JAVA工业控制移动数据通信设计方案

　J2ME技术目前在手机行业取得了较大成功，已经成为手机增值开发平台的业界事实标准，它创造性解决了不同软硬件平台上统一应用开发的问题把这个思路引入到工业控制无线数传终端，具有广阔的市场前景在工业控制系统中利用J2ME技术，不但可以降低系统的开发难度、实现嵌入式环境中基于服务级的互操作，而且可使系统具有很好的灵活性和可靠性使无线数传终端实现了模块化、构件化设计，大大提高了系统的可扩展性与可扩充性JAVA嵌入式软件具有标准的程序接口和协议，可解决应用互联带来的各种问题，消除不同软件、硬件系统之间的异构问题，可支持各种通讯协议、各种通讯服务模式、传输各种数据内容、数据格式翻译、流量控制、数据加密、数据压缩等；JAVA嵌入式软件还可解决安全控制、并发控制、可靠性保证、效率保证等，实现了数据资源的有效共享，并能提供基于不同平台的丰富的开发接口、支持流行的开发工具 在工业控制系统中使用J2ME技术的优势：提供了一种独立于厂商的服务平台，使得不同厂商的现场控制系统可以相互兼容将工业控制系统中每个设备提供的功能都可以映射成J2ME服务，使其不仅可以被现场总线使用，而且还可以被支持J2ME的任何设备（如PDA）来访问；简化网络编程，提高系统的安全性；将Java技术应用到无线数传终端产品中主要具有以下几个方面的好处：将Java技术应用到无线数传终端产品中主要具有以下几个方面的好处：可以容易地连接到Internet，这样系统变成了开放的，提高了设备的可访问性；使工业控制系统中的设备可以与家用消费电器和自动化设备通信，增强设备的功能。
　　1、产品简介
　　基于JAVA的工业控制无线数传终端是根据工业控制领域行业用户需求特点专门设计开发的具有良好的扩展性和可移植性产品提供完整的PPP 协议及上层TCP/IP 协议，具有路由功能，提供100BaseT以太网接口、RS232、RS485等多种标准接口产品具有性能高、体积小、供耗低、组网灵活、配置简单、扩展性强的特点，支持实时数据采集、远程监控、营业网点接入等各种行业应用可广泛应用于工业现场控制、数据采集、交通监控、远程业务点接入等多种领域，也可以内置于控制面板，智能仪表等设备中，充分满足行业用户开展无线数据应用的需求无线数传终端产品系列包括：
　　（1）无线数传终端内建TCP/IP 功能及标准的串行端口功能，集成工业级GPRS/CDMA1X 模块，并提供完备的电源系统，使用方便简洁GPRS 无线数传终端CDMA1X 无线数传终端。
　　（2）嵌入式开发板内建TCP/IP功能及标准的串行端口功能，用户可灵活选配GPRS/CDMA1X模块，自定义产品尺寸该嵌入式开发板便于二次开发和快速整合到用户原有系统，并通过软硬件整体解决方案满足行业用户快速开发无线网络应用的需要。
　　2、技术来源
　　中联科技开发的无线数传终端产品核心技术来源于国家“863”计划《无线移动自组织互联网技术及实验系统研制》技术成果，产品具有两方面的核心技术：
　　（1）具有完整的嵌入式TCP/IP协议和GPRS、CDMA公众无线数据网络通信
　　（2）具有针对应用的J2ME开放开发平台目前，相关产品多集中在以PC机为架构扩展通信模块，利用PC上的资源来完成相应工作的公用市场，其中代表性产品就是GPRS、CDMA无线上网卡其特点是产品价格较高，同时应用对行业没有深入渗透，难以形成行业规模产业目前移动数据网络设备处于一个新兴的蓬勃发展阶段，由于GPRS、CDMA公众无线数据网络采用TCP/IP 技术，因此相应的行业工控终端首先要解决TCP/IP 相关技术的长期积累国内目前的技术方案多采用传统8051单片机增加简单的PPP协议来实现，而我们开发的无线数传终端产品是在已成熟的宽带路由器和SNMP 网管设备等产品的基础上发展起来的全新系列产品，硬件采用全新的ARM7 32位嵌入式RISC CPU，处理能力及系统资源提高10倍以上；软件上采用完整的嵌入式OS及TCP/IP协议包，整体方案具有如下技术优势：
　　（1）完整TCP/IP协议，具有100BaseT网络接口及完整的IP 路由功能
　　（2）针对应用具有TCP 可靠连接方式，专为金融交易应用而设计
　　（3）内嵌WEB Server 配置方式，方便直观
　　（4）支持TELNET、SNMP等网络管理功能，适合行业应用
　　（5）支持远程维护，具有远程配置、远程升级和重启动的功能目前公司在嵌入式TCP/IP技术、产品及市场方面都取得了较大成功。
　　3、产品结构和工作原理
　　产品以32位嵌入式处理器为核心，可对数据进行处理，采用嵌入式实时多任务操作系统，支持协议转换和透明数据传输，可提供各种应用定制的嵌入式软件的代码空间，根据具体设备应用，可在嵌入式专用处理器上开发新软件，还可提供定制的中心主机软件系统从硬件上主要分为电源、移动通信模块、嵌入式RISC CPU、存储系统和逻辑控制电路、接口驱动电路等五个部分，如图所示接口驱动支持同步和异步通信，采用和集成第三方的移动通信模块。
　　
　　图1：系统结构示意图
　　系统软件包括实时操作系统、TCP/IP协议栈、数据加密、串行数据流到TCP/IP的协议转换、接口驱动程序等
　　4、产品功能特点
　　（1）多媒体数据处理功能
　　无线数传终端集现场图像监视，现场声音监听和数据采集传输多媒体监控功能于一体设备集成视频频编码压缩功能，支持M-JPEG或MPEG-4的编解码技术进行视频编解码，可以串口外接摄像头，能够随时随地拍摄照片，完成实时视频信号的压缩、语音信号和数据的编码，并经过设备打包传送到远端的监控中心，为用户提供高质量的实时图像，可以广泛应用于变电站、邮电、石油、水利等系统的无人值守机房及其它环境监控。
　　（2）支持协议转换与透明传输
　　透明传输模式是工业控制领域适用范围最广、通用性最强的一种工作模式在透明传输模式下，设备与监控中心的数据传输采用TCP 连接方式，不解析从串口收到的任何数据，直接将数据作为TCP 或UDP 的数据进行打包发送，而对具体数据的解析分别由后端数据采集终端设备和前端数据中心的相关服务器进行处理同时，为了满足SCADA 系统要求，设备也可配置命令串反向控制数据采集设备，按用户所需改变数据采集设备的工作方式；定义数据成帧的方式，即设备直接将数据按要求的格式封装成规定的帧，然后通过TCP/UDP传送到上位机数字设备分为支持TCP/IP的设备和非TCP/IP设备两大类TCP/IP设备包括采用Windows 系列操作系统的 PC、笔记本电脑和采用嵌入式操作系统的 PDA；而传统的工业控制设备主要是非TCP/IP设备，如RS-232、RS-422、RS-485、CNC、PLC 串行设备或模拟传感器设备。