一種基于STM32的數據采集與監控系統的遠程監控終端設計

　　系統軟件應用ARM公司的RL-ARM中間件，實(shí)現了多任務(wù)實(shí)時(shí)處理、網(wǎng)絡(luò )通信應用層程序及大容量文件系統。前文已述的物理層接口芯片(PHY)DP83848和STM32F107VC內部集成的網(wǎng)絡(luò )控制器(MAC)分別實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )傳輸模型的物理層和數據鏈路層，通過(guò)RL-ARM中間件提供的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現了傳輸層的TCP、UDP通信以及HTTP服務(wù)。通過(guò)RL-RTX實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統實(shí)現系統任務(wù)的實(shí)時(shí)運行與任務(wù)間通信。系統軟件結構如圖5所示。

　　2.1 網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)通信模塊設計

　　為了保證數據與命令傳輸的可靠性和實(shí)時(shí)性，將網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)通信程序分為三個(gè)子任務(wù)：數據實(shí)時(shí)采集與處理任務(wù)、信息智能上傳任務(wù)、命令執行任務(wù)。

　　數據實(shí)時(shí)采集與處理任務(wù)掃描GPIO端口讀取開(kāi)關(guān)信號，完成狀態(tài)監測任務(wù);通過(guò)處理器內部集成的A/D轉換控制器采集現場(chǎng)模擬信號，經(jīng)過(guò)軟件濾波、量化等處理之后，得到現場(chǎng)環(huán)境的數據;通知信息上傳任務(wù)提取現場(chǎng)環(huán)境信息。

　　系統通信命令分為兩類(lèi)：一類(lèi)命令為控制命令，用于控制智能終端控制執行機構動(dòng)作，采用面向連接的TCP傳輸協(xié)議;另一類(lèi)命令為查詢(xún)命令，用于監控中心軟件查詢(xún)智能終端系統的配置信息，采用簡(jiǎn)單、輕量級的UDP傳輸協(xié)議。命令執行任務(wù)開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò )監聽(tīng)后，當收到TCP連接吋，打開(kāi)接收命令網(wǎng)絡(luò )端口(系統設計使用9003端口)，與監控中心服務(wù)器建立TCP連接，收到控制命令后，控制執行機構動(dòng)作，如打開(kāi)或關(guān)閉繼電器;當收到UDP包時(shí)，打開(kāi)端口，接收查詢(xún)命令，根據命令讀取配置信息，使用UDP傳輸協(xié)議發(fā)送給監控中心通信服務(wù)器。

　　網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)通信模塊依托RL-ARM中間件系統提供的Sockets底層庫，基于傳輸層協(xié)議TCP和UDP，實(shí)現自定義網(wǎng)絡(luò )數據幀通信協(xié)議的發(fā)送和接收。

　　2.2 遠程配置服務(wù)模塊設計

　　基于RL-ARM中間件系統提供的網(wǎng)絡(luò )應用層HTTP服務(wù)，實(shí)現了通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對智能終端遠程配置的功能。管理員使用任一臺網(wǎng)絡(luò )內部的計算機，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器即可訪(fǎng)問(wèn)智能終端系統的遠程配置界面，經(jīng)過(guò)密碼認證后，就可以對智能終端的參數進(jìn)行遠程配置、查看系統狀態(tài)、對遠端站點(diǎn)進(jìn)行手工控制等。

　　用HTML(Hyper Text Mark-up Language)和JavaScript語(yǔ)言設計了遠程配置服務(wù)界面，包括主界面、控制參數配置界面、網(wǎng)絡(luò )參數配置界面、通信參數配置界面、數字通道狀態(tài)監控界面、模擬通道狀態(tài)界面、用戶(hù)登錄管理界面、手動(dòng)控制狀態(tài)界面和數據文件上傳界面。主界面如圖6所示。

　　控制參數配置界面用于修改和查詢(xún)系統預存儲的現場(chǎng)環(huán)境臨界參數;網(wǎng)絡(luò )參數配置界面用于修改和查詢(xún)智能終端系統的網(wǎng)絡(luò )配置參數，如本機IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)IP地址等;通信參數配置界面用于修改和查詢(xún)通信主機IP地址、各通信任務(wù)的端口地址等參數;數字通道狀態(tài)監控界面用于對系統開(kāi)關(guān)量輸入通道的狀態(tài)進(jìn)行監測;模擬通道狀態(tài)界面用于對系統模擬量輸入通道的狀態(tài)進(jìn)行監測;用戶(hù)登錄管理界面用于設置和查詢(xún)系統管理員ID和密碼;手動(dòng)控制狀態(tài)界面用于對系統的執行機構進(jìn)行手動(dòng)操作和測試;數據文件上傳界面可以將系統本地存儲的臨時(shí)數據文件上傳至管理員計算機。

　　2.3 本地數據存儲模塊設計

　　數據存儲軟件設計分為24LC64(EEPROM)驅動(dòng)程序設計和文件系統的實(shí)現。在ST公司發(fā)布的I2C總線(xiàn)驅動(dòng)程序基礎上，設計了24LC64驅動(dòng)程序，包括單字節讀/寫(xiě)函數，按頁(yè)讀/寫(xiě)函數和隨機讀/寫(xiě)函數。

　　本地數據存儲程序的另一個(gè)重要任務(wù)是實(shí)現基于SD卡的文件系統，目的是將網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)的數據以文件格式保存，供網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)或操作員現場(chǎng)讀取。利用RL-ARM中間件系統提供的文件系統模塊，建立SD卡文件系統，可以兼容FAT32格式文件，支持TFTP服務(wù)對文件的存取。由于系統硬件使用SPI總線(xiàn)連接SD卡，軟件采取數據流方式對SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，文件系統依賴(lài)DMA(Direct Memory Access)，所以在初始化程序中應加入DMA的參數設置。

　　結語(yǔ)

　　本文所設計的遠程監控終端具有以下特點(diǎn)：

　?、僖?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/STM32">STM32網(wǎng)絡(luò )處理器為核心，充分利用其集成的外設單元，實(shí)現了低成本的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )遠程監控終端，能夠對無(wú)人值守機電設備現場(chǎng)運行情況進(jìn)行有效監測。

　?、诨赗L-ARM的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，分別實(shí)現現場(chǎng)信息同步上傳、智能報警信息上傳、通信命令執行子任務(wù)的獨立運行，保證了智能終端與遠程主機網(wǎng)絡(luò )通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。

　?、墼O計了基于HTTP的WebServer遠程配置服務(wù)和基于TFTP的網(wǎng)絡(luò )文件傳送服務(wù)，實(shí)現對智能終端的遠程配置和管理。

　?、茉赟D卡上實(shí)現了智能終端的本地文件系統，為網(wǎng)絡(luò )異常情況時(shí)的數據存儲提供了保證。