半导体介质中，这就是所谓的嵌入式、分布式、网络化的环境监控数据存储。
根据嵌入式存储器的存储能力大小不同，其存储的环境监控信息的多少也可以调整。在存储器充足的情况下，一个嵌入式存储器可能存储一个网络节点数个月至数年的环境监控信息，这样系统的数据安全性大大提高。对高性能网络数据库服务器的方案来说，这是非常有益的补充。
此外，嵌入式存储器还能存储环境监控程序和环境监控参数。每个节点保存的环境监控程序和参数可以是各不相同的。如前所述，嵌入式网络适配器具有HTTP服务和FTP服务功能。所谓HTTP服务，即嵌入式网络适配器可以提供WEB浏览服务。所谓FTP服务，即嵌入式网络适配器可以提供通过网络上传和下载嵌入式存储器中的文件的服务。关于这部分的内容主要影响监控PC的工作方式，所以在监控PC部分详细叙述。 监控PC通过上面的描述可以知道，监控PC实际上本身并不需要开机，系统就已经完成环境监控的基本功能，如环境数据的采集和记录，所以本发明中环境监控系统是嵌入式、自动化、网络化的。
本发明中，用JAVA APPLET实现了环境监控程序，用配置文件的形式组织环境监控参数，并保存在嵌入式存储器中。
通过HTTP方式，监控PC可以随时以WWW网页浏览的方式自动下载环境监控程序，而不必预装任何环境监控软件。实现了零客户端软件安装，网络上的任何PC都可以成为监控PC，免除了监控PC被攻击造成系统瘫痪的可能。
由于JAVA APPLET的跨平台特性，监控PC使用的操作系统也不受限制，Windows和Linux等操作系统环境下，PC都可以正常运行网络监控程序，并且程序界面保持一致。实现了跨平台，整个系统就具备了实现完全自主知识产权的条件。
由于JAVA APPLET是在PC本地运行，即客户端编程，所以可以充分利用PC资源，以图形、声音等多媒体化的手段表现环境监控数据，人机界面良好，同时修改环境监控参数等操作也简单易行。
其它编程语言也可以实现环境监控程序。
通过FTP服务，用户可以上传新的监控程序的方式，从而在系统不间断运行的条件下进行网络程序升级，系统具有良好的可扩充性。由于FTP客户端是标准网络服务，所以PC端升级程序时同样不需预装软件，操作简便。
权利要求
1.一种嵌入式、自动化、网络化环境监控的方法，包括以下步骤嵌入式多通信接口适配器定时从传感器采集环境数据，并发送到嵌入式存储器中保存；嵌入式存储器存储环境监控程序、环境监控参数；嵌入式网络适配器接入Internet或Intranet；监控PC接入Internet或Intranet，通过网络与嵌入式网络适配器通信，工作时，监控PC自动从嵌入式存储器中下载环境监控程序、参数和数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于嵌入式多通信接口适配器和嵌入式网络适配器和存储器可以互相监视对方的运行状况。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于嵌入式多通信接口适配器可通过嵌入式网络适配器自动向网络上的接警计算机系统发送环境监控报警信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于环境监控过程中必需的环境监控程序、环境监控参数、环境监控数据等都在嵌入式存储器中存储。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述环境监控程序是在PC端运行的网络应用程序。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述环境监控程序是以多媒体化方式表示环境监控数据和环境监控参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述环境监控程序、环境监控参数可以在系统不间断运行的条件下，通过网络进行升级或更新。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于监控PC可以跨操作系统平台、不预装任何环境监控软件。
9.一种实现如权利要求1所述的嵌入式、自动化、网络化环境监控方法的系统装置，包括传感器，监控PC，其特征在于还包括嵌入式多通信接口适配器、嵌入式网络适配器和存储器；所述嵌入式多通信接口适配器连接传感器和嵌入式网络适配器和存储器，嵌入式网络适配器直接连接到网络。
10.根据权利要求9所述的系统装置，其特征在于所述嵌入式网络适配器和嵌入式网络适配器互相可以通过硬件接口电路复位。
全文摘要
本发明提供了一种嵌入式、自动化、网络化环境监控的方法及装置。其装置包括传感器1、嵌入式多通信接口适配器2、嵌入式网络适配器和存储器3、监控PC4。用嵌入式多通信接口适配器2连接传感器1和嵌入式网络适配器和存储器3；将嵌入式网络适配器接入Internet或Intranet；将环境监控程序、环境监控参数、环境监控数据完全的、分布式的、网络化的存储在嵌入式存储器的半导体介质中；监控PC4通过Internet或Intranet对系统进行网络化管理和远程监控，可以跨操作系统平台、不预装任何环境监控软件。
文档编号G06F17/00GK1409221SQ0213100
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月20日 优先权日2002年9月20日
发明者吕京建 申请人:吕京建