Web網(wǎng)絡傳感器的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 2011-07-29
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2．1 連續(xù)數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)方法
由于HTTP是基于請求／響應模式的，客戶端和服務端進行一次交互時，開始于客戶提出的一個請求，并在服務器給出響應后結(jié)束。而一次交互只能得到一組數(shù)據(jù)，那么如何實現(xiàn)連續(xù)的數(shù)據(jù)采集呢? 一般有兩種方法：即客戶端牽引和建立TCP連接。
客戶端牽引就是在網(wǎng)頁中插入定時刷新功能，它的數(shù)量級為s，可以使用戶看到數(shù)據(jù)的變化，但不能滿足強實時性的要求，而且其中會漏掉一些中間的數(shù)據(jù)。
建立TCP連接就是通過在網(wǎng)頁中嵌入ActiveX控件或Java Applet小程序來增強客戶機的功能。其中，ActiveX控件只能在windows環(huán)境下運行，而Java Applet通用性強，可以實現(xiàn)跨平臺操作。所以本系統(tǒng)采用Java Applet來進行遠程數(shù)據(jù)的實時采集。
2．2 Java Applet
Applet是用Java編寫的，含有可視化內(nèi)容的，并被嵌入Web頁面中用來產(chǎn)生特殊頁面效果的小程序，經(jīng)常被用于增加網(wǎng)頁多媒體效果，并使網(wǎng)頁產(chǎn)生互動功能。
當用戶訪問帶有Java Applet的網(wǎng)頁時，Applet被下載到用戶計算機上執(zhí)行，但前提是用戶使用的是支持Java的網(wǎng)絡瀏覽器。由于Applet是在用戶計算機上執(zhí)行的，因此它的執(zhí)行速度是不受網(wǎng)絡寬帶或者MODEM存取速度的限制，用戶可以更好地查看網(wǎng)頁上Applet產(chǎn)生的多媒體效果。
Applet必須將HTML的applet>和／applet>一對標記或者object>／object>嵌入到Web網(wǎng)頁中，使用瀏覽器才能運行。在IE中用obje-ct>標簽取代applet>標簽，在Netscape 4使用embed>標簽取代applet>，但是object>和embed>都必須遵循Java Plug-in中的格式。
3 實時數(shù)據(jù)采集的具體實現(xiàn)
3．1 硬件實現(xiàn)
嵌入式Web網(wǎng)絡傳感器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
ADuC832是ADI公司推出的混合信號單片微控制器，是真正意義上完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，是集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、微控制器、閃存于一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的主要特性有：8通道模擬I／O，247 ksps、12位ADC，2個12位(單調(diào)的)電壓輸出DAC片內(nèi)溫度傳感器；62 KB片內(nèi)閃速／電擦除程序存儲器，4 KB片內(nèi)閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲器，2 304字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM。
主芯片通過74LS138譯碼器來進行片選外部數(shù)據(jù)存儲器KM62256，或者網(wǎng)卡控制器RTL8019AS。通過74HC573地址鎖存器進行當前地址的鎖存，使得輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，僅在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個鎖存信號到來時才改變，也是為了實現(xiàn)地址的復用。
在主電路上主要設計了一個信號輸入接口，用來接工業(yè)現(xiàn)場的4～20 mA信號的變送器；設計了一個RJ45的網(wǎng)口接口，通過網(wǎng)口可以直接接到Internet上，進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳和共享；還設計了RS485接口和RS232接口，作為工業(yè)現(xiàn)場特殊情況下的數(shù)據(jù)接入和處理。
現(xiàn)場傳感器將采集的4～20 mA信號傳送給信號調(diào)理板，將其信號轉(zhuǎn)換為0～2．5 V的電壓信號，然后通過ADuC832轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再通過程序轉(zhuǎn)換為相應的溫度值，實時地將溫度值顯示在嵌有Java Applet的網(wǎng)頁上。
3．2 軟件實現(xiàn)
3．2．1 操作系統(tǒng)和協(xié)議棧的選用
在嵌入式Web服務器上，選用μC／OS-II作為嵌入式實時操作系統(tǒng)。它是一個可移植、可固化、可裁剪、搶占式的實時操作系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的前后臺程序可靠性更高，效率更高。
TCP／IP是個協(xié)議簇，是諸多開放的協(xié)議的集合，但是單片機是個小型的微處理器，內(nèi)部資源有限，因此必須要對協(xié)議進行裁剪。本系統(tǒng)采用精簡的小型TCP／IP協(xié)議棧——μIP協(xié)議棧。μIP協(xié)議代碼中包括了一些基本的通信協(xié)議：ARP協(xié)議、IP協(xié)議、ICMP協(xié)議和TCP協(xié)議，UDP協(xié)議、HTTP協(xié)議、Telnet協(xié)議、SMTP協(xié)議等。其中，ARP、IP、ICMP、TCP這4個協(xié)議就能實現(xiàn)網(wǎng)絡連接和通信的最基本的功能，同時還能實現(xiàn)CGI技術。其應用層就是HTTP協(xié)議，采集數(shù)據(jù)嵌入在Web服務器網(wǎng)頁中以網(wǎng)頁的形式發(fā)布到Internet。
對于μC／OS-II和μIP的移植，詳見參考文獻。整個系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
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