網(wǎng)絡(luò)化操作和遠(yuǎn)程控制成為很多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)鉆研的方向,，要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行管理和控制，就需要與這些設(shè)備進(jìn)行通訊連接,，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)交換,，以達(dá)到管理、控制和監(jiān)控的目的,。同樣嵌入式領(lǐng)域中,，為了達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控，也必須基于網(wǎng)絡(luò),。在水下或者惡劣環(huán)境作業(yè)的機(jī)械手,，在特定的時(shí)候需要遠(yuǎn)程控制,。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)成為了可能。

　　在遠(yuǎn)程控制中,，通信是值得討論的技術(shù)問(wèn)題,。傳統(tǒng)的通信只是局限于脫離網(wǎng)絡(luò)的通信，如兩個(gè) PC 機(jī)之間通信,，或者是上位機(jī)為 PC 機(jī),，下位機(jī)為單片機(jī)。在遠(yuǎn)程控制機(jī)械手系統(tǒng)中,，采用的是基于 Internet 的遠(yuǎn)程串口通信,，遠(yuǎn)程串行通訊是指客戶(hù)端與下位機(jī)或通訊對(duì)象之間通過(guò)串口進(jìn)行的遠(yuǎn)距離通訊，而傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊只是它其中的一部分,，通過(guò)客戶(hù)端傳送指令給下位機(jī)至控制部件,，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　1,、遠(yuǎn)程串口通訊系統(tǒng)的基本構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)

　?。ㄒ唬┗緲?gòu)架概述

　　在軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，C/S 和 B/S 是當(dāng)今世界開(kāi)發(fā)模式技術(shù)架構(gòu)的兩大主流技術(shù),。

　　C/S 模式采用的是兩層體系結(jié)構(gòu),，即客戶(hù)端和服務(wù)器，通過(guò)該架構(gòu)可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì),，將任務(wù)合理分配到 Client 端和 Server 端來(lái)實(shí)現(xiàn),，客戶(hù)端進(jìn)行顯示界面和事務(wù)處理，服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和應(yīng)答請(qǐng)求處理,。在客戶(hù)端需要安裝客戶(hù)端軟件才能訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器,。不但軟件升級(jí)不便，而且也增加了客戶(hù)端的負(fù)載和投資成本,。

　　B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu),。它是隨著 Internet 技術(shù)的興起，對(duì) C/S 結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu),。在這種結(jié)構(gòu)下,，用戶(hù)工作界面是通過(guò)瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實(shí)現(xiàn),，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn),， 數(shù)據(jù)處理則由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行，形成所謂三層結(jié)構(gòu),。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量,，降低了用戶(hù)的總體成本,，但僅在 B/S 模式下還不能直接實(shí)現(xiàn)與被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

　　基于 B/S 模式實(shí)現(xiàn)與被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的遠(yuǎn)程串行通訊采用四層體系結(jié)構(gòu)，增加了一個(gè)控制層,，瀏覽器端為表示層,，WEB 服務(wù)器為功能層，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為數(shù)據(jù)層,，控制層為通過(guò) WEB 服務(wù)器傳送指令到控制服務(wù)器,，控制服務(wù)器作為上位機(jī)，通過(guò)串口控制下位機(jī),，直到控制執(zhí)行部件,。這里不僅增加了控制層，而且對(duì)功能層和數(shù)據(jù)層也都進(jìn)行了擴(kuò)展,。這種體系結(jié)構(gòu)即具有 B/S 模式的優(yōu)良特性,，又增加了控制服務(wù)功能，充分利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)資源,，并且使兩者有機(jī)地結(jié)合在一起,，達(dá)到了與被控設(shè)備通過(guò)串口進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊的目的。表示層,、功能層,、數(shù)據(jù)層和控制層既有一定的相互聯(lián)系又具有相對(duì)獨(dú)立性，各層是通過(guò) Internet 相連接,，通過(guò) HTTP 協(xié)議和串口通訊協(xié)議進(jìn)行信息通訊,。如圖 1 所示

　　（二）遠(yuǎn)程串口通訊各部件的功能及實(shí)現(xiàn)

　?。?）瀏覽器端：用戶(hù)通過(guò)瀏覽器登陸 web 服務(wù)器,，通過(guò)輸入用戶(hù)名和密碼，和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)比較驗(yàn)證通過(guò)后,，成為合法的用戶(hù),，然后在相應(yīng)的表單中輸入控制數(shù)據(jù)。按提交按鈕后,，數(shù)據(jù)傳送到 web 服務(wù)器,。瀏覽器端再作為顯示端，能夠顯示遠(yuǎn)程執(zhí)行部件的反饋位置,。

　?。?）WEB 服務(wù)器：能夠接收瀏覽器端發(fā)送過(guò)來(lái)的控制數(shù)據(jù)，并處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)后,，把數(shù)據(jù)發(fā)送給控制服務(wù)器,，或者直接作為控制服務(wù)器，通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)送給執(zhí)行部件,。

　?。?）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端：存放合法用戶(hù)的用戶(hù)名和密碼,，以進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí),，在發(fā)送執(zhí)行數(shù)據(jù)時(shí),，如果需要特定的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，也可直接到數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取,。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理,，并把運(yùn)行結(jié)果反饋給 web 服務(wù)器。

　?。?）控制服務(wù)器：作為直接通過(guò)串口發(fā)送命令給執(zhí)行部件的上位機(jī),，或者直接由 web 服務(wù)器本身?yè)?dān)任。接收 web 服務(wù)器從瀏覽器端接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),。通過(guò)串口通訊協(xié)議及握手信號(hào),，把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)。

　?。?）下位機(jī)：通過(guò)串口通訊協(xié)議接收控制服務(wù)器（上位機(jī)）的執(zhí)行數(shù)據(jù),，再通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，帶動(dòng)執(zhí)行部件工作,。

　?。?）執(zhí)行部件：按照傳送過(guò)來(lái)的指令進(jìn)行工作，并通過(guò)傳感器把當(dāng)前執(zhí)行部件的位置和姿態(tài)化作數(shù)據(jù)再通過(guò)串口回送到控制服務(wù)器,，直至到達(dá)瀏覽器端,，使得用戶(hù)不在執(zhí)行部件的現(xiàn)場(chǎng)也可以遠(yuǎn)程控制并得到部件執(zhí)行之后的效果

　　在瀏覽器中，登陸驗(yàn)證后,，通過(guò) HTTP 協(xié)議,，把數(shù)據(jù)傳送給 web 服務(wù)器，再傳給控制服務(wù)器,?？刂品?wù)器作為上位機(jī)，打開(kāi)串口,，通過(guò)通訊協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī),。下位機(jī)根據(jù)通訊協(xié)議，收到上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),，并啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換器,，控制執(zhí)行部件。同時(shí)通過(guò)傳感器把執(zhí)行部件的姿態(tài)反饋給上位機(jī),。下位機(jī)可以為單片機(jī),、DSP、ARM 等微處理器,。

　　2,、遠(yuǎn)程控制作業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　基于 web 的機(jī)械手的遠(yuǎn)程控制,，在高溫、水下等惡劣的工作環(huán)境下,，需要遠(yuǎn)程控制機(jī)械手實(shí)行操作。在遠(yuǎn)程通過(guò)瀏覽器輸入操縱數(shù)據(jù),，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給主控機(jī),，主控機(jī)采用一般的 PC 機(jī)，主控機(jī)通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī),，該作業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中采用 89C51 單片機(jī)作為直接控制計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)監(jiān)控設(shè)備把作業(yè)機(jī)械手的姿態(tài)反饋到遠(yuǎn)程控制機(jī)，同時(shí)通過(guò)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)返回到控制機(jī),。圖 2 為遠(yuǎn)程控制作業(yè)機(jī)械手的系統(tǒng)示意圖,。

　　在瀏覽器端登陸主控機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)姆?wù)器，取得合法身份驗(yàn)證之后,，發(fā)送數(shù)據(jù),。主控機(jī)收到信息后，通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)給直接控制機(jī) 89C51,。

　?。ㄒ唬?單片機(jī)系統(tǒng)的硬件組成部分

　　（1） 以 89C51 為微處理器的為核心,，擴(kuò)展 RAM6254,、鎖存器、時(shí)鐘電路,、復(fù)位電路等,。

　　（2） 串口通訊電路：主控機(jī)向 89C51 傳送數(shù)據(jù)時(shí),，采用串口通信,，常用的串行通信總線(xiàn)接口是美國(guó)電氣協(xié)會(huì) EIA 制定的 RS-232C。鑒于單片機(jī)串行口 TXD,，RXD 均為 TTL 電平,，而 PC 機(jī)配置的是 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，在應(yīng)用時(shí),，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,。在作業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)中，采用 MAX232 作為接口轉(zhuǎn)換芯片,。

　?。?） 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路：通過(guò)串口，主控機(jī)把機(jī)械手的動(dòng)作指令數(shù)據(jù)發(fā)送給 89C51,，89C51 通過(guò)總線(xiàn)把數(shù)據(jù)發(fā)送給 D/A 轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)端口,，在該系統(tǒng)中采用 DA0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),。

　　（4） 驅(qū)動(dòng)電路：機(jī)械手的作業(yè)動(dòng)力來(lái)自液壓系統(tǒng),，采用伺服閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的回路控制,，為驅(qū)動(dòng)伺服閥，設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路

　?。?） 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：用角度電位計(jì)和位移傳感器采集機(jī)械手的實(shí)際操作數(shù)據(jù),，傳感器標(biāo)定之后，采集的位移量和角度模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)傳送給 89C51,，再向上發(fā)送,，該系統(tǒng)中采用 AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　?。ǘ?主控機(jī)與單片機(jī)軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　?。?） 主控機(jī)程序

　　主控機(jī)由 PC 機(jī)擔(dān)任，用 VC++開(kāi)發(fā)操縱界面,，通過(guò)串口控件 MSComm 對(duì)串口通訊協(xié)議進(jìn)行串口初始化,，從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù) SQLServer 中提出從 WEB 發(fā)送的控制機(jī)械手的數(shù)據(jù)，控制機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)的執(zhí)行的角度量,，同時(shí)等待接收 89C51 回送回來(lái)的數(shù)據(jù),。軟件系統(tǒng)的流程圖如圖 3 所示。

　?。?） 89C51 單片機(jī)主程序

　　89C51 作為直接控制計(jì)算機(jī),，用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)主程序，初始化串口,，分配內(nèi)存緩沖區(qū)存放接收數(shù)據(jù),，開(kāi)中斷，等待外部以中斷形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,。89C51 的主程序流程圖如圖 4 所示,。

　　（3） 89C51 中斷處理子程序

　　中斷子程序中首先清除中斷標(biāo)志,，然后判斷是接收還是發(fā)送引起的中斷,，根據(jù)相應(yīng)的中斷源進(jìn)行處理。89C51 中斷處理子程序的流程圖如圖 5 所示,。

　　3,、 結(jié)束語(yǔ)

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在于把 89C51 單片機(jī)與機(jī)械手的作業(yè)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信達(dá)到了遠(yuǎn)程控制機(jī)械手實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn),，為遠(yuǎn)程控制作業(yè)的研究提供了一個(gè)具體的實(shí)例參考,，目前該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)到主控機(jī)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，需要手工在主控機(jī)調(diào)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制,。能夠完全脫離人的介入,，直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制作業(yè)還在進(jìn)一步的研究中。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和市場(chǎng)證明,，在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化的今天和未來(lái),，遠(yuǎn)程通信必將出現(xiàn)在未來(lái)的人類(lèi)生活中，有可觀的研究意義和實(shí)用價(jià)值,。