研究論文

インターネットのブラウザを用いた温度のリモートモニタリングシステムの開発
堀場隆広＊１Development of Remote Monitoring System of Temperature
with Browser of the Internet
Takahiro HORIBATechnical Consulting Division, AITEC * 1
本研究では、インターネットを用いて工場にある機器をリモートでモニタリングする一例として環境試
験機内部の温度を測定した。環境試験機の温度を表示するために、半導体温度センサで計測した温度をホームページのサーバとして公開して、インターネットのブラウザでモニタリングする機能を備えた機器を試 作 し た 。 こ の 機 器 を 研 究 所 の 所 内 LAN に 接 続 し て 、 環 境 試 験 機 の 温 度 を リ モ ー ト で モ ニ タ リ ン グ し た 。
その結果、測定した温度をパソコンのインターネットのブラウザ上に利用者に分かり易く数値やグラフとして表示することができた。

１．はじめにい易くするために必要である。

インターネットの発達により、世界中の情報がすぐに本研究では工場にある機器をモニタリングする例とし入手できるようになってきた。しかし、インターネットて、温度をインターネットのプロトコルによる通信とブの活用として、文書公開や文書情報の入手のみに利用すラウザを用いて計測する機器を試作した。そして、当所るのではなく、これ以外に多くの利用法があると考えらの所内 LAN を用いて離れた場所にある環境試験機の温れる。ここではインターネットの産業応用として、工場度をブラウザ上に分かり易く表示することができたのでにある機器の情報をインターネットのブラウザ(以後、ブ報告する。

ラウザと呼ぶ)を用いて、リモートでモニタリングすることを試みた。工場の機器をリモートでモニタリングする

２．実験方法2.1 マイクロサーバ

例として次のものが考えられる。海外工場の機器の状態温度を測定して、そのデータをホームページのサーバや製品の生産量や不良品をリモートで把握、工場内のセとして発信する機能を備えた温度の計測機器をここではキュリティ利用、非常時における機器のリモートによるマイクロサーバと呼ぶことにする。試作したマイクロサ

停止、工場周辺の環境計測などの利用が挙げられる。

ーバの外観を写真 1 に示す。マイクロサーバは 120mm

このように遠方にある工場の機器などをリモートで×115mm×45mm の大きさである。マイクロサーバの前モニタリングすることやリモートで機器を操作することは製品の生産効率の向上や工場の安全を保つために必要となる技術である。また、ブラウザを用いて機器をリモートでモニタリングする利点として次のことが挙げられる。インターネットのブラウザを用いて操作するので、誰にでも容易に利用できる。モニタリングするパソコンの種類や基本ソフト(OS)によらない。インターネットのブラウザはグラフィックの表示機能が優れているので、ホームページの記述言語（HTML）などを用いて容易に作成・表示できる。このように機器のモニタリングや機

写真１

マイクロサーバ

器の操作をグラフィカルに分かり易く表示することは複面は LED の文字表示器があり、英数字と特殊文字 8 文

雑な機器の操作の誤りを防止することや機器の操作を扱字を表示することができる。裏面は温度を計測する半導*1

技術支援部

機械電子室

体の温度センサを取り付ける端子と機器を LAN に接続
する 10BASE-T の LAN 端子と Linux のコンソール端末である RS-232C と 5V の電源端子からなる。
マイクロサーバ内部の回路ブロックを図 1 に示す。マ半導体温度センサ(内部と外部温度センサ)

マイクロサーバのマイコン基板は Linux の載った市販のものを組み込み 1)用として利用した。マイコン基板は66MHz の CPU、16M バイトのメモリ、LAN コントローラ、RS-232C、パラレルポートの機能を備えている。
温度は半導体の温度センサとマイコン基板の CPU に内蔵されている 10bit の A/D 変換器を用いてデータを取り

コンソール
端末

CPU
A/D変換器内蔵

拡張バス（3.3V）込んだ。マイコン基板は入力の電圧が 5V で、基板の内バスの電圧レベル変換回路（3.3V⇒5V）

メモリ
LAN端子

2.2 マイコン基板

2.3 文字表示 LED
作製した文字表示 LED は 8 文字の文字が表示できる

ネットワークコントローラ

拡張基板

コンパクトフラッシュメモリ

ように 4 文字表示できる LED の表示器を 2 個用いた。
拡張バス
（5V）

製作した文字表示 LED を写真 4 に示す。この文字表示
LED は内部に表示回路が内蔵されており、信号電圧が文字表示LED

マイコン基板

図1

部信号の電圧が 3.3V になっているものを用いた。

マイクロサーバの内部回路

5V のマイクロコンピュータのバスに直接接続できるようになっている。用いた LED は内部に文字表示レジス
タがあり、マイコンから文字表示レジスタを選択して文イクロサーバの内部は二枚の基板からなり、マイクロサ字データをレジスタに書き込むことによって任意の文字ーバの下部の基板には Linux の載ったマイクロコンピュが表示できるようになっている。

ータ(以後、マイコン基板と呼ぶ)があり、上部の基板には LED の文字表示器（以後、文字表示 LED と呼ぶ）に接続するための拡張基板がある。写真 2 にマイコン基板
を、写真 3 に拡張基板を示す。
拡張バス(3.3V) メモリ

文字表示LEDCPU

マイコン基板
LAN端子

写真 4

文字表示 LED2.4 拡張基板
文字表示 LED とマイコン基板を接続して文字を表示するために拡張基板の設計と試作をした。文字表示 LED

コンパクトフラッシュメモリ

ネットワークコントローラコンソール
端子と拡張基板の回路ブロック図を図 2 に示す。文字表示
LED に拡張基板とマイコン基板を接続して、文字表示LED の表示レジスタのアドレスを CPU の I/O 空間上に写真 2マイコン基板マッピングした。このマイクロサーバに用いている文字
表示 LED は信号電圧が 5V の TTL レベルで動作するも拡張バス(5V)文字表示LEDのを用いている。一方、マイクロサーバの CPU 基板の信号電圧は 3.3V のレベルで動作するものを使っている
外部
温度センサ
端子

内部
温度センサ

拡張基板

ため、直接に接続できない。そこで、拡張基板でマイコン基板のバスの信号電圧を 3.3V から 5V の信号レベルに変換してから文字表示 LED に接続した。これによってテスト用
LED

CPU から LED の文字表示レジスタに直接文字コードをバスの電圧レベル変換回(3.3V=>5V)

拡張基板の回路はアドレスデコーダ、アドレスデコーダ書き込めるようになり、文字が表示できるようになった。のテスト回路と制御バス、アドレスバス、データバスの

写真 3

拡張基板

各バスの電圧レベル変換回路からなる。アドレスデコー
ダのテスト回路は正しいアドレスで拡張基板が選択できているか確認しながらプログラムを作成するために製作され、グラフとして表示するようになっている。

した。

マイクロサーバ側

５V系

３.３V系

アドレスデコーダ
テスト用LED

パソコン側

ＨＴＭＬ

制御バス

ページの要求選択線（CS)

アドレスデコーダ
制御バス
レベル変換

アドレスバス

ページの転送アドレスバス
レベル変換

インターネットのブラウザ

アドレス

データバス
レベル変換

WWWサーバ

文字表示LEDプログラム

制御線(WR)

文字表示LED
（上位）
データバス

CGI
プログラム
(C言語)

ＨＴＴＰ

アドレスデコーダのテスト回路

温度センサ
入力プログラム

組込みLinux
ドライバ

ドライバ

文字表示LED(下位)

文字表示LED

温度センサ

データ

図3

マイクロサーバのプログラム構成

拡張基板

図2

３．結果および考察

拡張基板

3.1 環境試験機の温度モニタリング
2.5 実験システムのプログラム開発

当所の所内 LAN を用いて環境試験機の温度モニタリン

実験で用いたマイコン基板はホームページのサーバ

グの実験をした。そのときの測定状況を写真 4 に、また、が組み込まれており、このサーバに温度計測用のホームネットワークの構成を図 4 に示す。実験は環境試験機のページの内容とプログラムを記述して入れた。マイコン隣に試作したマイクロサーバを置き、マイクロサーバの基板のプログラム開発はパソコン上で、C 言語のプログ温度センサを環境試験機の内部に取り付けた。環境試験

ラムを記述し、パソコン上でクロスコンパイルしてマイ機を運転して、環境試験機とは別室に置いてある LAN にコン基板で実行可能なオブジェクトコードを生成した。

接続してあるパソコンのブラウザでモニタリングした。

また、Java Applet は Java で記述してこれをコンパイルしてオブジェクトコードにした。生成されたオブジェクトコードを LAN 経由で転送して、マイコン基板上でプログラムを実行した。これを繰り返して実験プログラムをデバッグして、プログラムを作成した。
2.6 温度表示のプログラム
記述したマイクロサーバのプログラム構成を図 3 に示す。マイクロサーバはブラウザからの指示に対して動作するようになっている。温度計測トップページの表示のときは、温度計測の HTML ファイルがブラウザに転送

写真 4

環境試験機の温度測定されて、温度計測のメニューが表示される。温度表示のメニューが選択されたときは、C 言語でかかれた CGIのプログラムが起動し、温度センサからの信号の電圧を研究所の構内LANA/D 変換してプログラムで温度データに変換してからブ温度センサラウザに転送して、現在の温度を表示する。これと同時に文字表示 LED に現在の温度を表示する。さらに温度データをメモリ上に作成したディスクにファイルとして記録する。これを 10 秒毎に繰り返す。グラフ表示のメ

Temp ３０℃

マイクロサーバ（組込みLinux)

ニューが選択されたときは、Java Applet がパソコンに環境試験機転送されて実行される。そして、マイクロサーバに記録されたファイルをパソコン 側で実行され ている JavaApplet でネットワークを通して温度のデータが読み出

図4

監視用パソコン（インターネットのブラウザ）

実験システムのネットワーク構成

3.2 温度表示

3.3 考察環境試験機の温度を監視用のパソコンのブラウザに温試作したマイクロサーバのプログラムはまだ環境試

度表示したときの画面を写真 5 に示す。このブラウザの験機の温度表示と温度のグラフ表示のみの最小限の機能

温度表示の画面上には、外部と内部温度センサの二つのしか用意されていない。さらに環境試験機を起動・停止値が表示されている。このうち外部温度センサはマイクさせる機能やマイクロサーバに小形カメラを取り付け映ロサーバの端子に接続された温度センサの値で、環境試像によって環境試験機をモニタリングする機能等を追加

験機内部の温度などを表示している。内部温度センサはして、より利用し易くする機能が必要である。また、温マイクロサーバ内部に取り付けた温度センサの値で、マ度のグラフ表示はファイルに記録されているファイルをイクロサーバ内部に入っている温度センサの温度などをもとにグラフを表示する構造になっている。これを数値表示している。その下に表示されている数値は外部センによる温度表示と温度のグラフ表示を同時にできるよう

サと内部センサの温度を 10 秒毎にファイルに記録したにプログラムを改良すれば、さらに利用し易くなる。

温度の値を示している。写真 6 にファイルに記録された

４.結び

外部と内部温度センサの温度の値をブラウザ上にグラフ表示したときの写真を示す。

研究では機器の温度をモニタリングするマイクロサーバを試作した。このマイクロサーバを使って、別室にある環境試験機内部の温度をリモートによってブラウザでモニタリングした。そして、モニタリングした温度をブラウザ上に分かり易く、数値と折れ線グラフとして表示した。
このマイクロサーバは Linux が組み込まれた市販の基板を使っているので、１台のマイクロサーバの試作コス
トは市販の Linux を使わない組み込み機器の試作コストよりやや高くなっている。マイクロサーバはほとんどがデジタル回路でできているので、さらに回路の部品点数を減らすことや Linux を自分で組み込みすれば、試作コストをかなり低くすることができる。また、複数のマイクロサーバでモニタリングされた温度を一台のパソコン

写真 5

温度表示のブラウザでモニタリングできるような機能があればさらに幅広い応用に広がる。

文献
1)グレイグ・ホーラボウ（山口つかさ訳）：Linux 組み込みシステム,P4(2003), ピアソン・エデュケーション

写真 6

温度のグラフ表示