單片機系統(tǒng)中Web Service的調(diào)用方法研究

圖1 單片機系統(tǒng)結構

實驗中選用了廣州周立功單片機發(fā)展有限公司開發(fā)的一款嵌入式網(wǎng)絡模塊ZNE-100T,它內(nèi)部集成了TCP/IP 協(xié)議棧,利用它可以輕松完成嵌入式設備的網(wǎng)絡功能,另外為了測試方便直接使用了ZNE-100T的評估板.通過周立功公司提供的配置軟件可以設置網(wǎng)絡模塊的參數(shù),包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關、串口的波特率、端口工作模式、目標IP 地址和目標端口等,特別說明的是端口工作模式,由于HTTP協(xié)議是基于TCP的,所以實驗中模式設為TCP Client模式,目標端口默認設置為80.

（2）HTTP-POST消息格式

Internet標準定義了兩個HTTP協(xié)議的標準文檔：RFC1945和RFC2616[6].這兩個文檔分別描述了HTTP/1.0和HTTP/1.1的實現(xiàn)標準.這兩個版本的HTTP協(xié)議最大區(qū)別在于前者不支持保持連接,規(guī)定每次的HTTP請求和響應后都要關閉TCP連接,而后者支持持久連接,這意味著可以打開一次TCP連接進行多次請求/響應,大大提高了性能. 由于單片機系統(tǒng)的處理效率低、資源有限等原因,在其上實現(xiàn)完整HTTP協(xié)議很不現(xiàn)實,實際上為了實現(xiàn)Web Service調(diào)用也沒有必要全部實現(xiàn),只需實現(xiàn)基本的HTTP1.1協(xié)議完成單片機系統(tǒng)和Web服務器的數(shù)據(jù)通信即可. 經(jīng)過分析研究,找出了一種比較簡單有效的HTTP-POST格式.下面通過一個具體例子說明實現(xiàn)的方法.

用C#實現(xiàn)Web服務WebService1,定義一個處理模擬量數(shù)據(jù)的方法：

[WebMethod]

public string SimulateData(byte s,float[] a)

{

…

return OK;

}

SimulateData方法的參數(shù)中,s為下位機站地址,可以用來區(qū)分哪個下位機發(fā)來的數(shù)據(jù),數(shù)組a為下位機提交的模擬量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)個數(shù)根據(jù)實際傳遞的數(shù)據(jù)來定.

下面是HTTP-POST請求包數(shù)據(jù)：

POST /WebService1/service1.asmx/SimulateData HTTP/1.1

Host: 127.0.0.1

Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Content-Length: 43

s=1a=100.0a=100.0a=100.0a=100.0a=100.0

上面為一個合法的HTTP-POST協(xié)議的包實例, “/WebService1/service1.asmx/SimulateData”為要調(diào)用的Web Service的方法名及其服務地址,最后一行為真正的有效數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)包括采集站地址,本例中為1,以及5個模擬量數(shù)據(jù),本例中為5個100.0.在HTTP-POST包中除了數(shù)據(jù)域以外,“Content-Length: 43”中的43會根據(jù)數(shù)據(jù)域實際字節(jié)個數(shù)在下位機中由程序設置,表示提交的有效數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù).由此可以看出,只要加上正確的HTTP請求頭、相應的Web Service地址,并且按照HTTP1.1 POST規(guī)范設置數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)簡單的HTTP-POST協(xié)議,在單片機系統(tǒng)中只需把這些數(shù)據(jù)通過串口發(fā)出,剩下的工作由嵌入式網(wǎng)絡模塊實現(xiàn),和編寫普通的串口發(fā)送程序一樣簡單.經(jīng)絡模塊轉化后的HTTP-POST請求最終到達Web服務器,根據(jù)數(shù)據(jù)的對應寫入實時數(shù)據(jù)庫,如果實時性要求不高且數(shù)據(jù)存儲量不大,可以使用ACCESS數(shù)據(jù)庫,不然可以使用專用的數(shù)據(jù)庫服務器,如Oracle和SQL Server.

調(diào)用Web Service后也會返回給下位機數(shù)據(jù)以表示執(zhí)行結果,如果下位機不關心執(zhí)行結果可以忽略返回的數(shù)據(jù),否則可以根據(jù)需要進行相應的處理,下面給出作者實驗時的返回數(shù)據(jù)：

HTTP/1.1 200 OK

Date: Thu, 08 Feb 2007 07:45:51 GMT

Server: Microsoft-IIS/6.0

MicrosoftOfficeWebServer: 5.0_Pub

X-Powered-By: ASP.NET

X-AspNet-Version: 1.1.4322

Cache-Control: private, max-age=0

Content-Type: text/xml; charset=utf-8

Content-Length: 101

?xml version=1.0 encoding=utf-8?>

string xmlns=okhttp://219.231.160.11/webservice1>ok/string>

上面的“ok”為方法SimulateData執(zhí)行正確后返回的數(shù)據(jù).

3 優(yōu)點

基于本文提出的方法可以方便的利用單片機構建基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),有以下優(yōu)點：

（1）可以方便的集成現(xiàn)有設備和儀表的數(shù)據(jù)采集.只要知道儀表設備的通訊協(xié)議,在下位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,把采集到的數(shù)據(jù)封裝為HTTP-POST請求包通過串口發(fā)出即可.

（2）采用工業(yè)交換以太網(wǎng),基于HTTP協(xié)議,同時滿足局域和遠程采集的需要.可以把該系統(tǒng)連至Internet,Web Service和下位機系統(tǒng)可以不在同一地理位置,而且Web Service可以同時處理多個不同地理位置提交的數(shù)據(jù),方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中,能更好的管理和使用數(shù)據(jù).

（3）方便維護和升級,方便增加采樣點.可以根據(jù)需要隨意增加下位機,做到需要幾個模塊調(diào)試增加幾個模塊.

（4）不同于傳統(tǒng)的專用采集服務器采集數(shù)據(jù)模式,上位機服務器的功能由Web服務提供,不需要編寫專門的數(shù)據(jù)接收程序和上位機采集程序,只需編Web Service接口代碼.真正同儀表的通訊由下位機完成,形成分布式數(shù)據(jù)采集,Web服務是多線程體系結構,可并發(fā)處理多個下位機模塊發(fā)送的數(shù)據(jù),使得整個系統(tǒng)支持更多的數(shù)據(jù)點采集,提高整個系統(tǒng)的采集效率.

4 結束語

實驗證明,基于本文方法可以快速有效的部署數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),比傳統(tǒng)的串口服務器采集數(shù)據(jù)的方法有很多優(yōu)越性.上位機和下位機通信基于Web Service技術,使得系統(tǒng)的開發(fā)工作主要放在下位機和儀表的通信上,提高了系統(tǒng)開發(fā)效率,由于Web Service的跨平臺和語言無關性,使得可以方便的維護和修改系統(tǒng)方案,大大減少開發(fā)成本.