石油管道腐蚀检测装置的网络化设计
摘要
本课题针对目前Internet的普及，设计一套带网络接口的石油管道腐蚀检测装置，使检测的数据可以通过Internet传输，简化了嵌入式设备之间的通信，并有效的降低各种设备的成本，克服了通常的RS-232、RS485和CAN总线等接口相互不兼容的缺点。
实现嵌入式设备的网络化，其重点是在单片机内实现网络通信协议，但是Internet上的主要通信协议—TCP/IP协议是一个庞大的协议族，单片机要实现全部协议是比较困难的，因此本课题的关键是如何精简通用的TCP/IP协议使之能够在单片机内运行。在通过分析标准TCP/IP以及根据实际嵌入式设备的要求，已实现了在单片机运行ARP、IP、ICMP、UDP和TCP协议。
对于应用层，本装置提供两套可行的方案：一是采用UDP协议，远程PC机可以通过Windows的Socket编程与单片机通信；二是PC机不用编程，单片机实现WEB服务器，用户可以通过IE浏览器直接和单片机通信，并可以方便的对远程单片机进行监控。
实验证明这种简化的协议能够稳定在单片机内运行，不仅在局域网内实现通信，还可以过网关实现与广域网的终端互连。随着网络技术的发展，嵌入式设备与Internet互连的应用前景将十分广阔。
At present, the application of Internet is widely developing, a Erosion-detecting equipment of petroleum pipeline with network connection is designed, which can transmit data by Internet and cut down cost and overcome the incompatibility with RS232, RS485 and CAN buses.
In order to make the embedded equipment connect with Internet, the communication protocols should be realized in MCU. However, the dominant protocol is TCP/IP, which is a various protocol variety. It is impossible for MCU to realize all the protocols and the key of this paper is how to simplify TCP/IP protocol that can operate in MCU. After analyzing the standard TCP/IP and real requirement, I simplify this protocol and only ARP, IP, ICMP, UDP and TCP protocols can run in MCU.
About application, this device offers two feasible blue prints: one is using UDP protocol and remote PC can communication with MCU by using Socket program in Windows; other is WEB SERVER embedded in MCU and PC can only use IE BROWSER to visit and control MCU conveniently.
Test show that these simplified protocols can run stably in MCU. It not only can communicate in the local area network, but also can communicate with terminal of the wide area network by gateway. Accompanying the network technology development greatly, the application of the embedded device connecting with Internet will present a broad prospect.
实现嵌入式设备的网络化，其重点是在单片机内实现网络通信协议，但是Internet上的主要通信协议—TCP/IP协议是一个庞大的协议族，单片机要实现全部协议是比较困难的，因此本课题的关键是如何精简通用的TCP/IP协议使之能够在单片机内运行。在通过分析标准TCP/IP以及根据实际嵌入式设备的要求，已实现了在单片机运行ARP、IP、ICMP、UDP和TCP协议。
对于应用层，本装置提供两套可行的方案：一是采用UDP协议，远程PC机可以通过Windows的Socket编程与单片机通信；二是PC机不用编程，单片机实现WEB服务器，用户可以通过IE浏览器直接和单片机通信，并可以方便的对远程单片机进行监控。
实验证明这种简化的协议能够稳定在单片机内运行，不仅在局域网内实现通信，还可以过网关实现与广域网的终端互连。随着网络技术的发展，嵌入式设备与Internet互连的应用前景将十分广阔。
At present, the application of Internet is widely developing, a Erosion-detecting equipment of petroleum pipeline with network connection is designed, which can transmit data by Internet and cut down cost and overcome the incompatibility with RS232, RS485 and CAN buses.
In order to make the embedded equipment connect with Internet, the communication protocols should be realized in MCU. However, the dominant protocol is TCP/IP, which is a various protocol variety. It is impossible for MCU to realize all the protocols and the key of this paper is how to simplify TCP/IP protocol that can operate in MCU. After analyzing the standard TCP/IP and real requirement, I simplify this protocol and only ARP, IP, ICMP, UDP and TCP protocols can run in MCU.
About application, this device offers two feasible blue prints: one is using UDP protocol and remote PC can communication with MCU by using Socket program in Windows; other is WEB SERVER embedded in MCU and PC can only use IE BROWSER to visit and control MCU conveniently.
Test show that these simplified protocols can run stably in MCU. It not only can communicate in the local area network, but also can communicate with terminal of the wide area network by gateway. Accompanying the network technology development greatly, the application of the embedded device connecting with Internet will present a broad prospect.
引文
[01]赵慧玲，张国宏，胡玲，ATM、帧中继、IP技术与应用.北京：电子工业出版社，1998年
[02]Radia Perlman(美)著，高传善（译），网络互连.北京：机械工业出版社.2000年
[03]陈建亚，余浩，软交换与下一代网络.北京：北京邮电大学出版社.2003年
[04]卢纲，Visual C++ 6.0程序设计.北京：清华大学出版社，1999年
[05]Marshall(美)著，宋国森（译），TCP/IP应用指南.北京：电子工业出版社.1996年
[06]石晶林，丁炜，MPLS宽带网络互连技术.北京：人民邮电出版社.2001年
[07]骆长乐，学用Visual C++6.0.北京：清华大学出版社.2001年
[08]Jeremy Bentham(美)著，陈向群（译），嵌入式系统Web服务器TCP/IP Lean.北京：机械工业出版社.2003年
[09]刘禾，蔡锋，Web数据库架设技巧.北京：科学出版社.2001年
[10]罗志祥，朱志实，多协议标签交换技术与应用. 北京：机械工业出版社，2001年
[11]周泽魁，控制仪表与计算机控制装置，北京：化学工业出版社，2002，P227-229
[12]Syngress Media(美)著，潇湘实验室（译），CCNP Routing 2.0学习指南.北京：机械工业出版社，2002年
[13]熊桂喜，王小虎，计算机网络.北京：清华大学出版社，1998年
[14]冯彬，例说Visual C++6.0.北京：北京大学出版社，2000年
[15]吕凤者，C++语言基础教程.北京：清华大学出版社，2001年
[16]谭浩强，C程序设计.北京：清华大学出版社，1997年
[17]巴继东，IP技术与综合宽带网.北京：北京邮电大学出版社，2000年
[18]刘永新，挑战黑客.北京：电子工业出版社，2000年
[19]David G.Cunningham(美)著，韩松，何道君等译，千兆位以太网
组网技术.北京：电子工业出版社，2001年
[20]孙学军，沈保锁 等，现代通信系统原理.天津：天津大学出版社，1997年
[21]王承恕，通信网基础.北京：人民邮电出版社，2003年
[22]魏晓明，曲朝阳，祝永志 等，基于Web的通用管理系统．吉林：东北电力学院学报.2003,23(2).-65-68
[23]岳甫兵，TCP／IP中的层次结构思想的探讨.安徽：安徽教育学院学报.2003,21(3).-33-34
[24]陆渝，用DHCP技术实现动态IP地址管理.重庆：中国有线电视.2003(9).-64-67
[25]孟建波，常见IP碎片攻击详解.广东：邵阳学院学报.2003,2(2).-53-55
[26]艾旭升，崔志明，IPSec VPN的研究和设计．江苏：微机发展.2003,13(5).-4-6
[27]孙江敏，石光明，基于不同传输介质的TCP／IP网络组网技术．陕西：计算机工程.2003,29(8).-140-142
[28]王瑞华，王普，尹金玉，张红，基于TCP／IP的楼宇自控网BACnet．北京：测控技术.2003,22(4).-38-41
[29]孟剑强，田玉文，楼键，黄继勇，任晓宇，基于嵌入式TCP/IP协议的技术
实现手机的图象传输．北京：中国集成电路.2003(48).-38-41
[30]郭联志，万兆以太网的应用研究．福建：漳州师范学院学报：自然科学版.2003,16(1).-35-38
[31]徐群，郝丽丽，岳浩勇，基于千兆位以太网的监控系统设计．江苏：控制工程.2003,10(3).-233-234,266
[32]严登俊，袁洪，高维忠，吴峰，鞠平，利用以太网和ATM技术实现电网运行状态实时监测．江苏：电力系统自动化.2003,27(10).-67-70
[33]程元斌，IP组播及其应用．湖北：江汉大学学报：自然科学版.2003,31(1).-49-51
[34]杨公平，曾广周，基于UDP协议的时间服务器的设计与实现．山东：微机发展.2003,13(5).-7-8
[35]赵英，蔡勇，基于UDP协议的语音传输系统设计及实现．北京：北京化工大学学报：自然科学版.2003,30(3).-106-107
[36]王晓峰，吴平东，任长清，黄杰，马树元，陈之龙，远程控制系统中实时采样信息的研究．北京：计算机工程与应用.2003,39(4).-227-229
[37]童文军，汪仁煌，基于MSP430的极低功耗系统设计．北京：单片机与嵌入式系统应用.2003(6).-18-20
[38]李颖宏，郭栋，采用MSP430F149的步进电机通用控制器．北京：微特电机.2003,31(2).-44-45
[39]孔小林，王安良 等，嵌入式Internet技术及其在基于Web的虚拟仪器中的应用研究．湖南：飞行器测控学报.2003.022(001).-72-76
[40]黄松，曾田，嵌入式Internet技术及其在基于Web的虚拟仪器中的应用研究．湖南：飞行器测控学报.2003.022(001).-72-76
[41]李剑芳，基于嵌入式Web服务器的网络视频监控．广东：华南金融电脑.2002.000(009).-87-89
[42]樊永华，李秀媛，徐广磊，一个基于互联网的监测系统．山东：山东大学学报：理学版.2003.038(001).-80-82,85
[43]李万海，张斌，Web技术在电信网管系统中的应用．陕西：电信技术.2003.000(001).-32-33
[44]刘亚东，基于Web管理技术的安全网络管理系统．黑龙江：信息技术（哈尔滨）.2002.000(011).-86-87
[45]李捷，胡素君，基于Web的嵌入式网管方案的实现．江苏：江苏通信技术.2002.018(003).-19-22
[46]任栋，刘连忠，HTTP头信息在Web网站开发中的应用研究．北京：计算机应用.2002.022(003).-65-67,70
[47]赵小杰，张家才 等，基于WEB的数字信号处理虚拟系统．北京：北京师范大学学报：自然科学版 .2001.037(002).-208-212
[48]刘娅琴，刘方勇 等，基于Web的基本放大电路分析多媒体课件．广东：电气电子教学学报.2001.023(001).-103-104
[49]陈鹏，张爱民等，基于以太网控制器CS8900A实现嵌入式系统的网络互连．陕西：电子工程师.2002.028(012).-4-6
[50]方彦军，廖廷常，基于以太网的控制系统通信技术研究．江苏：工业仪表与自动化装置.2003.000(002).-16-18
[51]毛轶锋，周富大，陈华志，朱洪兴，基于DSP和以太网的数据采集处理系统．北京：单片机与嵌入式系统应用.2003.000(006).-35-37
[52]唐仕斌，曾文海，戴瑜兴，吴维礼，嵌入式Internet以太网接口设计及实现．湖南：低压电器.2003.000(002).-41-44
[53]袁丹寿，陈启军，基于TCP/IP的通用输入输出控制器．上海：微计算机信息.2003.019(002).-12-13,30
[54]李建惠，基于SDH的以太网技术特点及应用．贵州：贵州电力技术.2003.006(002).-4-6
[55]姚哲，付国兴 等，智能巡检系统在输油生产管理中的应用．黑龙江：中国石油管道公司大庆输油管理处，大庆市163853
[56]刘亚洲，郭凤林 等，长输管道干燥处理施工技术．黑龙江：油气田地面工程.2002.021(003).-38-38
[57]李异，邓和平 等，南海油田海底输油管线失效牺牲阳极的研究．华南理工大学学报:自然科学版.2001.029(007).-24-27
[58]常守文，何悟忠，便携式土壤腐蚀测量仪的研制与应用．黑龙江：油气储运.1989.008(001).-30-35
[59]唐健宇，贮油罐内腐蚀现状及防护措施．北京：表面技术.1989.000(002).-4-8
[60]Cham..TE，袁东，改进的腐蚀测试方法．北京：华北石油设计.1989.000(002).-53-56
[61]魏冰，李增仁，套管损坏原因分析及防治措施．河南：河南石油.1999.013(004).-32-34
[62]张立忠，刘玲莉，刘志刚，尹铸华，输油气站埋地管道的腐蚀分析与防护．新疆：油气储运.2003.022(004).-22-25
[63]杨占品，赵庆华，范传宝，冯伟章，钢质储油罐底板腐蚀调查与分
析．北京：油气储运.2003.022(004).-25-26,59
[64]金爱芝，油田集输管网的综合防腐．河南：河南石油.2003.017(002).-51-53
[65]王可中，长距离输油管道阴极保护死区的腐蚀控制．河南：腐蚀与防护.2003.024(004).-172-174
[66]杨辉，赵锋洛 等，阴极保护在复杂断块油田的应用．河南：全面腐蚀控制.2002.016(006).-30-33
[67]金建华，杨叔子 等，油管腐蚀缺陷的在线检测技术．上海：计算机测量与控制.2002.010(011).-716-718
[68]黄祖娟，原油埋地传输线腐蚀穿孔原因分析及对策．上海：上海化工.2002.027(017).-25-27
[69]沈丽霞，王德武，原油储罐的腐蚀与长效综合防护．辽宁：辽宁化工.2002.031(008).-348-350
[70]刘立名，余建星 等，海底输油管道腐蚀剩余寿命评估．北京：中国海上油气（工程）.2002.014(003).-42-44
[71]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发．北京：北京航空航天大学出版社，2003年
[72]胡大可，MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机．北京：北京航空航天大学出版社，2001年
[73]MAXIM DS1337 Serial Real-Time Clock Datasheet, Maxim Integrated Products, 2000
[74]CS8900A Datasheet, CIRRUS LOGIC Integrated Products, 2001
[75]MAXIM DS1337 Serial Real-Time Clock Datasheet, Maxim Integrated Products, 2000
[76]Jim Montague, What's left to say about industrial ethernet, Control Engineeting, May 2001:7-17
[77]Ellen Fussel, Strikingh up communications with factory-floor ethernet, ISA:Intech,April 2001:7-17
[78]Richanl Caro, Ethernet stampede in full swing, ISA:InTech,February
2000
[02]Radia Perlman(美)著，高传善（译），网络互连.北京：机械工业出版社.2000年
[03]陈建亚，余浩，软交换与下一代网络.北京：北京邮电大学出版社.2003年
[04]卢纲，Visual C++ 6.0程序设计.北京：清华大学出版社，1999年
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[06]石晶林，丁炜，MPLS宽带网络互连技术.北京：人民邮电出版社.2001年
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[17]巴继东，IP技术与综合宽带网.北京：北京邮电大学出版社，2000年
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[26]艾旭升，崔志明，IPSec VPN的研究和设计．江苏：微机发展.2003,13(5).-4-6
[27]孙江敏，石光明，基于不同传输介质的TCP／IP网络组网技术．陕西：计算机工程.2003,29(8).-140-142
[28]王瑞华，王普，尹金玉，张红，基于TCP／IP的楼宇自控网BACnet．北京：测控技术.2003,22(4).-38-41
[29]孟剑强，田玉文，楼键，黄继勇，任晓宇，基于嵌入式TCP/IP协议的技术
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[52]唐仕斌，曾文海，戴瑜兴，吴维礼，嵌入式Internet以太网接口设计及实现．湖南：低压电器.2003.000(002).-41-44
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[54]李建惠，基于SDH的以太网技术特点及应用．贵州：贵州电力技术.2003.006(002).-4-6
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[56]刘亚洲，郭凤林 等，长输管道干燥处理施工技术．黑龙江：油气田地面工程.2002.021(003).-38-38
[57]李异，邓和平 等，南海油田海底输油管线失效牺牲阳极的研究．华南理工大学学报:自然科学版.2001.029(007).-24-27
[58]常守文，何悟忠，便携式土壤腐蚀测量仪的研制与应用．黑龙江：油气储运.1989.008(001).-30-35
[59]唐健宇，贮油罐内腐蚀现状及防护措施．北京：表面技术.1989.000(002).-4-8
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[62]张立忠，刘玲莉，刘志刚，尹铸华，输油气站埋地管道的腐蚀分析与防护．新疆：油气储运.2003.022(004).-22-25
[63]杨占品，赵庆华，范传宝，冯伟章，钢质储油罐底板腐蚀调查与分
析．北京：油气储运.2003.022(004).-25-26,59
[64]金爱芝，油田集输管网的综合防腐．河南：河南石油.2003.017(002).-51-53
[65]王可中，长距离输油管道阴极保护死区的腐蚀控制．河南：腐蚀与防护.2003.024(004).-172-174
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[68]黄祖娟，原油埋地传输线腐蚀穿孔原因分析及对策．上海：上海化工.2002.027(017).-25-27
[69]沈丽霞，王德武，原油储罐的腐蚀与长效综合防护．辽宁：辽宁化工.2002.031(008).-348-350
[70]刘立名，余建星 等，海底输油管道腐蚀剩余寿命评估．北京：中国海上油气（工程）.2002.014(003).-42-44
[71]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发．北京：北京航空航天大学出版社，2003年
[72]胡大可，MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机．北京：北京航空航天大学出版社，2001年
[73]MAXIM DS1337 Serial Real-Time Clock Datasheet, Maxim Integrated Products, 2000
[74]CS8900A Datasheet, CIRRUS LOGIC Integrated Products, 2001
[75]MAXIM DS1337 Serial Real-Time Clock Datasheet, Maxim Integrated Products, 2000
[76]Jim Montague, What's left to say about industrial ethernet, Control Engineeting, May 2001:7-17
[77]Ellen Fussel, Strikingh up communications with factory-floor ethernet, ISA:Intech,April 2001:7-17
[78]Richanl Caro, Ethernet stampede in full swing, ISA:InTech,February
2000