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摘 要：在簡要介紹Java語言和PCL839卡的基礎(chǔ)上，通過編程來實(shí)現(xiàn)對智能節(jié)點(diǎn)PCL839卡的遠(yuǎn)程控制．
關(guān)鍵詞：ava；PCL839；遠(yuǎn)程控制；本地方法
Remote Controlling the Intelligent Terminal by Java Based on LAN
Zou Huajun, Zeng Yuxing
(Dept. of Mechanical ＆ Electronical Engineering, Guangdong Industrial University, Guangzhou 510090)
Abstract Based on briefly introducing Java and PCL839 card, a method of remote controlling the intelligent terminal (PCL 839 card) is describe.
Key word Java; PCL839; Remote control; Mative Method
當(dāng)前Internet的技術(shù)發(fā)展異常迅猛，對Internet技術(shù)的利用也如火如荼。許多集科研與生產(chǎn)為一體的部門本身就存在著一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，然而對這些網(wǎng)絡(luò)的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有充分發(fā)揮Internet網(wǎng)絡(luò)的潛力,尤其在控制領(lǐng)域。目前計(jì)算機(jī)界流行著SUN公司的一句名言"網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)"，而隨著控制領(lǐng)域應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步研究，又迎來了新的一句名言"網(wǎng)絡(luò)就是控制"。本文正是以此為起點(diǎn)，在現(xiàn)有局域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Java編程語言，實(shí)現(xiàn)對智能或可編程遠(yuǎn)程終端的控制。下面以可編程的PCL839卡為例，介紹實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制的一種方案。
1 Java語言
Java語言是SUN公司于1995年5月推出的新一代面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)通用編程語言，是繼WWW之后又一引起世界轟動(dòng)的產(chǎn)品。Java語言的特點(diǎn)是跨平臺(tái)和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程功能。在Java語言誕生之前，Internet已存在，所以Java語言本身就封裝了大量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程的類庫，使得網(wǎng)絡(luò)編程功能強(qiáng)大，同時(shí)又簡化了網(wǎng)絡(luò)編程的操作。因此利用Java語言可以開發(fā)出功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。
2 PCL839卡
研華公司的PCL839卡是一種高速步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡，采用光隔保護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)，具有數(shù)字I/O口，可以采樣其他現(xiàn)場數(shù)據(jù)等。它簡化了步進(jìn)電機(jī)的控制。PCL839卡內(nèi)部有3個(gè)獨(dú)立的脈沖發(fā)生器，能夠同步產(chǎn)生脈沖控制3個(gè)電機(jī)，每個(gè)脈沖發(fā)生器每秒可以產(chǎn)生1至16k個(gè)脈沖。
3 遠(yuǎn)程控制
3.1 遠(yuǎn)程控制機(jī)和現(xiàn)場工控機(jī)的互連
在現(xiàn)有局域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)成的互連系統(tǒng)如圖1。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，首先必須實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制機(jī)對現(xiàn)場工控機(jī)的控制，再由工控機(jī)對PCL839卡加以控制。
應(yīng)用Java語言進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)程序的開發(fā)可以采取3種方法：URL(統(tǒng)一資源定位器)、Socket(套接字)、Datagram(數(shù)據(jù)包)。URL一般用于Web上某一特定資源的獲取，不適合于底層應(yīng)用程序的開發(fā)；Datagram是以不可靠傳輸協(xié)議UDP為基礎(chǔ)的，但對于現(xiàn)場中的數(shù)據(jù)，必須保證傳輸?shù)目煽亢蜏?zhǔn)確，因此對于該網(wǎng)絡(luò)通信程序一般采用基于可靠傳輸協(xié)議TCP基礎(chǔ)上的Socket編程加以實(shí)現(xiàn)。
圖1 遠(yuǎn)程控制機(jī)和現(xiàn)場工控機(jī)互連結(jié)構(gòu)圖
對本方案網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)，采用Server/Client方式，以遠(yuǎn)程控制主機(jī)為服務(wù)器，每個(gè)工控機(jī)為客戶端。客戶機(jī)的程序開發(fā)如下所示：
public class agnetclass
{public static void main(String args[])
{try {
Socket agentsocket=new Socket
("remotecontrolcomputer",5555);
PrintStream os=new PrintStream(agentsocket.getOutputStream());
DataInputStream is=new DataInputStream(agentsocket.getInputStream());
StringBuffer buf=new stringBuffer(50);
................
}catch(IOException e){};
}
}
在該程序段中,首先定義一個(gè)客戶端socket,通過該agent socket與遠(yuǎn)程控制機(jī)remote control computer建立連接，并且指定程序使用的端口號(hào)，該端口號(hào)應(yīng)大于1024，以避免與系統(tǒng)的端口號(hào)發(fā)生沖突；然后定義輸出和輸入流os和is ，輸出流是從客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送信息的通道，輸入流是服務(wù)器向客戶機(jī)傳遞命令和參數(shù)的途徑；再定義數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用于把服務(wù)器傳過來的命令和參數(shù)與其它程序段進(jìn)行交互。在整個(gè)程序段中用try catch語句進(jìn)行異常捕獲。
服務(wù)器段的程序編制應(yīng)與客戶端程序的編制相適應(yīng)，由于一個(gè)遠(yuǎn)程控制機(jī)可以控制多臺(tái)現(xiàn)場工控機(jī)，所以服務(wù)器程序必須采用多線程機(jī)制，這也是Java語言的一大特色。服務(wù)器端的程序編寫如下：
public class serverclass
{public static void main(String args[])
{ boolean listen;
try {
ServerSocket serversocket =new ServerSocket(5555);
}catch(IOException e){};
while(listen)
{
Socket agentsocket=serversocket.accept();
}catch(IOException e){};
new serverthread(agentsocket).start();
..........
}}
class serverthread extends Thread{
Socket socket=null;
serverthread(Socket socket)
{super("serverthread");
this.socket=socket;}
public void run(){
try{
DataInputStream is=new DataInputStream(new BufferedOutputStream (socket. getOutputStream()));
PrintStream os=new PrintStream (new BufferedOutputStream (socket.getOutputStream (),5555),false);
..........
}catch(IOException e){}; }
該程序段由兩個(gè)類組成：主類和線程類。主類負(fù)責(zé)建立服務(wù)器套接字server socket，端口號(hào)必須與客戶機(jī)的端口號(hào)一致，然后通過server socket的accept方法創(chuàng)建一個(gè)套接字接口，專門處理與客戶機(jī)的通信；線程類用于創(chuàng)建一個(gè)新的線程，負(fù)責(zé)處理各個(gè)現(xiàn)場工控機(jī)的輸入和輸出請求。在線程類程序段中，首先創(chuàng)建一個(gè)構(gòu)造方法，用于初始化一個(gè)新的線程，然后再定義一個(gè)輸入和輸出流。該服務(wù)器程序的設(shè)計(jì)是以各客戶程序用同一個(gè)端口號(hào)向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器程序在端口處偵聽各個(gè)客戶的請求，創(chuàng)建多個(gè)線程，依次處理。當(dāng)然各個(gè)客戶端也可以采用不同的端口號(hào)向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器相應(yīng)地也創(chuàng)建不同端口號(hào)的線程與端口號(hào)一致的客戶端進(jìn)行通信。
遠(yuǎn)程控制主機(jī)服務(wù)器程序必須具有與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互的能力。數(shù)據(jù)庫中存放著大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及控制現(xiàn)場操作的參數(shù)和命令等。服務(wù)器程序中的某一線程體負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫的存取、修改和維護(hù)等操作，Java語言通過JDBC實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接，該功能類的實(shí)現(xiàn)方法如下：
public class database
{public void drivedata()
{String url="JDBC:odbc:component";
..........
try{
Class.forName("sun.jdbc.odbc.JDBCODBCDriver");
Connection con=DriverManager.getConnection(url);
..........
}catch(SQLException se){};
}
該程序段最主要的功能是加載JDBC數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序，使得Java語言能夠通過驅(qū)動(dòng)程序訪問數(shù)據(jù)庫。
4 利用Java語言的本地方法技術(shù)
由于Java語言的跨平臺(tái)特性，所以使得Java語言無法操作硬件。對智能節(jié)點(diǎn)的控制只能采用第三方語言進(jìn)行，例如C或匯編語言。而整個(gè)工控機(jī)的通信部分由Java語言編寫，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程主機(jī)對智能節(jié)點(diǎn)的控制，就必須實(shí)現(xiàn)Java語言與其它語言的結(jié)合。令人欣慰的是Java語言擴(kuò)充了這方面的功能，可以與C和C++語言完美無缺地結(jié)合起來，這雖然在某種程度上犧牲了移植性，卻使Java語言能夠和具體的環(huán)境打交道，具備了驅(qū)動(dòng)硬件的能力。在本文所討論的例子中，PCL839卡的應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)程序是用C語言開發(fā)的，Java語言把C語言編制的程序做成本地方法體，從而實(shí)現(xiàn)對PCL839卡的控制。
對智能節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)程序用C語言編寫,程序中所采用的函數(shù)大部分是研華公司開發(fā)的C庫函數(shù)，利用這些庫函數(shù)可以開發(fā)出高效的應(yīng)用程序，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)完成各種操作。因此把這些程序集成為Java本地方法體，成為用Java語言實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵技術(shù)。其程序段如下：
int pcl839dirve()
{ …………………………
int i ;
clrscr();
set_base(0x2c0); /* 設(shè)置pcl839的基地址*/
set_mode(CH1,DIR); /* 設(shè)置pcl839通道1 "Direction" mode */
set_mode(CH2,DIR); /* 設(shè)置pcl839通道2 "Direction" mode */
set_mode(CH3,PUS); /* 設(shè)置pcl839通道3"Pulse" mode */
set_speed(CH123,600,3000,600); /* 設(shè)置pcl839通道速度 */
pmove(CH123 , P_DIR,FH,4000 , N_DIR,FH,2000 , P_DIR,FH,4000);
waitrdy(CH123); /* 等待所有通道就緒*/
cmove(CH123 , N_DIR,FH , N_DIR,FH , N_DIR,FH);
………………………/*進(jìn)行具體的現(xiàn)場操作,以下的程序語句僅作為演示*/
printf("按任何鍵降速...");
getch();
printf("\n");
slowdown(CH123); /* 把通道1,2,3降速到低速狀態(tài)*/
for(i=2999;i>-1;i--)
{ cprintf("%d \r",i);
delay(1);
}
stop(CH123); /* 通道停止運(yùn)行*/
return(0);
}
對于工控機(jī)，Java程序的編寫必須集成本地方法。對于本地方法的集成采取以下步驟：首先在一個(gè)Java程序中定義一個(gè)本地的方法，編譯該Java代碼；然后當(dāng)用JDK環(huán)境下的JavaH命令創(chuàng)建一個(gè)C語言的頭文件時(shí)，必須注意其中的類結(jié)構(gòu)和函數(shù)定義，接著創(chuàng)建一個(gè)Stub文件，Stub文件中包含與其C結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系在一起的C代碼；Stub文件建立以后，編寫相應(yīng)的C代碼，在原有的C代碼前面必須加上《stubpreamble.h》和《drive.h》兩個(gè)頭文件；最后再由
VC++等集成開發(fā)環(huán)境將C語言程序編譯成DLL程序，這樣就實(shí)現(xiàn)了本地方法的集成。對于工控機(jī)的本地程序按以上步驟完成以后，工控機(jī)的主程序編制如下：
public class main
{public static void main(String args[])
{ .............
/*負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程控制主機(jī)通信部分的程序段
new drive().pcl839drive();
.............
}}
public class dirve
{public native void pcl839drive();
.........
static{
System.loadLibrary("drive");
.........} }
該段程序由主類和本地方法類組成，主類除完成通信部分的程序外，還必須實(shí)例化本地方法類，并且調(diào)用本地方法；本地方法類在定義本地方法時(shí)，必須加上關(guān)鍵詞native，并且程序段中有一段靜態(tài)代碼，該靜態(tài)代碼通過系統(tǒng)函數(shù)為本地方法類加載drive庫。
通過采用Java語言編程技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)本地方法的集成和網(wǎng)絡(luò)的通信，有效地把控制主機(jī)和遠(yuǎn)程主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。該套方案是在已有本地局域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建成的，充分利用了Java網(wǎng)絡(luò)編程和集成本地方法的技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和高效的特點(diǎn)。由于Java的平臺(tái)無關(guān)性，使得Java在與本地方法的集成中隱藏了大量的技術(shù)細(xì)節(jié)。因而進(jìn)一步對Java的關(guān)鍵技術(shù)開展研究，充分和高效地利用這一富有特色的語言，實(shí)現(xiàn)對底層智能節(jié)點(diǎn)的控制，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的，無疑是一個(gè)非常有意義的課題。
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