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摘 要： 本文详细介绍了哑设备改造远程监控系统的设计方案，本系统采用C8051F340单片机作为整个系统的CPU，采用ENC28J60芯片作为以太网控制器。本远程监控系统主要分为通信系统、显示系统和存储系统三个分系统。通过以太网通信系统实现数据传输，上位机显示系统监视哑设备的运行状态和各种运行参数，并且可通过显示系统UI界面上的按钮对设备进行控制，从而实现对设备的远程监控。存储系统则用以存储重要数据。
关键词： 以太网通信；远程监控；C8051单片机；ENC28J60 存储
1 引言
随着社会经济的不断发展，以信息技术与制造业深度融合为特点的智能制造已经引发了全球性的新一轮工业革命，并成为制造业转型升级的重要抓手与核心动力。哑设备，是指没有远程监控、数据自动采集等功能的设备，新型状态、生产信息、故障信息等都是不透明的，出现问题不能及时获知，易造成重大损失。由此可见，哑设备是横在智能制造路上的一块绊脚石，企业要实现智能制造，“治哑”是必由之路。
哑设备改造远程监控系统能实现在舒适的环境中通过电脑对设备的运行状态进行远程操控，对实时运行参数的远程监视和相关数据的存储。以太网通信是当今社会应用最为广泛的数据通信方式，本系统利用以太网进行通信，符合通用化，满足数据的远距离传输。在设备出现故障时，可通过读取存储系统中存储的实时运行参数的相关数据，能快速的定位故障点。基于以太网通信的设备远程监控系统不仅使得操作环境舒适，故障定位快、准，让设备更加智能化，而且还为以后实现一点多控和联网监控奠定了基础。
2 主要器件资料介绍
2.1 C8051F340单片机
C8051F340单片机是使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、两个具有扩展波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及多达40个I/O引脚。
2.2 ENC28J60以太网控制器
ENC28J60 是带有行业标准串行外设接口SPI的独立以太网控制器。 它可作为任何配备有SPI 的控制器的以太网接口。符合IEEE 802.3 的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。 它还提供了一个内部DMA 模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。 与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI 实现，数据传输速率高达10 Mb/s。两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。
3 基于以太网通信的远程监控系统的原理
哑设备改造远程监控系统主要由以太网通信系统、上位机显示系统和计算机存储系统三个部分组成。系统原理框图如图3-1所示：
系统工作原理：在上电开始，整个系统进行初始化。通过程序控制，CPU自动向以太网控制器ENC28J60写入一个事先设置好的IP地址和UDP端口号，若在上位机显示界面输入相应的IP地址或者UDP端口号，就会使得网络正确连接。此时，CPU开始自动检测RS232串口是否有数据传输过来。若有，则通过SPI接口将该数据送给以太网控制器ENC28J60。ENC28J60在接收到该数据之后，通过IP协议处理，MAC自动在该数据前加上目标地址，源地址以及数据类型/长度，将数据编码成数据包格式。然后主控制器在数据包前加上控制帧，再将之写入数据缓存器，以待发送。此时若网络连接正常，则通过硬件写入相关状态向量，通知主控制器可发送数据。主控制器则命令数据缓存器将数据发送出去。上位机在接收到数据包时，通过程序控制，对该数据包进行识别、处理和分类，将之分别送往相应窗口进行正确显示，并在实时参数前加上时间节点，一起送往存储系统进行存储。若点击显示系统界面的控制按钮窗口中的按钮，系统会产生一个相应的信号，通过以太网传输给ENC28J60，MAC将自动把该信号解码成有效数据，通过SPI传输给CPU，CPU再通过RS232串口送给设备，从而实现对设备的远程操作。
4 硬件设计
哑设备远程监控系统的硬件设计都集中在以太网通信系统部分，上位机显示系统和存储系统都是通过软件实现。
主要部分电路为单片机与以太网控制器连接电路图，如图4-1所示。
5 软件设计
5.1 以太网通信系统软件设计
如图5-1所示為以太网通信系统主程序设计流程图。系统上电后，程序开始对各个模块进行初始化设置，配置相关参数。CPU通过定时器查询方式对网络数据进行检测，若有RS232串口数据或者上位机网络数据来到，则通过IP协议等进行编码或解码处理。处理完后的数据送往发送数据缓存器/接收数据缓存器以待发送/接收。
5.2 显示系统和存储系统程序设计
显示系统UI界面是用Qt界面设计软件设计的，UI界面软件主要包括登陆系统、设备运行状态显示系统、设备参数监视系统、实时时间显示系统以及远程控制端口系统。
图5-2所示为显示系统和存储系统软件流程图。在计算机显示器上点击显示系统快捷方式图标，打开软件，输入正确的用户名和密码，登陆到显示系统主界面窗口。然后开设正确的UDP端口号，将以太网通信系统传输过来的数据接收进来。通过程序控制对接收的数据进行识别、处理、分类，分别送到相应的窗口进行显示。此外，还将实时参数送到存儲系统进行数据自动存储。
6 结束语
本文详细介绍了哑设备改造远程监控系统的设计方案和内容。整个系统分三个分系统，通信系统中CPU采用C8051F340，高频率的时钟系统对系统数据处理能力大大提高，多系统时钟切换使系统功耗更低，根据实际应用对多I/O端口的自动配置使得系统设计更灵活。以太网控制器采用ENC28J60，ENC28J60引脚少，功能齐和SPI接口全使得系统的设计更简便，更优化，数据传输速率更高。显示系统UI界面设计利用Qt软件设计，通过设置IP和UDP端口方式接入以太网数据，可在在计算机上显示和远程控制设备，且使得系统占用资源减少。存储系统用以存储相关数据，可实现对设备故障的快速定位和处理以及对处理后的产物的管控。通过远程监控系统的设计，使得哑设备的用户界面更加友好，操作更方便，设备维护性也更好，大大提高了设备的智能化和人性化。■
参考文献
[1] C8051F340/1/2/3/4/5/6/7全速USB FLASH微控制器数据手册 潘琢金 2006 沈阳航空工业学院.
[2] C8051F系列单片机开发与C语言编程 童长飞 2005 北京航空航天大学出版社.
[3] C语言程序设计（第四版） 谭浩强 2006 清华大学出版社.
[4] ENC28J60数据手 2006 Microchip Technology Inc.
[5] Qt Creator系列教程 蛋蛋 2011 www.yafeilinux.com.
[6] QT开发培训 2011 邯郸学院.
[7] C++语言程序设计 郑莉 何江舟 2010 清华大学出版社.
关键词： 以太网通信；远程监控；C8051单片机；ENC28J60 存储
1 引言
随着社会经济的不断发展，以信息技术与制造业深度融合为特点的智能制造已经引发了全球性的新一轮工业革命，并成为制造业转型升级的重要抓手与核心动力。哑设备，是指没有远程监控、数据自动采集等功能的设备，新型状态、生产信息、故障信息等都是不透明的，出现问题不能及时获知，易造成重大损失。由此可见，哑设备是横在智能制造路上的一块绊脚石，企业要实现智能制造，“治哑”是必由之路。
哑设备改造远程监控系统能实现在舒适的环境中通过电脑对设备的运行状态进行远程操控，对实时运行参数的远程监视和相关数据的存储。以太网通信是当今社会应用最为广泛的数据通信方式，本系统利用以太网进行通信，符合通用化，满足数据的远距离传输。在设备出现故障时，可通过读取存储系统中存储的实时运行参数的相关数据，能快速的定位故障点。基于以太网通信的设备远程监控系统不仅使得操作环境舒适，故障定位快、准，让设备更加智能化，而且还为以后实现一点多控和联网监控奠定了基础。
2 主要器件资料介绍
2.1 C8051F340单片机
C8051F340单片机是使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、两个具有扩展波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及多达40个I/O引脚。
2.2 ENC28J60以太网控制器
ENC28J60 是带有行业标准串行外设接口SPI的独立以太网控制器。 它可作为任何配备有SPI 的控制器的以太网接口。符合IEEE 802.3 的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。 它还提供了一个内部DMA 模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。 与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI 实现，数据传输速率高达10 Mb/s。两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。
3 基于以太网通信的远程监控系统的原理
哑设备改造远程监控系统主要由以太网通信系统、上位机显示系统和计算机存储系统三个部分组成。系统原理框图如图3-1所示：
系统工作原理：在上电开始，整个系统进行初始化。通过程序控制，CPU自动向以太网控制器ENC28J60写入一个事先设置好的IP地址和UDP端口号，若在上位机显示界面输入相应的IP地址或者UDP端口号，就会使得网络正确连接。此时，CPU开始自动检测RS232串口是否有数据传输过来。若有，则通过SPI接口将该数据送给以太网控制器ENC28J60。ENC28J60在接收到该数据之后，通过IP协议处理，MAC自动在该数据前加上目标地址，源地址以及数据类型/长度，将数据编码成数据包格式。然后主控制器在数据包前加上控制帧，再将之写入数据缓存器，以待发送。此时若网络连接正常，则通过硬件写入相关状态向量，通知主控制器可发送数据。主控制器则命令数据缓存器将数据发送出去。上位机在接收到数据包时，通过程序控制，对该数据包进行识别、处理和分类，将之分别送往相应窗口进行正确显示，并在实时参数前加上时间节点，一起送往存储系统进行存储。若点击显示系统界面的控制按钮窗口中的按钮，系统会产生一个相应的信号，通过以太网传输给ENC28J60，MAC将自动把该信号解码成有效数据，通过SPI传输给CPU，CPU再通过RS232串口送给设备，从而实现对设备的远程操作。
4 硬件设计
哑设备远程监控系统的硬件设计都集中在以太网通信系统部分，上位机显示系统和存储系统都是通过软件实现。
主要部分电路为单片机与以太网控制器连接电路图，如图4-1所示。
5 软件设计
5.1 以太网通信系统软件设计
如图5-1所示為以太网通信系统主程序设计流程图。系统上电后，程序开始对各个模块进行初始化设置，配置相关参数。CPU通过定时器查询方式对网络数据进行检测，若有RS232串口数据或者上位机网络数据来到，则通过IP协议等进行编码或解码处理。处理完后的数据送往发送数据缓存器/接收数据缓存器以待发送/接收。
5.2 显示系统和存储系统程序设计
显示系统UI界面是用Qt界面设计软件设计的，UI界面软件主要包括登陆系统、设备运行状态显示系统、设备参数监视系统、实时时间显示系统以及远程控制端口系统。
图5-2所示为显示系统和存储系统软件流程图。在计算机显示器上点击显示系统快捷方式图标，打开软件，输入正确的用户名和密码，登陆到显示系统主界面窗口。然后开设正确的UDP端口号，将以太网通信系统传输过来的数据接收进来。通过程序控制对接收的数据进行识别、处理、分类，分别送到相应的窗口进行显示。此外，还将实时参数送到存儲系统进行数据自动存储。
6 结束语
本文详细介绍了哑设备改造远程监控系统的设计方案和内容。整个系统分三个分系统，通信系统中CPU采用C8051F340，高频率的时钟系统对系统数据处理能力大大提高，多系统时钟切换使系统功耗更低，根据实际应用对多I/O端口的自动配置使得系统设计更灵活。以太网控制器采用ENC28J60，ENC28J60引脚少，功能齐和SPI接口全使得系统的设计更简便，更优化，数据传输速率更高。显示系统UI界面设计利用Qt软件设计，通过设置IP和UDP端口方式接入以太网数据，可在在计算机上显示和远程控制设备，且使得系统占用资源减少。存储系统用以存储相关数据，可实现对设备故障的快速定位和处理以及对处理后的产物的管控。通过远程监控系统的设计，使得哑设备的用户界面更加友好，操作更方便，设备维护性也更好，大大提高了设备的智能化和人性化。■
参考文献
[1] C8051F340/1/2/3/4/5/6/7全速USB FLASH微控制器数据手册 潘琢金 2006 沈阳航空工业学院.
[2] C8051F系列单片机开发与C语言编程 童长飞 2005 北京航空航天大学出版社.
[3] C语言程序设计（第四版） 谭浩强 2006 清华大学出版社.
[4] ENC28J60数据手 2006 Microchip Technology Inc.
[5] Qt Creator系列教程 蛋蛋 2011 www.yafeilinux.com.
[6] QT开发培训 2011 邯郸学院.
[7] C++语言程序设计 郑莉 何江舟 2010 清华大学出版社.