Я.В. Хоріщенко, А.Л. Перекрест - Система віддаленого кервання та моніторингу технічних об'єктів з використанням веб-технологій та динамічних сторінок

Вступ

На сучасному етапі розвитку технічних та інформаційних систем існує необхідність розвитку технологій віддаленого керування технічними об’єктами з використанням мережі Internet [1]. У роботі [2] розроблена загальна структура мережевих лабораторій з доступом через Internet для віддаленого виконання лабораторного практикуму на фізичних дослідницьких стендах. Для реалізації функцій контролю режимів роботи та керування технічними об’єктами можуть використовуватись як стандартні рішення, так і спеціальні розробки [1, 3].

Мета роботи.

Розробка мережевої системи керування локальними технічними об’єктами з використанням web-технологій.

Матеріал і результати дослідження.

Реалізація управління та моніторингу будь-яким технічним пристроєм, використовуючи браузер та локальну мережу або мережу Інтернет, повинна задовольняти наступним основним вимогам:

використання системи не повинно значно навантажувати інформаційну мережу;
обмін даними між інтерфейсом та адаптером повинен виконуватись за допомогою стандартного веб- протоколу HTTP, що усуває проблему налаштування мережевого обладнання;
всі данні, відтворювані інтерфейсом, повинні динамічно змінюватись прямо у вікні браузера без повторного завантаження файлів інтерфейсу;
собівартість фізичного адаптера не повинна перевищувати відповідних аналогів.

Реалізація вказаних функцій потребує як апаратних, так і програмних рішень (рис. 1). Апаратна частина IR System (interface revolution system) представлена у вигляді спеціальної схеми – адаптера на базі мікроконтролера, який перетворює web-запити в керуючі команди. Адаптер також повинен формувати текст відповіді, яка підтверджує виконання операції та може містити додаткову інформацію про стан пристрою. Програмна частина представлена у вигляді вихідних кодів інтерфейсу, бібліотек функцій та програмного забезпечення мікроконтролера адаптера.

Web-сервером може бути будь-який комп’ютер з спеціальним програмним забезпеченням, яке обробляє web-запити та формує відповіді на них. Прикладом такої програми є Apache, яка працює на Windows та Unix- подібних операційних системах. На даному комп’ютері зберігаються файли інтерфейсу, що потім завантажуються браузером.

Рисунок 1 – Загальна структура IR System

Комп’ютером у даній системі може бути будь-який пристрій, який під’єднаний до мережі й має встановлений веб-браузер (Internet Exploer, Opera, Safari, Chrome і т.п.). Система, побудована за таким принципом, може функціонувати як у локальній мережі, так і в мережі Інтернет.

Для початку роботи із системою клієнт через Браузер повинен завантажити web-інтерфейс, після завантаження сторінки інтерфейсу запускається web-додаток. Потім встановлюється зв'язок з адаптерною платою, яка під’єднана до локальної системи управління фізичним об’єктом. Після встановлення зв’язку запускається функціональне ядро додатку, у якому періодично формуються спеціальні web-запити до адаптера й оновлюється інформація про стан об’єкту управління. Інформація може оновлюватися через певні проміжки часу або за запитом користувача.

При необхідності внести зміни до конфігурації адаптера або передати дані до об’єкту управління, web-додаток формує запит і відправляє його до адаптера. Той, в свою чергу, повинен сформувати звіт про результати виконання запиту й відправити назад до додатку. Отримані результати обробляються й відображаються клієнту на екрані. Використання такої структури програми й алгоритму роботи дозволяють завантажувати інтерфейс тільки один раз, що значно зменшує трафік, а отже й навантаження на мережу.

Програмне забезпечення мікроконтролера апаратного адаптера включає функціональне ядро, список властивостей, інтерфейси обміну даними та конфігурування ядра, низькорівневий драйвер обміну даними та USB-драйвер.

Функціональне ядро – основний елемент програми, що створюється під час запуску мікроконтролера й відповідає за створення всіх інших об’єктів, необхідних для функціонування системи та включає в себе основні алгоритми роботи програми. Список властивостей включає список об’єктів, які складаються з імені властивості та її фізичної адреси. Приклад: VirtualPort = PortB. Даний підхід полегшує функціонування всієї системи, оскільки веб-інтерфейс може звертатись до іменованої властивості, а не до фізичної адреси порту мікроконтролера, що підвищує абстракцію всієї програми. Інтерфейс обміну даними приймає команди та посилає дані через спеціальний драйвер. Інтерфейс може зчитувати або встановлювати значення властивостей та конфігурувати роботу ядра. Низькорівневий драйвер обміну даними – об’єкт, який реалізує зв'язок з програмованим контролером локальної системи управління фізичного об’єкту. Цей драйвер може бути написаний для будь-якого інтерфейсу обміну даними або взагалі бути віртуальним і не контактувати з фізичним світом (для налагоджувальних цілей). Використання патерну драйвер – інтерфейс забезпечує гнучкість програми та незалежність від платформи, на якій вона виконується. Інтерфейс конфігурування ядра – базовий інтерфейс, який містить набір функцій, необхідних для конфігурування властивостей ядра та виконання основних функцій. USB-драйвер – об’єкт, який реалізує зв'язок між контролером та комп’ютером, використовуючи шину USB.

Використання об’єктно-орієнтованого програмування забезпечує максимальну гнучкість програми. При правильній побудові архітектури, змінюючи тільки низько-рівневі функції та об’єкти, можливо з легкістю переносити програму на різні апаратні платформи (AVR, ARM, PIC і т.ін.).

Опис реалізації поточної версії. Для перевірки правильності функціонування системи, було створено ряд додатків, які демонструють основні можливості IR System та її компонентів.

Одним з таких додатків є IR System demo project – тестовий додаток, який призначений для демонстрації можливостей IR System. Програма знаходиться у вільному доступі на офіційному сайті www.irsystem.tk (розділ Додатки http://irsys.tk/applications/irdp/). Для перевірки працездатності системи за допомогою емулятора електронних схем Proteus була побудована тестова схема, до якої можна підключитись, використовуючи мережу Internet. Головне вікно додатку та віртуальна електронна схема зображені на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема та інтерфейс керування IRDP

Cхема побудована на мікроконтролері ATMega16, до якого підключені 8-світлодіодів D4-D11 і один змінний резистор RV1. Світлодіоди D1-D3 відображають стан адаптера. Перетворення інтерфейсів з Ethernet в СОМ виконується за допомогою спеціального драйвера.

Висновки

Запропоновано програмне-апаратне рішення IR System для управління об’єктом через локальну мережу або мережу Інтернет. У подальшому планується виготовити апаратну частину системи для перевірки працездатності загального рішення.

Список использованной литературы

1. Мережева лабораторія центрів колективного користування з віддаленим доступом у Сибірському Федеральному окрузі. – Режим доступу: http://www.edu.ru/modules.php?page_id=6.
2. Євтушенко К.В., Перекрест А.Л. Обґрунтування структури мережевої лабораторії з дистанційним доступом через Internet // Збірка наукових праць VII Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. – Кременчук, КрНУ, 2010. – С. 55–56.
3. Універсальний програмно-апаратний комплекс інституту прикладної фізики НАН України. Режим доступу: http://www.nas.gov.ua/aboutNASU/Documents/rus/316.htm.
4. Web-технології: HTML, DHTML, JavaScript, PHP, MySQL, XML+XLST, Ajax. – Режим доступу: http://htmlweb.ru/.
5. Центральний JavaScript ресурс. – Режим доступу: http://javascript.ru/.
6. CSS довідник. – Режим доступу: http://htmlbook.ru/css.
7. HTML довідник. – Режим доступу: http://htmlbook.ru/html.