基于嵌入式WinCE的遠程數據采集系統

4 基于嵌入式WinCE 數據采集模塊設計

數據采集模塊是整個數據采集器軟件設計的核心部分，可以采用與設備連接的PLC、 單片機、工控機以及人機交互界面等，完成生產設備信息、環境信息及生產操作人員信息的 采集。在本文開發的系統中，主要是通過PLC 采集設備信息，通過單片機采集溫度、濕度、 壓力傳感器的環境信息，通過基于嵌入式WinCE 采集器的人機交互界面直接采集生產現場 人員信息。

通過 PLC 采集設備信息時，數據采集器通過RS-232 接口以Host Link 通信協議與PLC 通訊。Host Link 通信協議采用“主從總線”方式通信，根據主動權的不同有兩種實現形式， 一種是通信主動權在上位機（基于WinCE 的采集器）一方，即方式一；另一種是主動權在 下位機（PLC），即方式二。根據傳輸信號的性質不同，兩種方式可以結合使用。針對本系 統的特點，對需要用戶動態配置的信號，如設備當日產量、運行時間等，采用方式一；對于 經常需要監控的信號，如機器的運行溫度、轉速等，采用方式二。方式二的優點在于，僅當 下位機的數據發生變化時，PLC 才發起通信并上傳數據。這種通信方式可以大幅度減少上 位機的監視時間，提高系統的實時響應能力。本文僅以方式一為例說明動態信號的采集過程。

采集器主動向 PLC 發出Host Link 命令幀到PLC，PLC 接收到命令幀后自動向上位機 發送應答信號，完成一次信號的采集過程。在Host Link 協議中，“@”為起始符號；節點號 為PLC 的編號(00-31)；識別碼說明Host Link 命令幀的功能；FCS 包含2 個字符，是幀的校 驗碼，即從幀起始到報文結束之前數據的異或運算結果，用來檢查幀的傳送結果是否正確； “*”和“CR”為終止符，表明幀結束[3]。在本系統中，WinCE 中提供了操作文件IO 函數 和通信函數來操作串口，進行串口通信。為了避免讀線程調用WaitCommEvent()函數時造成 程序阻塞，提高CPU 的利用率和通信程序的實時性，改善系統的整體性能，采用多線程技 術實現異步串口讀寫的模擬[4,5]。串口通信的主要步驟如圖3 所示，(1) 調用函數CreateFile() 打開串口，函數SetCommState()配置串口參數；(2)調用函數CreateThread()創建讀寫線程， 模擬異步讀寫串口（WriteFile()將命令寫入串口緩沖區，WaitCommEvent()等待串口*事件 集發生，ReadFile()讀取串口數據）；(3) 關閉串口，將采集的數據進行處理和存儲。

采集環境信息時，用AT89C51 單片機、A/D 轉換模塊、加外圍電路構成的小型單片機 系統，通過串口與嵌入式采集器根據自定義通信協議進行通信，完成溫度、濕度等數據的采 集。生產操作人員信息由嵌入式采集器的人機交互界面直接采集。

5 基于嵌入式WinCE 數據通訊模塊設計

數據通信模塊用于完成采集器與上層服務器之間的通信，其主要功能包括，接受遠程控 制終端的命令，控制程序的運行狀態，為程序的遠程調試和監控提供方便；傳輸采集數據； 同步更新采集器配置文件。數據通信模塊采用基于WinCE 的TCP/IP 協議，能夠保證在傳輸 過程中數據的準確性和可靠性；嵌入式系統硬件抗干擾能力強，能夠保證系統長期穩定運行。

在基于 WinCE 的TCP/IP 協議中，當接收到遠程控制終端命令時，采集器處于TCP 服 務器角色，以便多個控制終端向采集器發送命令。其通信實現流程為：TCP 服務器首先調 用socket()函數建立流式套接字，然后調用bind()綁定本地地址，調用listen()函數進行* 客戶終端連接，一旦*到客戶終端連接后，服務器就調用accept()函數接收終端的連接請 求，并建立連接，同時服務器端啟動一個新線程，建立單獨的套接字實例與客戶終端進行通 訊。通信協議格式為：命令名稱，參數表。例如在通信格式“PATHR1， 0”中，PATHR1 命令表示暫停數據采集線程，參數0 表示立即執行。服務器收到此 命令后會立即暫停數據采集模塊，并傳回命令的執行結果。

采集器與服務器進行數據傳輸和配置文件（主要關于采集信號的類型，名稱以及其它系 統配置信息）更新時，采集器處于TCP 客戶端角色。其通信實現流程為：采集器調用socket() 函數建立流式套接字，然后調用connect()函數，請求與Linux 服務器建立TCP 連接，成功 建立連接后，同服務器進行數據傳輸和配置文件更新。數據傳輸和配置文件更新需要自定義 TCP 通信協議，采集器向服務器傳輸采集數據的通信協議格式為：數據類型，采集 時間，數據名稱，數據值…；校驗值；服務器向采集器更新配置文件的通信協議格式 為：數據類型，名稱，區域，采集點數…；校驗值。

6. 結束語

在微軟提供的 PB（Platform. Builder）集成開發環境中，根據分層技術定制了基于WinCE 的開發平臺，分別采用Host Link 協議和自定義協議設計了采集器與PLC 和單片機的數據采 集模塊，并實現了采集器與Linux 服務器的數據通訊模塊。作為一種新型的數據采集系統， 以嵌入式WinCE 為核心的遠程數據采集系統充分發揮了嵌入式硬件設備的特點，系統實時 性強、穩定性好，功耗小，成本低，與傳統的數據采集方案相比，特別適合于多點、多參數 的遠程數據采集，具有廣泛的應用前景。