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摘要 針對(duì)基于EPA協(xié)議的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程訪問(wèn)和監(jiān)控問(wèn)題，簡(jiǎn)述基于MPU Rabbit 2000的EPA藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的工作原理，利用MPU內(nèi)部的TCP／IP協(xié)議棧和Dynamic C開(kāi)發(fā)工具，給出有關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)的代碼框 架結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)。通過(guò)CCI通信程序的設(shè)計(jì)及在系統(tǒng)界面瀏 覽中的應(yīng)用，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。該設(shè)計(jì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于工廠現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線Web接入具有重要的參 考價(jià)值。
關(guān)鍵詞 EPA EWS Rabbit2000 動(dòng)態(tài)C 嵌入式Web服務(wù)器 HTTP協(xié)議
引 言
EPA(Ethernet for Plant Automation)基于以太網(wǎng)(IEEE802.3)、無(wú)線局域網(wǎng)(IEEE802.11)和藍(lán)牙(IEEE802.15)等信息網(wǎng)絡(luò)COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)以及TCP(UDP)／IP協(xié)議，是一種適用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)裝置與儀器儀表間，以及工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表間數(shù)據(jù)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
藍(lán)牙技術(shù)是一種線纜替代短距離無(wú)線通信技術(shù)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)某些工業(yè)設(shè)備需要安裝在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，采用藍(lán)牙技術(shù)可以避免工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布線遇到的問(wèn)題。嵌入式Web服務(wù)器的出現(xiàn)滿足了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)低成本遠(yuǎn)程控制的需要。本文將兩者結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了滿足EPA工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)需求的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器，以嵌入式Web服務(wù)器EWS(Embedded Web Server)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合Rabbit2000的網(wǎng)絡(luò)通信功能，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如HTTP、CGI、SSI等)，將藍(lán)牙無(wú)線方式采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器以網(wǎng)頁(yè)的形式，提供給遠(yuǎn)程用戶使用。
1 基于嵌入式Web服務(wù)器的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于嵌入式Web服務(wù)器的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模型如圖l所示。藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器是基于EPA協(xié)議的。遠(yuǎn)程監(jiān)控用戶通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到嵌入式Web服務(wù)器上，控制藍(lán)牙芯片完成數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)返回嵌入式Web服務(wù)器，顯示在遠(yuǎn)程管理終端的Web瀏覽器上。
2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基于EPA協(xié)議的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。它包括微處理器、藍(lán)牙模塊、數(shù)模(D／A)轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、Flash存儲(chǔ)器以及以太網(wǎng)控制器模塊，其中：藍(lán)牙模塊、數(shù)模(D／A)轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換模塊以及液晶顯示模塊通過(guò)其接口電路分別與微處理器的串行通信接口連接。藍(lán)牙模塊采用的串口波特率是57600bps；微處理器的工作主頻率是11.0592MHz、從頻率是32.768kHz；藍(lán)牙模塊的工作電壓是3.3V，這需要一個(gè)5V到3.3V的電壓轉(zhuǎn)換電路；圖2中芯片沒(méi)有標(biāo)明電源引線的都需提供5V電壓。
2．2工作原理
①打開(kāi)藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器的電源開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行自檢。
�、谙到y(tǒng)自檢通過(guò)后，藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集器對(duì)藍(lán)牙進(jìn)行初始化，并在其覆蓋范圍內(nèi)搜尋另外帶有藍(lán)牙芯片的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
�、廴舭l(fā)現(xiàn)上述設(shè)備，各自的鏈路管理器就會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方，就可以在需要時(shí)鑒權(quán)和認(rèn)證后建立通信關(guān)系。
�、茉谛枰M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，將A／D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端口通過(guò)外圍接口電路與被采集對(duì)象相連。A／D轉(zhuǎn)換模塊獲得啟動(dòng)命令后，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并交給微處理器進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送給相關(guān)控制設(shè)備，也可以將處理后的數(shù)據(jù)傳給嵌入式Wek·服務(wù)器。
�、萃瑫r(shí)，系統(tǒng)還配有一路D／A轉(zhuǎn)換輸出，在需要模擬量輸出時(shí)，可將D／A轉(zhuǎn)換器的輸出端口通過(guò)外圍接口電路與被控對(duì)象相連，程序?qū)⒖刂浦噶畎l(fā)給D／A轉(zhuǎn)換模塊，D／A轉(zhuǎn)換模塊接收到控制指令后轉(zhuǎn)化為模擬量傳送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按照控制指令進(jìn)行工作。
2．3軟件總體設(shè)計(jì)
基于EPA協(xié)議的藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
3 嵌入式web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)
3．1嵌入式web服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)的嵌入式Web服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。嵌入式Web服務(wù)器在本系統(tǒng)中處于用戶和應(yīng)用系統(tǒng)的中間。嵌入式Web服務(wù)器必須提供若干機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視和控制，為瀏覽器提供和發(fā)送Web頁(yè)并處理瀏覽器提交的數(shù)據(jù)[引。嵌入式Welh服務(wù)器設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一是利用Rabbit2000來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)的能力，本系統(tǒng)采用cGI和SSI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；難點(diǎn)之二是嵌入式通信程序開(kāi)發(fā)。本系統(tǒng)以Rabbit2000微處理器作為控制芯片，利用z—world公司提供的支持TcP／IP協(xié)議的通信子程序庫(kù)，在Dynamic c集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)。
3.2前臺(tái)FORM表單的編制和界面設(shè)計(jì)
用戶提交的各種命令請(qǐng)求主要是采取F()RM表單形式提交給cGI程序的[引。Fc)RM是HTML，(超文本標(biāo)記語(yǔ)言)的一種標(biāo)識(shí)，可以用任何一種文本編輯器來(lái)編輯，存為．html文件可以被w’WW瀏覽器識(shí)別。數(shù)據(jù)輸入盡量采用下拉框輸入，界面友好。
3.3 HTTP協(xié)議處理流程
HTTP協(xié)議處理的設(shè)計(jì)是嵌入式Web服務(wù)器系統(tǒng)的核心部分。CGI是一個(gè)用于定義Web服務(wù)器與外部程序之間通信方式的標(biāo)準(zhǔn)，可以用作一個(gè)擴(kuò)展Web服務(wù)器功能的接口，通過(guò)CGI可以實(shí)現(xiàn)與訪問(wèn)Web網(wǎng)頁(yè)的用戶交互。
從本質(zhì)上講CGI就是一個(gè)服務(wù)機(jī)制。當(dāng)用戶通過(guò)Web瀏覽器向HTTP服務(wù)器發(fā)出一條具有GET或POST命令格式的請(qǐng)求，服務(wù)的具體步驟如下：
�、偾芭_(tái)客戶機(jī)利用瀏覽器使用TCP／IP協(xié)議，與服務(wù)器建立連接，發(fā)送URL請(qǐng)求；
②服務(wù)器調(diào)用存入Rabbit2000芯片里的CGI程序，使用客戶機(jī)傳遞的參數(shù)作為CGI程序的參數(shù)；
�、跜GI以能被識(shí)別的格式返回處理結(jié)果給HTTP服務(wù)器；
�、蹾TTP服務(wù)器將數(shù)據(jù)返回客戶端處理，并通過(guò)瀏覽器顯示CGI執(zhí)行的結(jié)果。
圖5顯示了上述瀏覽器和服務(wù)器通過(guò)CGI程序?qū)崿F(xiàn)交互的全過(guò)程。
服務(wù)器端附件(SSI)是一種簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面生成技術(shù)。SSI定義了一組可以嵌于HTML文本中的標(biāo)記，在送往客戶端瀏覽器前，Web服務(wù)器先作預(yù)處理�？梢园裇SI想象成嵌于HTML頁(yè)面的特殊程序。
下面舉一個(gè)藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行藍(lán)牙芯片初始化的例子，其中SSI的命令字為exec，參數(shù)為showinitial，通過(guò)HttpSpec http_flashspee[]里的{ HTTPSPEC _ FUNCTION， “ showinitial”，0． show_initial，0，NULL，NULL}語(yǔ)句與主程序里面CGI函數(shù)中的int show_initial(Http-State*state)建立關(guān)系，并返回此函數(shù)結(jié)果在HTML文本里面顯示。
