基于网关的远程数据采集系统设计

资源类型:pdf 资源大小:103.00KB 文档分类:工业技术 上传者:张健

文档信息

【作者】 曹玲芝  栾娟  石军 

【关键词】Internet 无线传输技术 网关 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】本文提出一种基于网关的数据采集系统设计方案,它以网关作为数据采集系统和Internet的接口,并以无线方式实现了测试数据从数据采集系统到网关的传输。开发了Web管理软件,并通过修改W EB SERVER(Boa)源代码,实现了多用户安全认证机制。该系统改变了传统的信息处理技术,可以很好地实现现场信息共享。

【刊名】电测与仪表

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0概述具有InternetIntranet功能的数据采集系统实质是在数据采集系统的基础上实现网络化和信息化,其核心是使数据采集系统实现TCPIP网络通信协议。目前,国内外对网络化数据采集系统的研究,大体上可分为两大类:一类是通过软件方式或硬件方式将TCPIP协议嵌入到智能化传感器中,不管是以软件方式将TCPIP协议嵌入到ROM中,还是直接使用TCPIP芯片,关键是网络接口的实现,即如何把TCPIP协议与一般智能传感器融合在一起,但是由于软、硬件资源毕竟有限,短期内要实现使传感器像PC机那样具有Internet节点显然是有一定难度的;另一类是数据采集系统通过公共的TCPIP转接口(或称网关Gateway)再与Internet相连,它的核心是基于现有的InternetIntranet网络,通过公共的网关接口,研制与数据采集系统配套的通信策略,从而使其具有网络化的功能。笔者认为采用第二种方案实现数据采集系统的网络化是现实的、可行的。1系统的硬件结构及工作原理该系统由一台网关和多个单片机系统组成,如图1所示。每个数据采集系统将采集到的数据通过无线传输模块PTR2030提交给嵌入式网关,然后由嵌入式网关通过Internet将数据发布出去,具有访问权限的总第42卷第472期电测与仪表Vol.42No.4722005年第4期ElectricalMeasurement&InstrumentationApr.2005用户可以通过Internet对其进行查询和操作单片机完成相应动作。本文重点介绍数据的无线传输技术和网关的设计。1.1无线收发模块PTR2030与单片机数据采集系统的接口1.1.1无线收发模块PTR2030的特点在该系统中,采用无线收发模块PTR2030实现采集数据的无线发送与接收。这里,PTR2030由单IC组合而成,接收发射合一;采用FSK调制,抗干扰能力强;由于它采用了低发射功率、高灵敏度设计,因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证。1.1.2PTR2030与单片机的硬件连接图2为PTR2030的引脚图。其中,VCC是正电源;CS是频道选择端;DO是数据输出端;DI是数据输入端;PWR是节能控制端;TXEN是发射接收控制端。PTR2030与单片机连接时,DI端接在单片机串口的发送端,DO端接在单片机串口的接收端。利用单片机的IO控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。1.1.3PTR2030的工作模式和工作频道选择软件设计时,应正确选择PTR2030的工作模式和工作频道,表1给出了该模块的工作模式控制及工作频道的选择方式。由于PTR2030的通信速率最高为20Kbits,也可工作在其它速率如4800bps、9600bps下,因此无需设置PTR2030的工作速率。发送数据:在发送数据之前需将模块置于发射模式,即TXEN=1,然后在等待至少5ms后(接收到发射的转换时间)才可以发送任意长度的数据,发送结束后应将模块置于接收状态,即TXEN=0,发射到接收的转换时间为5ms。接收数据:接收时应将PTR2030置于接收状态,即TXEN=0,接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换后送到计算机。待机模式:当PWR=0时,PTR2030进入节电待机模式,功耗大约为8μA,但在待机模式下不能接收和发射数据。1.2嵌入式网关的设计目前,网关不再完全归为一种网络硬件。用概括性的术语来讲,它们应该是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品,它可以将使用不同的格式、通信协议或结构的两个系统连接起来。在该系统中,嵌入式网关作为TCPIP网络到无线网络之间的协议转换关口。嵌入式网关硬件采用华恒HHCF5249-R3开发平台,它由核心板(HHCF5249-K3)和外设板组成,HHCF5249-K3核心板上集成摩托罗拉MCF5249处理器、16MSDRAM、4M的FLASH以及DM9000100M以太网控制器,为用户的软件研发提供了足够的空间。外设板通过扩展提供一个100M以太网接口、一个RS-232串口。一个无线通信模块接口、键盘接口和液晶显示器接口。嵌入式网关软件采用uClinux通过裁减作为该系统的操作系统,Boa通过修改作为Web服务器,采用共享内存作为数据交换中介,采用CC++语言编制无线模块、键盘以及液晶显示等的驱动和其他应用程序。主要完成以下功能:(1)守护进程实现与数据采集系统的通信协议并完成数据的采集和向数据采集系统发送用户指令,采集到的数据通过共享内存提交给上层应用。(2)WEB管理软件由WEBSERVER(Boa)和CGI代码两部分构成。其中Boa为一个标准的嵌入式WEBSERVER,它在提供优秀的性能同时,并未提供丰富的功能,通过修改源码,使其提供多用户认证机制以确保整个系统的安全性。CGI代码部分是WEB管理软件的主体部分,它将数据从共享内存中取得,并转换成为符合超文本协议的数据,使得用户可以通过Internet在浏览器中实现远程数据的查阅,此外,它还实现用户管理、系统管理、网关管理等辅助功能,使用户在远程即可对网关实现所有的操控。(3)旁人机接口的实现,通过小键盘和液晶显示器实现基本的人机接口。2网关与数据采集系统之间的通信协议该系统中,网关与数据采集系统之间采用无线通信方式传输数据,避免了总线式测试系统需要布线等缺点,但应确保传输数据的正确性,因此制定合理有效的通信协议至关重要。图2PTR2030模块的引脚图表1PTR2030工作模式控制及工作频道选择(下转第54页)-58-无信号时,PTR2030串口输出的是随机数据,所以协议的第一件事就是能够识别噪声和有效数据。通过测试和试验发现,0xFF后跟0x00在噪声中不容易发生,因此,在数据采集系统中,单片机发送数据的开始应该以一个任意内容的字节(这是因为第一个字节的数据在发送时容易丢失),然后0xFF后跟一个0x00,接收协议规定只接收以0xFF后跟一个0x00开始的包。系统检错采用校验和方式。纠错采用连续传送三发送数据。3总结该系统使用无线传输模块实现了采集数据的无线发送与接收,克服了远程有线测试系统需要铺设通信电缆等缺点;利用网关实现了参数的远程测量并且可将测试数据发布在网络上,实现了基于无线传输技术的网络化测试。该系统可以用于工业现场监控,也可以应用于智能建筑、远程医疗等领域。该系统的成功开发对于提高企业远程监控水平,实现管、控一体的综合自动化有着重要的意义。(上接第58页)基于网关的远程数据采集系统设计@曹玲芝$郑州轻工业学院!郑州450002 @栾娟$山东烟台钟表研究所!山东烟台264001 @石军$郑州轻工业学院!郑州450002Internet;;无线传输技术;;网关本文提出一种基于网关的数据采集系统设计方案,它以网关作为数据采集系统和Internet的接口,并以无线方式实现了测试数据从数据采集系统到网关的传输。开发了Web管理软件,并通过修改W EB SERVER(Boa)源代码,实现了多用户安全认证机制。该系统改变了传统的信息处理技术,可以很好地实现现场信息共享。[1]李景丽,陈瑞球.我国传感器现状及其发展趋势[J].仪表技术,2003. [2]张冈,陈幼平.基于现场总线的网络化智能传感器研究[J].传感器技术,2002. [3]华恒科技H H CF5249-R3[Z].技术手册.

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