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    UPS（uninterruptible power supply）直譯為不間斷電源系統(tǒng)。作為網(wǎng)絡系統(tǒng)中的保護設備，它主要起到兩個作用：（1）為電腦系統(tǒng)提供備用電源，目的是防止電網(wǎng)供電突然斷電造成對重要文件數(shù)據(jù)損害；（2）消除電網(wǎng)供電上的“污染”（包括浪涌、波動、脈沖、噪聲等），使電腦中的電子部件免受摧毀性損壞。而如何確保UPS系統(tǒng)的正常運作就成為一門新的課題。監(jiān)測UPS中的電池狀況，UPS機房的環(huán)境溫度，UPS系統(tǒng)的負載情況，都將成為確保UPS系統(tǒng)正常工作不可或缺的一部分。

    當前是一個構筑在網(wǎng)絡基礎之上的信息化時代。未來的社會必然是一個以IP網(wǎng)絡和IP業(yè)務為主的信息化社會。通過Internet實現(xiàn)對遠程設備進行實時的監(jiān)控是一個非常有前景的想法。這也就是嵌入式Internet技術的產(chǎn)生背景。嵌入式Internet技術是以Internet技術和嵌入式技術的發(fā)展為基礎的。該技術的出現(xiàn)使得各種家用設備的上網(wǎng)成為可能。如果嵌入式設備提供WWW，則用戶就可以通過Internet遠程監(jiān)測各種設備。

    結合實際需要，如何利用Internet方便的實現(xiàn)對不同的UPS機房進行統(tǒng)一監(jiān)測和管理將成為大型UPS系統(tǒng)的基本要求。

    一、概述

    本文提出的基于嵌入式web服務器的UPS監(jiān)測系統(tǒng)有兩部分組成（見圖１）：測量網(wǎng)和嵌入式web服務器。其中測量網(wǎng)完成對UPS機房的監(jiān)測并將測量結果傳送到嵌入式web服務器上；嵌入式web服務器獲取測量結果并且完成web服務器功能，使得用戶可以遠程訪問測量結果。下面分別介紹這兩部分。

圖1 系統(tǒng)結構

    二、測量網(wǎng)

    圖2可見，測量網(wǎng)主要由集成測量儀和溫濕度模塊組成，組網(wǎng)方式采用通用的RS-485總線方式。每個嵌入式web服務器可以通過RS-485和多臺集成測量儀相連，最多可以掛接32個集成測量儀；而每臺集成測量儀又可以通過RS-485總線和溫濕度模塊相連，同樣最多可以掛接32個溫濕度模塊。

圖2 測量網(wǎng)組成原理圖

    集成測量儀主要完成以下幾個功能：（1）測量UPS電池組電壓和充放電電流；（2）測量配電柜三相電壓和電流；（3）同嵌入式web服務器進行通信；（4）同溫濕度模塊進行通信。其中UPS電池組測量和配電柜測量是設計方案中的難點和重點。

    考慮到UPS電池組和配電柜的測量比例需要能過靈活搭配且相互之間不影響，故特設計通用的總線將UPS電池組測量和配電柜測量模塊化，制成通用的UPS電池組測量卡和配電柜監(jiān)測卡。集成測量儀的設計分為：總線板、控制板、UPS電池組測量卡和配電柜監(jiān)測卡。

    控制板完成與嵌入式web服務器和溫濕度模塊的通信，以及測量各個板卡所傳遞的信號；而UPS電池組測量卡和配電柜監(jiān)測卡將帶測量的信號轉換成芯片可測量的電信號；總線板則控制待測信號進入控制板進行測量（其中電源模塊設計在總線板上）。

    溫濕度模塊用于將測量點的溫濕度參數(shù)通過RS-485傳給集成測量儀。

    通過以上的設計，使用者可以根據(jù)具體情況，靈活搭配電池組、配電柜和溫濕度的測量比例，從而滿足不同UPS機房的需求。

    三、嵌入式web服務器

    硬件實現(xiàn)：

圖3 嵌入式web服務器硬件結構框圖

    嵌入式web服務器主要芯片有CYGNAL公司的C8051F020芯片、RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片、IS62LV1024L靜態(tài)存儲器、AT45081B FLASH和MAX485。

    C8051F020芯片是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片（SOC），具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內核。其時鐘頻率可達25MHz，最大25MIPS，片內具有4kB的SRAM和64kB的Flash，22個中斷源、串行外設總線接口SPI、兩個增強型UART、五個16位定時器、可編程技術器/定時器陣列、看門狗定時器以及電源監(jiān)視器等內嵌外設。完全可以滿足本系統(tǒng)的需要。

    RTL8019AS是臺灣Realtek公司制造的全雙工10Mbps以太網(wǎng)控制芯片。該芯片符合ETHERNET 2與IEEE802.3標準，內置16KB的SRAM、雙DMA通道和FIFO，支持8/16位數(shù)據(jù)總線和基地址選擇。在本系統(tǒng)中RTL8019AS工作在8位模式下，其中一套DMA用于和C8051F020通信，稱為遠端DMA，另一套DMA用于內部使用，成為本地DMA。微控制器C8051F020通過訪問RTL8019AS上的讀寫指針以判斷是否有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)到達IS62LV1024L和AT45081B為存儲芯片主要是增加系統(tǒng)的存儲容量；MAX485用于和測量系統(tǒng)通信。C8051F020通過MAX485將測量系統(tǒng)的結果存儲到本機，通過RTL8019AS將回應來自internet的訪問。

    TCP/IP協(xié)議的簡化：

    結合工業(yè)測量的需求，嵌入式web服務器中的TCP/IP協(xié)議的一般都是根據(jù)具體情況進行簡化。從而能夠最大限度的節(jié)約硬件的硬件和軟件資源。

    TCP/IP一般采用簡化的四層模型：應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和鏈路層。

    應用層主要完成一個對話過程即負責對數(shù)據(jù)進行解釋，如HTTP FTP TELNET等協(xié)議，在本系統(tǒng)中結合自身需要我們只處理HTTP協(xié)議。

    傳輸層是負責提供端到端的通信即通過明確定義數(shù)據(jù)通道和特性傳輸數(shù)據(jù)，例如定義網(wǎng)絡端口，該層協(xié)議由傳輸控制協(xié)議TCP（提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP（提供不可靠的數(shù)據(jù)傳輸）組成。

    應用層協(xié)議HTTP使用TCP傳輸控制協(xié)議，故本系統(tǒng)只實現(xiàn)TCP協(xié)議。

    網(wǎng)絡層負責處理從發(fā)送方到目的地址的路由信息，同時為建立網(wǎng)絡互聯(lián)提供ARP地址解析協(xié)議（用于實現(xiàn)物理地址和IP地址的映像）和ICMP因特網(wǎng)控制報文協(xié)議（傳遞差錯報文以及其他需要注意的信息）。
鏈路層負責為不同的網(wǎng)絡鏈路提供通明的數(shù)據(jù)傳輸，在本系統(tǒng)中該層由RTL8019硬件來實現(xiàn)。

圖4 精簡TCP/IP協(xié)議棧主要函數(shù)

    上圖為本系統(tǒng)實現(xiàn)TCP/IP為每一層設計的主要函數(shù)。其中，HTTP_SERVER（）為HTTP服務程序，該程序接收由傳輸層接收的數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)決定是否做出響應；HTTP_SEND（）將HTML文件發(fā)送到TCP層；TCP_SEND（）和TCP_RCEV（）分別為發(fā)送和接收TCP數(shù)據(jù)；ICMP_RCVE（）和PING_SEND（）用來響應因特網(wǎng)控制報文協(xié)議；ARP_RESLOVE（）、ARP_RCV（）E和ARP_SEND（）用來實現(xiàn)IP地址和物理地址的映像和對ARP的響應；IP_SEND（）和IP_RCVE（）用來發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報；ETH_RCVE（）、ETH_SEND（）、RCVE_FRAME（）和SEND_FRAME（）用于實現(xiàn)驅動RTL8019AS接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

    軟件實現(xiàn)：

    本軟件一方面要實現(xiàn)web服務器的功能，其中包括對IP地址的設置和TCP/IP以及HTTP協(xié)議的實現(xiàn)；另一方面要通過RS-485總線從測量網(wǎng)接收測量數(shù)據(jù)，并更新到html文件中，使得用戶可以得到當前的測量數(shù)據(jù)。圖5為嵌入式web服務器軟件設計流程。

圖5 嵌入式web服務器軟件設計流程

    系統(tǒng)首先進行初始化配置，然后使用CHECK_8019函數(shù)查看RTL8019AS的狀態(tài)。然后根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)確定，調用那些函數(shù)進行處理。系統(tǒng)首先判斷是否有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)到達，如果是則進行數(shù)據(jù)進棧處理。如果不是有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)到達，則判斷是否TCP傳送超時（即是否收到TCP_ACK），如果超時則啟動網(wǎng)頁重傳。如果TCP沒有超時則判斷是否已有的TCP連接是否已無數(shù)據(jù)傳輸。如果是則關閉該連接。如果該連接空閑占用并未超時，則判斷是否ARP傳送超時。超時則重傳ARP，否則判斷是否ARP緩存已經(jīng)過時。如果是，則清除該緩存，否則判斷是否到時間刷新測量數(shù)據(jù)。并在所有處理之后返回CHECK_8019函數(shù)。

    其中“數(shù)據(jù)進棧處理”的流程如圖6所示，首先通過ETH_RCVE（）和RCVE_FRAME（）對數(shù)據(jù)進行處理，判斷是ARP_PACKET還是IP_PACKET，如果是ARP數(shù)據(jù)則依次經(jīng)過ARP_RCVE（）、ARP_RESLOVE（）、和ARP_SEND（）進行ARP響應。

    如果是IP數(shù)據(jù)則送往IP_RCVE（），并判斷是TCP_PACKET還是ICMP_PACKET，如果是TCP_PACKET則送TCP_RCVE（）。TCP_RCVE（）根據(jù)接收的數(shù)據(jù)建立連接并將數(shù)據(jù)送往HTTP_SERVER（）。如果是ICMP_PACKET則送PING_SEND。HTTP_SERVER（）響應接收到的數(shù)據(jù)并依次調用發(fā)送函數(shù)，將網(wǎng)頁發(fā)送到請求方。

圖6 數(shù)據(jù)進棧處理流程圖

    “讀取測量數(shù)據(jù)”模塊完成以下工作：通過RS-485總線分別從不同的集成測量儀上將測量數(shù)據(jù)取回，并且將網(wǎng)頁刷新。故用戶能夠訪問到當前最新測量數(shù)據(jù)。

    四、結束語

    通過該系統(tǒng)，用戶可以通過internet網(wǎng)遠程對UPS機房進行監(jiān)控，并且能夠根據(jù)自身系統(tǒng)的需求靈活進行系統(tǒng)配置以滿足不同用戶的需求，也可以以此為基礎開發(fā)大型的UPS系統(tǒng)管理軟件。

    參考文獻

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