盛榮，郝繼飛，王念，郝宇浩

（中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州221008）

1 引言

隨著嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能化終端借助Internet 實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集越來越受到人們的關(guān)注。而網(wǎng)絡(luò)編程正是其中的關(guān)鍵技術(shù)，能否利用網(wǎng)絡(luò)API 函數(shù)編寫出穩(wěn)定、功能強(qiáng)大的上位機(jī)系統(tǒng)，將關(guān)系到整個系統(tǒng)的成敗。文章介紹了一種基于組態(tài)王的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)以組態(tài)王為中心，以Visual C++6.0 為中介，通過Visual C++6.0 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE）傳遞給組態(tài)王，最后通過組態(tài)王對整個系統(tǒng)監(jiān)控。組態(tài)王連接SQL_Server 2008數(shù)據(jù)庫，不僅實現(xiàn)了監(jiān)控功能，還可以利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效的管理。

2 系統(tǒng)總體概述

系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)以組態(tài)王軟件和Visual C++6.0 為中心，Visual C++6.0 主要是實現(xiàn)套接字（SOCKET）和動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE）的編程。套接字實現(xiàn)對遠(yuǎn)程WIZ110SR模塊的數(shù)據(jù)采集，VC 把采集到的數(shù)據(jù)通過DDE 傳輸?shù)浇M態(tài)王，最后在組態(tài)王中實時監(jiān)控遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)下位機(jī)部分以Atmel 公司的Mega128單塊的數(shù)據(jù)采集，最后VC把采集到的數(shù)據(jù)通過DDE技術(shù)傳輸?shù)浇M態(tài)王，在組態(tài)王中實時監(jiān)控遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。單片機(jī)為核心，具有模擬量采集、開關(guān)量輸入/輸出、看門狗等功能。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the system

3 下位機(jī)設(shè)計

下位機(jī)主要包括Mega128 單片機(jī)外圍電路、WIZ110SR模塊和單片機(jī)軟件程序設(shè)計。

3.1 Mega128單片機(jī)外圍電路的設(shè)計

單片機(jī)外圍電路圖如圖2 所示，2 路模擬量輸入信號可以是0～5 V 電壓和4～20 mA 電流，模擬量輸入經(jīng)過壓頻變換電路LM331N 后變成頻率信號分別接到單片機(jī)的定時/計數(shù)器T1 和T3引腳。單片機(jī)的PB0～PB7 接8 路繼電器輸出。16 路開關(guān)量輸入分別接到單片機(jī)的PA0～PA7 和PC0～PC7。單片機(jī)把采集到的數(shù)字量和處理后的模擬量通過RS232 接口傳輸?shù)絎IZ110SR 模塊，然后再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程上位機(jī)。遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)送的繼電器開關(guān)的命令通過WIZ110SR 模塊傳輸?shù)絉S232 接口，然后傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)分析處理命令之后控制繼電器的輸出。之所以用到2 個RS232 接口是因為一個連接WIZ110SR模塊，把單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞到互聯(lián)網(wǎng)或把遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞到單片機(jī)。另一個預(yù)留給單片機(jī)連接別的串口設(shè)備，監(jiān)控別的串口設(shè)備的狀態(tài)，擴(kuò)展模塊的功能。

圖2 單片機(jī)外圍電路設(shè)計Fig.2 The peripheral circuits of MCU

3.2 WIZ110SR模塊簡介

WIZ110SR是一個將RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)關(guān)模塊，它可以通過以太網(wǎng)連接到RS232 接口實現(xiàn)與遠(yuǎn)程模塊的通信?？梢栽O(shè)置模塊的IP 地址、端口號、工作模式（客戶端模式、服務(wù)器模式和混合模式）。圖3 為在實驗室局域網(wǎng)中對模塊的配置：WIZ110SR 工作在客戶端模式下，IP 地址為192.168.1.42，端口號為55572。服務(wù)器的IP 地址為192.168.1.104，端口號為5050。

圖3 模塊配置畫面Fig.3 The configuration screen of module

3.3 單片機(jī)軟件程序設(shè)計

Atmega128 中的數(shù)據(jù)采集程序采用C 語言編寫，所用開發(fā)環(huán)境為avrstudio，編譯環(huán)境為GCC，完成3部分的工作：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)傳輸。

程序初始化部分要完成對IO 口，USART0，USART1，Timer0，Timer1 和Timer3 的 初 始 化。數(shù)據(jù)接收部分通過中斷實現(xiàn)，在Avrstudio 開發(fā)環(huán)境中串口0 接收中斷服務(wù)程序入口為INTERRUPT（SIG_UART0_RECV）。程序中的協(xié)議部分參考Modbus協(xié)議中的RTU傳輸模式。協(xié)議如表1所示。根據(jù)協(xié)議編出下位機(jī)程序，程序流程圖如圖4所示。

表1 Modus RTU通信協(xié)議Tab.1 The communication protocols of modbus RTU

圖4 單片機(jī)軟件流程圖Fig.4 MCU software flow chart

由于實際中只用到了Modbus 協(xié)議中的寫線圈和讀寄存器功能，所以只需要對功能碼中的03和05編程即可。

4 上位機(jī)設(shè)計

上位機(jī)主要以組態(tài)王軟件和Visual C++6.0為中心，VC實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)傳遞給組態(tài)王。

4.1 上位機(jī)總體設(shè)計方案

上位機(jī)總體設(shè)計方案如圖5所示，圖5a是上位機(jī)服務(wù)器設(shè)計，用來監(jiān)視遠(yuǎn)程系統(tǒng)的狀態(tài)，把遠(yuǎn)程單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開關(guān)量狀態(tài)和模擬量的值顯示在組態(tài)王界面中。圖5b 是客戶端設(shè)計，主要是組態(tài)王控制遠(yuǎn)程單片機(jī)的繼電器輸出狀態(tài)。程序中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要Socket 編程，組態(tài)王和VC 之間的數(shù)據(jù)交換使用的是DDE 技術(shù)，所以程序的關(guān)鍵技術(shù)包括套接字（SOCKET）編程和動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE）編程。

圖5 上位機(jī)總體設(shè)計方案Fig.5 The overall design of the upper computer

4.2 套接字編程

Sockets 是一種網(wǎng)絡(luò)編程接口，Socket 提供了很多靈活的函數(shù)，幫助程序員寫出高效的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。文章應(yīng)用了Windows平臺上的Sockets，即WinSocket。Socket 通信分為面向連接的通信（TCP）和面向無連接的通信（UDP），為了保證通信的實時性、準(zhǔn)確性，我們使用了面向連接的通信（TCP）。Visual C++中的Socket 核心函數(shù)簡介：

①創(chuàng)建Socket：m_pMySocket=new CMySocket；//動態(tài)內(nèi)存分配m_pMySocket-＞Create（）；//創(chuàng)建Socket。

②連接Socket：m_bLinked= m_pMySocket-＞Connect（m_strEditIPAddr，m_unEditPortNO）；m_strEditIPAddr 為服務(wù)器IP 地址，m_unEditPortNO服務(wù)器的端口號。返回值表示連接是否成功。成功返回TRUE，否則返回FALSE。

③接受連接：void CListenSocket：：OnAccept（int nErrorCode），監(jiān)聽套接字監(jiān)聽遠(yuǎn)程模塊的連接。

④接收數(shù)據(jù)：void CMySocket：：OnReceive（int nErrorCode），接收遠(yuǎn)程WIZ110SR 模塊傳送的數(shù)據(jù)。

⑤發(fā)送數(shù)據(jù)：void CSclientDlg：：OnButton-Send（），發(fā)送數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程的WIZ110SR 模塊。主要調(diào)用Send（）函數(shù)，通過建立連接的套接字發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.3 組態(tài)王與VC動態(tài)數(shù)據(jù)交換

DDE（dynamic data exchange）是一種動態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制。使用DDE通訊需要2個Windows應(yīng)用程序，其中一個作為服務(wù)器處理信息，另外一個作為客戶機(jī)從服務(wù)器獲得信息。主要應(yīng)用了如下函數(shù)。

4.3.1 初始化DDE會話

使用函數(shù)DdeInitialize idInst=DDEhInitial（LPCTSTR（"VIEW"），LPCTSTR（"Tagname"））；第1 個參數(shù)為應(yīng)用程序名，組態(tài)王的應(yīng)用程序名為VIEW，第2 個參數(shù)為話題名，即組態(tài)王中變量的名字。格式為項目名稱，寄存器地址。返回值為創(chuàng)建的DDE句柄。

4.3.2 DDE請求數(shù)據(jù)函數(shù)

CString DDEhRequest（DWORD idInst，LPCSTR szItem），請求與組態(tài)王所關(guān)聯(lián)的寄存器中的數(shù)值，返回值為所獲得話題名中的數(shù)據(jù)，類型為Cstrig類型。

4.3.3 DDE寫入函數(shù)

BOOL DDEhPoke（DWORD idInst，LPCSTR szItem，LPCSTR szData），往組態(tài)王寄存器中寫入數(shù)據(jù)，寫成功返回TRUE，否則返回FALSE。

4.3.4 結(jié)束DDE會話

BOOL DDEhTerminate（idInst）；結(jié) 束 本 次DDE 對話，斷開DDE 連接，參數(shù)為初始化時創(chuàng)建的DDE 句柄。斷開成功返回TRUE，否則返回FALSE。

4.4 VC界面

在組態(tài)王中建立設(shè)備仿真PLC stc8。stc8.STATIC0 代表8 路繼電器輸出，范圍為0～255，stc8.STRING1和stc8.STRING2代表PA口和PB口傳遞給組態(tài)王的16 路開關(guān)量狀態(tài)。stc8.STRING3 代表了2 路模擬量的輸入值，stc8.STRING4擴(kuò)展串口接收的數(shù)據(jù)。圖6的上半部分是基于Socket的網(wǎng)絡(luò)編程，下半部分是DDE與組態(tài)王動態(tài)數(shù)據(jù)交換，由于是在局域網(wǎng)中測試，所以服務(wù)器IP地址為內(nèi)網(wǎng)IP地址。

圖6 VC運行界面Fig.6 The VC operation interface

4.5 組態(tài)王界面

組態(tài)王界面如圖7所示，繼電器1～8為8個按鈕，可以控制下位機(jī)8路繼電器的輸出，黑色表示繼電器閉合，灰色表示繼電器開啟。開關(guān)量1～16為16 個指示燈，用于指示下位機(jī)16 路開關(guān)量的狀態(tài)，灰色代表高電平輸入，黑色代表低電平輸入。模擬量1、模擬量2 分別代表第1 路和第2路模擬通道的值。擴(kuò)展串口表示別的設(shè)備的串口發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)。

圖7 組態(tài)王監(jiān)控畫面Fig.7 The monitor screen of kingview

5 結(jié)論

本系統(tǒng)上位機(jī)使用組態(tài)王和Visual C++6.0，下位機(jī)使用遠(yuǎn)程模塊WIZ110SR 和Atmega128 單片機(jī)，實現(xiàn)了組態(tài)王對遠(yuǎn)程系統(tǒng)的監(jiān)控。組態(tài)王和VC 之間使用DDE 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，擴(kuò)展了組態(tài)王的應(yīng)用。解決了組態(tài)王不能上回的問題，經(jīng)過測試，表明該系統(tǒng)具有實是性強(qiáng)，強(qiáng)靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)的特點，具有很好的應(yīng)用價值，該系統(tǒng)通用性好，只需稍加改動就可以應(yīng)用到其他遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。

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