1.1. 研究背景及意义

上世纪90年代以来，现场总线的研究与应用在国际上逐渐发展起来，其功能主要是解决现场的各种设备之间的数字通信问题，并在这些现场控制设备和高级控制系统之间实现信息传递。现阶段，应用较广泛的几种现场总线分别是Lonworks、CANbus、FF、Profibus等。但是对于这些总线标准不仅需要铺设专用的通信线路，以及编写每种总线标准相对应的通信协议，而且也需要设计相对性的硬件和软件，这使得整个远程控制系统的设计成本大大提高，也延长了产品的开发周期。

随着计算机技术、电子技术、网络技术及传感器技术的快速发展，信息交换技术正在迅速覆盖到工厂现场设备的控制和管理的各层次，但由于工业网络的信息交换满足的层次不同，造成了工业网络信息的不兼容。要实现现场控制和信息管理的无缝连接，以太网技术成为新的研究与应用方向。现场控制器不仅要实现本地现场控制，而且还要其能实现网络信息传输的功能，以此来实现对现场设备工作参数的远程监控。这种将工业设备中的嵌入式设备接入以太网，用基于以太网的工业远程控制系统代替现场总线的控制系统，可以直接通过网络发送设备控制命令、采集设备数据信息，不仅简化了控制系统中的使用的标准，而且丰富了控制系统的功能大大提高了其智能化的程度。

现有远程监控系统融进了先进的微电子技术、自动控制技术、网络通讯技术，这也是新型嵌入式网络控制系统所采用的。因此，为实现控制网络真正的分布式、全开放特性，以太网和现场总线网络控制的接口需要应用在新型的控制系统中。传统的8位、16位微处理器已经不能满足现在控制系统对控制器运算性能和控制性能的要求，随着32位微处理器性能上升、价格减少，和逐渐完善的嵌入式操作系统，促进了控制系统中嵌入式系统大量使用性，嵌入式系统的智能化、网络互连功能、数据实时处理等优点也为控制系统提供更好的技术实现保障。

以太网技术的快速发展，改变了自动化系统的结构，逐步形成以网络技术集成自动化系统为基础的企业管理系统，使工业网络得到了升级。在智能监控领域中应用以太网技术，将计算机网络与现场监测技术进行有效融合，极大地推动了远程监控技术的快速发展。基于以太网的远程监控系统是以以太网技术为依托，结合计算机技术，通过局域网网络进行长距离的数据传输，使工业控制领域的数据传输速度更高、性能更加稳定、监测更加智能化，可大大节省能源和人力资源等。

1.2. 国内外研究现状

曾文兵等^[1]为了实现对传送带上的仪器的表面裂纹检测,研究并设计了一种基于Cotex-M4内核的实时图像采集系统；何勉等^[2]设计了一种基于嵌入式WEB服务器的智能家居系统,由嵌入式WEB服务器、家庭无线传感网络两部分构成，以STM32单片机作为微控制器,LAN8720A作为以太网通信芯片,uCOS-II作为操作系统,利用LwIP协议栈构建WEB服务器,实现对家居环境数据的监测及家用电器的远程控制；孙晓晔等^[3]针对嵌入式产品分布广、位置分散、维护升级困难的问题,提出了一种基于TFTP协议的STM32软件升级系统的设计方案,该系统主要由STM32F407微控制器、LAN8720A网卡芯片和外扩存储器W25Q128、IS62WV51216组成,采用IAP技术和以太网TFTP协议来更新无操作系统环境下STM32微控制器的软件；方立军等^[4]基于STM32F407芯片、LAN8720A模块以及OV2640摄像头模块,设计了一种以太网网络视频监控系统；张海涵等^[5]设计并实现了不同设备(多协议Modbus、UDP、HTTP)间的数据采集、数据分级存储、以太网功能远程数据监测与交互的管理系统；赵海潞^[6]在深入研究现场总线协议和以太网TCP/IP协议的基础上设计一种多总线协议转换器，实现在一个系统中多种现场总线协议能分别与以太网TCP/IP协议进行数据转换；H.Sizu等^[7]采用STM32F103VET6单片机和以太网控制芯片CS8900A和以太网接口,通过TCP/UDP协议通讯，设计并实现了一种远程监控单元通道。

微控制器和微处理器采用TCP/IP协议栈接入以太网始于1994年，初期发展比较缓慢。近年来，微控制器和微处理器随着微电子技术的发展，性价比大大提高。与此同时，互联网通信也迅猛发展，网络的质量、性能、可靠性得到稳步提升，网络的使用范围也越来越广。许多公司预测到嵌入式设备接入因特网具有很大的市场潜力和商业价值，纷纷投入研究，使得嵌入式接入以太网呈现出快速发展的趋势。嵌入式系统与因特网的连接接口从硬件连接角度来讲，主要存在三种技术模型:直接接入、间接接入、TCP/IP协议芯片 嵌入式系统。

(1) 直接接入模型。连接比较简单，它通过嵌入式微处理器自身配备的网络接口直接与因特网相连。