嵌入式网络数据采集系统在远程监测中的应用[五篇]

第一篇：嵌入式网络数据采集系统在远程监测中的应用

沈 阳 工 程 学 院

毕 业 设 计 论

专业班级： 通信技术·通信082班 学生姓名： 指导教师：

文

密级：内部

嵌入式网络数据采集系统在远程监测中的应

用

The Application of Embedded Network Data Collection System on Remote Monitoring

系别名称： 信息工程系 专业班级： 通信技术·通信082班 学生姓名： 学 号： 指导教师：

沈阳工程学院毕业论文 摘要

摘 要

网络技术的发展引发了工业控制领域的深刻技术变革。控制系统结构网络化与控制系统体系开放性将是控制系统技术发展的趋势。近年来，以太网和嵌入式的远程监测系统有了很大的发展，目前正在尝试利用以太网的开放性实现嵌入式控制系统的网络化。

作为一项新技术，嵌入式以太网是指将嵌入式系统接入以太网，计算机系统能够在INTERNET上访问该嵌入式设备，实现对嵌入式系统的远程监视，控制，诊断，测试和配置等功能。这种技术为高速以太网在工业现场分布式控制提供了一种方便，快速，通用型强，成本相对低廉的新型控制方案。

论文在首先阐述了嵌入式网络远程监测系统的概念，介绍了该系统的历史，研究方法及研究意义，对该系统的发展进行了展望。

介绍嵌入式操作系统uClinux的主要功能模块，同时对uClinux在实际应用的一些方面进行相应的分析；然后介绍移植的概念，主要介绍了嵌入式操作系统uClinux的移植过程，包括编译环境的建立、针对硬件的改动和裁减，对uClinux的文件系统进行了简要的分析。

然后从嵌入式控制器ARM7 S3C44B0入手，详细介绍了人机接口、A/D数据采集模块，在此基础上进行了数据采集应用程序在uClinux操作系统平台上的移植和驱动开发，完成了基于TCP协议的uClinux socket数据通信功能。

为了给客户端浏览器提供良好的用户界面，使用图形化处理语言LabVIEW作为客户机/服务器模式下的编程语言。重点论述了LabVlEW软件开发平台下的DataSocket机制，完成实时数据量经过服务器向网络客户机发布的功能，实现了基于客户机/服务器模型下的网络数据采集监测系统的C语言代码。

最后，阐述了利用LabVIEW SQL开发该嵌入式网络数据采集监控系统的数据库实现方法。

实验效果表明，用户不但可以采集嵌入式系统的实时数据，而且可以将该数据进行有效的分析，实现远程监测，诊断和配置功能。嵌入式WEB技术的实现对将信息网技术应用于工业现场分布式控制作出了有意的尝试，这种技术还可以推广到其他工业现场的控制要求中去。

关键词

以太网，嵌入式系统，远程监测，datasocket，客户机/服务器

I 沈阳工程学院毕业论文 Abstract

Abstract

Network technology industrial development raises profound technological change control areas.Control systems and control system structures network system openness will be the control system technology development trends.In recent years, Ethemet and an embedded remote monitoring system of considerable development, is currently trying to use Ethernet openness towards an embedded control system network.As a new technology, an embedded Ethernet access Ethemet refers to an embedded system, the computer system can visit the plug-in conferencing equipment, and achieve long-range surveilance of an embedded system, control, diagnosistesting and configuration, and other functions.Such as high-speed Ethemet technology in industrial distributed control site ofers a convenient, fast and generic-strong,relatively low-cost control programme.In the first paper explained the concept of an embedded network remote monitoring system, introduced the system of history, research methodology and research significance of the development of a vision of the system.Communication agreement is the key to the realization of network communications.The second chapter in the use of a wide range of introduced several communications agreements, especially after the realization of the monitoring system needs TCP/IP agreement and the contents of a detailed exposition Taojiezi.Secondly, on an embedded operating system 16ug Clinux main function modules, and the practical application of 16ug Clinux in some aspects of the corresponding analysis;Then introduced the concept of transplantation, the main introduced an embedded operating system 16ug Clinux the transplant process, including translation environment creation, and reduction in hardware changes.16ug Clinux documentation systems for the summary analysis.Then S3C44B0 form an embedded ARM7 controller with details on thecomputer interface, A/D data collection module on the basis of data collection applications in the operating system platform uClinux transplant and driven development, completed based on TCP socket agreement uClinux data communications functions.In order to provide good customer-browser user interface, use of graphics processing language LabVIEW as a client/server model of the programming language.LabVIEW software development platform focused on the DataSocket mechanism to accomplish real-time data from a network of client server publishing functions, based on the achievement of client/server model of the data collection network monitoring system C language code.Finaly, on the development of the plug-in using LabVIEW SQL network database for data collection and control systems.II 沈阳工程学院毕业论文 Abstract

Experimental results indicate that users can collect data on an embedded real-time systems, but also the effective data analysis and achieve long-range monitoring, diagnosis and configuration functions.Plug-Web technology for the realization of the industrial site will be distributed information network technology to control a deliberate atempt, the technology can also be extended to other industrial scene control requirements.Key words ethernet, plug-in systems, remote monitoring, datasocket, client/server

III 沈阳工程学院毕业论文 目录

目 录

摘要..................................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 第1章 绪论...................................................................................................................................1

1.1 研究课题的引出...............................................................................................................1 1.2 嵌入式以太网监测系统的历史与现状...........................................................................1

1.2.1 嵌入式以太网监测系统的历史.............................................................................1 1.2.2 嵌入式以太网监测系统的实现方法.....................................................................2 1.2.3 嵌入式以太网监测系统的研究意义.....................................................................2 1.3 现阶段以太网监测技术与嵌入式系统的发展...............................................................3

1.3.1 以太网监测技术的发展.........................................................................................3 1.3.2 嵌入式监测系统的发展.........................................................................................3 1.3.3 以太网监测技术中尚需解决的主要问题.............................................................4 1.4 本文研究的内容和组织安排...........................................................................................4 1.5 本章小结...........................................................................................................................5 第2章 嵌入式操作系统及uClinux.............................................................................................6

2.1 uClinux操作系统介绍......................................................................................................6

2.1.1 uClinux的内存管理................................................................................................6 2.1.2 uClinux的进程和线程管理....................................................................................7 2.1.3 针对实时性的解决方案.........................................................................................8 2.1.4 uClinux的内核加载方式........................................................................................8 2.1.5 uClinux的根（root）文件系统..............................................................................8 2.1.6 uClinux的应用程序库............................................................................................8 2.2 建立uClinux开发环境....................................................................................................9

2.2.1 移植概述.................................................................................................................9 2.2.2 交叉编译环境的建立.............................................................................................9 2.2.3 建立宿主机开发环境...........................................................................................10 2.2.4 编译uCIinux内核................................................................................................10 2.2.5 构建文件系统.......................................................................................................12 2.3 本章小结.........................................................................................................................13 第3章 嵌入式数据采集系统的硬件设计.................................................................................14 3.1 嵌入式数据采集系统的硬件结构.................................................................................14 3.2 嵌入式数据采集系统主要功能的实现.........................................................................15 3.2.1 嵌入式ARM微处理器........................................................................................15 3.2.2 数据采集与处理...................................................................................................15 3.2.3 人机交互接口设计...............................................................................................16 3.3 本章小结.........................................................................................................................18 第4章 应用LabVIEW实现远程监测......................................................................................19 4.1 分布式应用程序间的通信模式.....................................................................................19 4.1.1 C/S模式.................................................................................................................19 4.1.2 B/S模式.................................................................................................................19 4.2 LabVIEW网络通信技术................................................................................................19

IV 沈阳工程学院毕业论文 目录

4.2.1 LabVIEW中的TCP通信.....................................................................................19 4.2.2 虚拟仪器网络测控系统软件的构成方案及工作原理.......................................20 4.3 DataSocket通信编程......................................................................................................21 4.4 DataSocket客户端网页网页发布功能..........................................................................22 4.4.1 配置LabVIEW Web Server.................................................................................22 4.4.2 在LabVIEX环境中操作Remote Panels............................................................23 4.5 本章小结.........................................................................................................................24 结 论.............................................................................................................................................25 致 谢.............................................................................................................................................26 参考文献.......................................................................................................................................27

V 沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论

第1章 绪论

1.1 研究课题的引出

网络技术的发展引发了工业控制领域的深刻技术变革。控制系统结构网络化与控制系统体系开放性将是控制系统技术发展的趋势。人们希望当一台设备具有网络功能时，可以在任何时间、任何地点、使用任何平台随时察看设备的实时状态，并在远程实现对这台设备的监视、控制、诊断、测试和配置等操作。预计在不远的将来，每台设备中都将有一个IP地址，与Internet网络相连接，具有远程诊断和维护等功能[1]。

在工业控制中，普遍使用现场总线进行数据传输，现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置域控制室内的自动化控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。国际上现有多种现场总线标准，包括基金会现场总线FF、控制局域网络CAN、局部操作网络Lonworks过程现场总线包括PROFIBUS和HART协议，以及DeviceNet，Controlnet，P-Net等，而且在今后相当长一段时间内多种现场总线将并存。在工业现场使用现场总线通信主要有以下弊端：使用专用线缆通信、成本高、协议不统一、传输信息单一。因此，需要另一种通信网络取代传统的现场总线应用于工业现场通信。

目前，以太网在确定性和速度方面有了很大的提高，已成为世界上应用最多的网络，正逐渐应用于工业自动化领域。与此同时，各种嵌入式系统也在不断发展，越来越多的嵌入式控制设备都具有了以太网接入功能，因而能够利用以太网的开放性实现嵌入式控制系统的网络化，实现通过浏览器访问并监控设备，为用户提供了一种方便、快速、通用性强、传递信息多样、成本相对低廉的现场通信方式。

1.2 嵌入式以太网监测系统的历史与现状

1.2.1 嵌入式以太网监测系统的历史

将嵌入式系统与以太网监测系统相结合的想法由来己久，主要的困难在于当时的以太网在速度和确定性等方面都有很大欠缺，不能满足工业通信网络要求；另外，各种网络通信协议对于嵌入式系统存储器容量、运算速度等的要求比较高，当时的嵌入式系统中除部分32位以上的处理器外，都无法达到这一要求。

随着工业以太网在速度上不断提高以及交换技术、全双工工作方式等技术的融入，以太网与工业通信网络的差距正在逐步缩小。另外，从80年代起，一些IT组织和公司开始进行嵌入式系统的研发，大部分新开发的嵌入式处理器都支持网络协议，如AMD公司的AM 186系列嵌入式处理器、MOTOROLA公司的M68HC系列嵌入式处理器等等。可以说，目前研究嵌入式以太网的条件已经成熟。沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论

国外对嵌入式以太网的研究己从理论阶段过渡到开发阶段。在工业控制领域，美国OPT22公司采用嵌入式以太网，研制开发了“以太网I/O系统”—SNAPI/O系统，通过以太网对分布在远程设备现场的I/O口进行访问，从而实现对一远程设备的监测和控制。SNAPI/O己成功应用于工业过程控制、路桥收费系统监控、输油管线的监控及楼宇的智能化监控等多项工程中。此外，惠普公司应用的是IEEE1451.2智能传感器标准，研制的嵌入式以人网控制器具有10BaseT以太网接口，能够运行FTP/HTTP/TCP/UDP协议，应用于传感器、驱动器等现场设备。

目前，国内在基于嵌入式以太网方面的研究并不多见，对工业通信网络领域的理论研究主要局限于现场总线网络上，也有部分学者对建立工业以太网通信网络进行了探讨，但仍停留在概念上，未能进入到实质研究阶段[2]。

1.2.2 嵌入式以太网监测系统的实现方法

嵌入式以太网监测系统的实质是在嵌入式系统的基础上实现网络化，使嵌入式系统能够实现TCP/IP网络通信协议，接入以太网。将嵌入式系统与TCP/IP协议融合到一起主要有两种方法：

⑴硬件方式：使用己有的TCP/IP芯片直接作为以太网口。这种方一法的优点是可靠性高，执行速度快，但往往硬件电路复杂，价格昂贵，硬件成本高；

⑵软件方式：将基于TCP/IP协议以软件方式嵌入到嵌入式系统的ROM中。这种方法成本低廉、实现灵活，软件编写相对复杂，但只要选用的嵌入式系统带有能够可靠实现TCP/IP协议的软件包，则开发比较容易。

通过比较这两种实现方法的优缺点，论文选用以软件方式实现了基于TCP/IP协议的嵌入式系统。嵌入式以太网WEB就是在嵌入式系统实现TCP/IP网络协议的基础上，使用其它的网络技术实现其WEB功能，如浏览器与服务器之间的信息交互，Socket数据传输等。

1.2.3 嵌入式以太网监测系统的研究意义

当一台设备具有网络接入功能时，人们可以在任何地方、任何时间、任何地点、使用任何平台随时浏览设备实时的状态、并在远程实现对这台设备的监视、控制、诊断、测试和配置。

使用现场总线控制技术对现场设备进行监控时，需要通过专用通信线，不仅通信介质是专用的，而且通信协议、配套软件和硬件都要专门设计。与之相比，若采用嵌入式以太网，只要将嵌入式设备连接到以太网，就能很方便的实现监控功能，其意义如下：

·监控设备集网络服务器、信号转换、采样及TCP/IP通信功能于一体，结构简单，体积微小，因而系统具有更加优良的性价比；

·不需要专用的通信线路，可以使用现成网络资源； ·由于采用TCP/IP等网络协议，传输数据多、速度快； ·不仅可以传递数据信息，还可以传递声音及图像信息； 沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论

·协议公开统一，监控信息可以使用任意一种WEB浏览器读取[4]。

1.3 现阶段以太网监测技术与嵌入式系统的发展

1.3.1 以太网监测技术的发展

目前，以太网监测技术得到迅速的发展，主要表现在以下几个方面： 1.通信确定性

首先，以太网的通信速率从最初的10M，100M提高到了1000M，10G，这些高速以太网为网络通信提供了足够的带宽。在数据吞吐量相同的情况下，通信速度的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，也就意味着网络碰撞几率大大下降。

其次，在星型拓扑结构的以太网中使用交换机将网络划分为若干个网段。以太网交换机具有数据存储的功能，能够对以太网上传输的数据帧进行缓冲，降低数据碰撞的几率；同时以太网交换机可以对网络上传输的数据进行包过滤，使每个网段内节点之间数据的传输只限在本网段内进行，不需要经过主干网，不占用其它网段的带宽，从而降低了主干网和子网中的网络负荷。

再次，全双工通信方式使得以太网中的冲突域不复存在。全双工通信是在端口间使用两对双绞线（或两根光纤）上分别接收和发送报文帧，从根本上解决了数据冲突的产生。

2.通信稳定性和可靠性

绝大多数以太网接插件、集线器、交换机和电缆均是为办公领域设计的，其抗干扰性能差，不符合工业现场恶劣环境的要求，也不具备本质安全特性和向现场仪表供电的性能。为了解决在工业应用领域，在极端条件下网络稳定工作的问题，目前提出了采用DB-9结构代替RJ-45插口的方法，这种方法牢固抗振动，并易于实现向现场仪表供电。

在可靠性方面，提出了以太网环冗余的概念，在一定程度上提高了以太网通信的可靠性。

1.3.2 嵌入式监测系统的发展

嵌入式系统的发展大致经历了3个阶段：

第一阶段：以单片机为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测指示设备相配合的功能，一般没有操作系统的支持。

第二阶段：以嵌入式实时操作系统为标志。操作系统内核精小、效率高，具备文件和目录管理、多任务、网络支持等，嵌入式应用软件丰富，但与互联网无关。

第三阶段：以基于互联网为标志的嵌入式系统。

目前，嵌入式系统发展迅速，并趋于小型化、智能化，为嵌入式以太网的应用提供了理想的实施对象[6]。沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论

1.3.3 以太网监测技术中尚需解决的主要问题

以太网在应用于工业通信网络时，还需要解决以下关键问题： 1.以太网实时通信服务质量

所谓实时通信服务质量（Quality of Service，QoS），是指以太网用于工业控制现场时，为满足工业自动化实时控制要求，而提出的一系列通信特征需求，主要用来反映工业过程控制中的实时性能。

工业控制现场网络中传送的数据信息，除了各种测量数据、报警信号、组态监控和诊断测试信息以外，还有历史数据备份、工业音频视频数据等。这些信息对于实时性和通信带宽的要求各不相同，因此要求工业通信网络能够适应各种信息的通信要求，为紧急任务提供优先服务，同时为非紧急任务提供（Best-Efort，BE）服务，从而保证整个工业控制系统的性能。

2.网络安全性

在以太网上使用TCP/IP协议，有可能会受到包括病毒、黑客侵入等网络安全威胁。对此，一般采用网络隔离（如网关、服务器隔离）办法，将控制区域内部通信网络与外部信息网络分开。还可以通过用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理。但目前还没有针对工业自动化通信网络安全的成熟软件。

3.现场安全性

工业现场环境可能存在易燃、易爆及有毒气体，以太网用于工业现场的通信网络必须采取一定的保证安全的措施。

1.4 本文研究的内容和组织安排

本文的设计流程图可由图1.1表示。从总体上看，整个文章可分为以下几个部分： 第一部分是从下位机的角度，为嵌入式开发板建立系统移植、数据采集驱动开发和uClinux网络通信程序；

第二部分是从服务器和客户机的角度，建立基于C-S模式的socket上下位机多机通信； 第三部分是从服务器的角度，开发数据库以便进行实时数据的保存。因此，基于以上考虑，全文共分为七章对本项目进行论述。第1章阐述了嵌入式网络远程监测系统的概念，介绍了该系统的历史，研究方法及研究意义，对该系统的发展进行了展望。

第2章介绍嵌入式操作系统uClinux的主要功能模块，同时对uClinux在实际应用的一些方面进行相应的分析；然后介绍移植的概念，主要介绍了嵌入式操作系统uClinux的移植过程，包括编译环境的建立、针对硬件的改动和裁减，对uClinux的文件系统进行了简要的分析。

第3章从嵌入式控制器ARM7 S3C444B0入手，详细介绍了人机接口、A/D数据采集模块，在此基础上进行了数据采集应用程序在uClinux操作系统平台上的移植和驱动开发，完沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论

成了基于TCP协议的uClinux socket数据通信功能。

第4章介绍了图形化处理语言LabVIEW，并将此语言作为客户机/服务器模式下的编程语言。重点论述了LabVIEW软件开发平台下的DataSocket机制，完成实时数据量经过服务器向网络客户机发布的功能，实现了基于客户机/服务器模型下的网络数据采集监测系统的C语言代码。

实验效果表明，用户不但可以采集嵌入式系统的实时数据，而且可以将该数据进行有效的分析，实现远程监测，诊断和配置功能。嵌入式WEB技术的实现对将信息网技术应用于工业现场分布式控制作出了有意的尝试，这种技术还可以推广到其他工业现场的控制要求中去。

本文的设计流程图可由图1.1表示。

图1.1 整体设计框图

1.5 本章小结

本章从总体上介绍了本课题的研究背景，论述了网络监测系统的历史，研究方法和发展情况，并提出了今后网络监测系统研究总需要解决的相关问题。最后概括出本实验的整体设计框图。沈阳工程学院毕业论文 第2章 嵌入式操作系统及UCLINUX

第2章 嵌入式操作系统及uClinux

uClinux是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uClinux主要是针对口标处理器没有存储管理单元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系统而设计的。本系统采用uClinux做为嵌入式操作系统的主要是基于uClinux的许多优良特点，例如开源、稳定、良好的移植性等。

2.1 uClinux操作系统介绍

Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现存广泛应用子服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uClinux正是在这种氛围下产生的。在uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示控制的意思，所以uClinux就是Mcro-control-Linux，字面上的理解就是“针对微控制领域而设计的Linux系统”[10]。

uClinux最大的特征就是没有MMU（内存管理单元模块）。它很适合那些没有MMU的处理器。这种没有MMU的处理器在嵌入式领域中应用得相当普遍。本系统中使用的ARM7内核微赴理器，其本身也没有MMU。同标准的Linux比，由于uClinux自身不支持MMU，多任务的实现就需要技巧了。但是，在uClinux上运行的绝大多数的用户程序并不需要多任务。另外针对uClinux内核的二进制代码和源代码都经过了重新编写，以紧缩和裁剪基本的代码。这就使得uClinux的内核同标准的Linux内核相比非常之小，但是它仍保持了Linux操作系统的主要的优点，如稳定性、强大的网络功能和出色的文件系统支持等。uClinux包含Linux常用的API、小于512K的内核和相关的上具。操作系统所有的代码量较小。

uClinux有一个完整的TCP/IP协议栈，同时对其它许多的网络协议都提供支持。这些网络协议都在uClinux上得到了很好的实现。对嵌入式系统而言，uClinux可以称作是一个优秀网络操作系统。uClinux所支持的文件系统有多种，其中包括了最常用的NFS（网络文件系统）、ext2，romfs、MS-DOS及FAT 16/32等[9]。

2.1.1 uClinux的内存管理

Linux系统的内存管理至少实现了以下功能：

⑴可以运行比内存还要大的程序。理想情况下应该可以运行任意大小的程序。⑵可以运行只加载了部分的程序，缩短了程序启动的时间。⑶可以使多个程序同时驻留在内存中提高CPU的利用率。

⑷可以运行重定位程序。即程序可以放于内存中的任何一处，而且可以在执行过程中移动。

⑸写机器无关的代码。程序不必韦先约定机器的配置情况。沈阳工程学院毕业论文 第2章 嵌入式操作系统及UCLINUX

⑹减轻程序员分配和管理内存资源的负担。

⑺可以进行共享，例如，如果两个进程运行同一个程序，它们应该可以共享程序代玛 的同一个副本。

⑻提供内存保护，进程不能以非授权方式访问或修改页面，内核保护单个的进程的数据和代码以防止其它进程修改它们。否则，用户程序可能会偶然（或恶意）地破坏内核或其它用户程序。

2.1.2 uClinux的进程和线程管理

进程：进程是一个运行程序并为其提供执行环境的实体，它包括一个地址空间和至少一个控制点，进程在这个地址空间上执行单一指令序列。进程地址空间包括．可以访问或引用的内存单元的集合，进程控制点通过一个一般称为程序计数器（program counter，PC）的硬件寄存器控制和跟踪进程指令序列。fork：由于进程为执行程序的环境，因此在执行程序前必须先建立这个能跑程序的环境。Linux系统提供系统调用拷贝现行进程的内容，以产生新的进程，调用fork的进程称为父进程：而所产生的新进程则称为子进程。子进程会承袭父进程的一切特性，但是它有自己的数据段，也就是说，尽管子进程改变了所属的变量，却不会影响到父进程的变量值。

父进程和子进程共享一个程序段。但是各自拥有自己的堆栈、数据段、用户空间以及进程控制块。换言之，两个进程执行的程序代码是一样的，但是各有各的程序计数器与自己的私人数据。

当内核收到fork请求时，它会先查核三件事：首先检查存储器是不是足够；其次是进程表是否仍有空缺；最后则是看看用户是否建立了太多的子进程。如果上述说三个条件满足，那么操作系统会给子进程一个进程识别码，并且设定CPU时间，接着设定与父进程共享的段，同时将父进程的文件节点索引mode拷贝一份给予进程运用，最终子进程会返回数值0以表示它是子进程。至于父进程，它由能等待子进程的执行结束，或与子进程各做各的。

uClinux没有MMU管理存储器，在实现多个进程时（fork调用生成子进程）需要实现数据保护。

uClinux的多进程管理通过vfork来实现。这意味着uClinux系统调用完成后，要么子进程代替父进程执行（此时父进程己经sleep直到子进程调用exit退出），要么调用exec执行一个新的进程，这个时候将产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不能避免。当子进程执行exit或exec后，子进程调用wakeup，以此将父进程唤醒，使父进程继续往下执行。

uClinux的这种多进程实现机制同它的内存管理紧密相关。uClinux针对nommu处理器开发，所以被迫使用一种flat方式的内存管理模式，启动新的应用程序时系统必须为应用程序分配存储空间，并立即把应用程序加载到内存。缺少了MMU的内存重映射机制，uClinux必须在可执行文件加载阶段对可执行文件reloc处理，使得程序执行时能够直接使用物理内存。沈阳工程学院毕业论文 第2章 嵌入式操作系统及UCLINUX

2.1.3 针对实时性的解决方案

uClinux本身并没有关注实时问题，它并不是为了Linux的实时性而提出的。另外有一种Linux-RTlinux关注实时问题。RTlinux执行管理器把普通Linux的内核当成一个任务运行，同时还管理了实时进程。而非实时进程则交给普通Linux内核处理。这种方法已经应用于很多的操作系统用于增强操作系统的实时性，包括一些商用版UNIX系统，Windows NT等。这种方法优点之一是实现简单，且实时性能容易检验。优点之二是由于非实时进程运行于标准Linux系统，同其它Linux商用版本之间保持了很大的兼容性。优点之三是可以支持硬实时时钟的应用。uClinux可以使用RTlinux的patch，从而增强uClinux的实时性，使得uClinux可以应用于工业控制、进程控制等一些实时要求较高的应用。

2.1.4 uClinux的内核加载方式

uClinux的内核有两种可选的运行方式：可以在flash上自接运行，也可以加载到内存中运行。这种做法可以减少内存需要。

Flash运行方式：把内核的可执行映象烧写到flash上，系统启动时从flash的某个地址开始逐句执行。这种方法实际上是很多嵌入式系统采用的方法。

内核加载方式：把内核的压缩文件存放在flash上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行，这种方式相对复杂一些，但是运行速度可能更快（ram的存取速率要比flash高）。同时这也是标准Linux系统采用的启动方式。在我们的嵌入式系统中，我们采用的是这种方式。

2.1.5 uClinux的根（root）文件系统

uClinux系统采用romfs文件系统，这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面，首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，在建立文件系统超级块（superblock）需要更少的存储空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理（ram盘将采用ext2文件系统）。

2.1.6 uClinux的应用程序库

uClinux小型化的另一个做法是重写了应用程序库，相对于越来越大且越来越全的libc库，uClibc对libc做了精简。uClinux对用户程序采用静态连接的形式，这种做法会使应用程序变大，但是基于内存管理的问题，不得不这样做，同时这种做法也更接近于通常嵌入式系统的做法。沈阳工程学院毕业论文 第2章 嵌入式操作系统及UCLINUX

2.2 建立uClinux开发环境

2.2.1 移植概述

1．基于处理器的移植

这种类型的移植要求从一种处理器的编译器开始。这是最主要也是最困难的一步。通常当一个操作系统要运行于一定的处理器，都需要特定的编译器把操作系统（应用程序）编译成特定处理器可识别的字节码。

针对Linux系统而言，由于GNU套件支持大量的处理器。而且如前文所述，GNU编译器GCC在设计时就已经考虑跨平台的问题，所以在进行GCC移植时我们可以不考虑前端高级语言解析的部分（针对C语言等解析的过程），而只需要考虑后端的移植（主要针对处理器部分），这些后端告诉GCC在编译时怎样形成汇编代码，怎样满足处理器体系结构下的参数传递，怎样针对处理器进行流水线优化等。

基于处理器的移植还包括操作系统的移植（假如嵌入式设备不需要操作系统，则编译器完成后就可以进入编写应用的阶段）。任何操作系统都有一定的代码是同处理器相关的，而操作系统为了增加运行效率，通常总是使用了大量特定处理器提供的底层功能支持。这些与特定处理器相关的部分最终都必须修改，使其适用于新的处理器。

另外从编写应用的角度来看，还必须提供函数库。因此函数库的穆植也是必须的。2．基于平台的移植

这种移植相对于处理器的移植而言所处的开发层次更高，在板级上进行。对于一个嵌入式设备，除了处理器还要有很多周边的器件才能正常上作。因此操作系统在运行时必须初始化特定目标板的器件。

这些器件中最主要的是flash，sdram等。这些设备在系统启动后必须能够正确寻址，从而操作系统能够正常运行。此外可能需要考虑的问题包括，打印终端，串口，以太网设备等。本系统涉及移植类型即是基于平台的移植。

我在移植uClinux时，所采用的uClinux系统己经有运行于S3C44B0芯片上。所以编译器己经不需要做太多的上作，只需对其中有些地方加以修改，这样将极大节省工作量。

2.2.2 交叉编译环境的建立

绝大多数Linux软件开发都是以native方式进行的，即本机开发、调试，本机运行的方式。这种方式通常不适合于嵌入式系统的软件开发。因为对于嵌入式系统的开发，没有足够的资源在本机（即板子上系统）运行开发工具和调试工具。通常嵌入式系统的软件开发采用一种交叉编译调试方式。交叉编译调试环境建立在宿主机（即一台PC机）上，对应的开发板叫做目标板。开发时使用宿主机上的交叉编译、汇编及链接上具形成可执行的二进制代码，然后把可执行文件下载到口标机上运行和调试。沈阳工程学院毕业论文 第2章 嵌入式操作系统及UCLINUX

2.2.3 建立宿主机开发环境

在进行嵌入式uClinux应用开发设计之前，首先需要安装一台装有指定操作系统的PC机作宿主机。对于嵌入式uClinux，宿主机上的操作系统一般要求为Redhat Linux，在本课题中用的是Redhat 9.0。对于没有使用类UNIX操作系统的设计者，安装Redhat 9.0一般选择完全安装，这样可以避免在实际操作时引起不必要的麻烦。嵌入式开发通常要求宿主机配置有网络，支持NFS，支持tftp服务器等等。对于Redhat 9.0，它默认打开了防火墙。对于外来的IP访问，它会全部拒绝，这样其它网络设备就根本不可能访问它，即开发板无法使用NFS，无法通过tftp从它下载，无法完成telnet等。因此网络安装好后，应关闭防火墙并且去掉ipchains和iptables两项服务。NFS和tftp服务器的设置完全可以在Redhat 9.0的KDE图形界面下完成。

由于uClinux及它的相关开发工具集大多都是来自于软件组织的开放源代码，大多数软 件都可以从网站http：//文件。如图4.7。

图4.7 生成HTML文件

4.4.2 在LabVIEX环境中操作Remote Panels

完成上述配置后，就可以在LabVIEW环境中运行一个Remote Panels了。

第一步：在Web Server端计算机中打开该VI前面板窗口（必须要打开，否则客户端在连接这个VI时会出错）

第二步：在Client客户端的LabVIEW菜单栏中选择Operate》Connect to Remote Panel--，弹出Connect to Remote Panel对话框，如图4.8所示。沈阳工程学院毕业论文 第4章 应用LabVIEW实现远程监测

图4.8 Connect to Remote Panel对话框

第三步：在Connect to Remote Panel对话框的Server IP Address栏中，输入Server端计算机的IP地址、域名或计算机名，如192.168.1.138；在VI Name栏中输入想要控制的VI名称数据采集。在PORT栏中输入Web Server configuration中设定的HTTP Port（默认值为80）。

第四步：单击Connect按钮，Remote Panels就会出现在屏幕上了。如图4.9所示。

图4.9 Remote Panels

4.5 本章小结

本节详细介绍了LabVIEW DataSocket的c-s模式下的网络通信基本理论和方法，并完成了基于LabVIEW DataSocket机制的服务器和客户机软件，该软件可顺利实现上下位机网络通信功能。沈阳工程学院毕业论文 结论

结 论

本文在基于网络的嵌入式数据采集系统的基础上，重点研究了虚拟仪器的网络通讯技术；并针对构建嵌入式网络数据采集系统提出了可行性方案。

本文完成的具体工作如下：

1．分析了嵌入式以太网监测系统研究的历史与现状，概括了当今嵌入式以太网监控系统常用的实现方法，提出了以太网监测技术中尚需解决的主要问题。

2．对基于ARM微处理器S3C44B0X的嵌入式数据采集系统进行总体设计，介绍了嵌入式系统的硬件结构，并详细介绍了嵌入式系统主要硬件功能的具体实现过程。

3．提出了基于LabVIEW的数据采集系统结构，介绍了数据采集设备的设置与测试。充分发挥虚拟仪器的优势，采用模块化设计软件方法，通过软、硬件结合，使用LabVIEW软件设计了一个实用的数据采集系统，实现了对多通道温度信号的采集处理。

4．应用TCP和DataSocket技术，在网络上只需传输数据，从而真正实现服务器/客户端模式的网络化虚拟仪器。这种方式便得用户只需要打开相应的应用程序就可以实时查看远方的实时数据采集监测情况。沈阳工程学院毕业论文 致谢

致 谢

首先感谢我尊敬的指导老师，本论文是在他的悉心指导和关怀下完成的。在这三年的学习期间，严谨的治学态度、渊博的专业知识以及忘我的工作热情对我的一生都有若非常深远的影响，激励我不断努力学习和工作，向着更高的人生目标奋斗！在学术上给予我很多指导和帮助，为我们创造良好的学习氛围，正是在这种环境下我才能够顺利完成毕业论文。此外，读书期间，使我们受益的不仅仅是广博的知识，丰富的经验，更为重要的是党老师在为人，为师，以及科研中的态度。在为人方面，我懂得了做人要积极乐观，正直，乐于助人；科研中，要严谨认真、脚踏实地、勤于动脑、勤于动手。这些在我以后的工作和生活中将是我所要努力做到的。

在论文撰写期间，我要感谢帮助过我的实验室同学们，他们给我提出了许多宝贵的意见，激发了我写作的灵感。在此表示最深的谢意。

感谢父母的养育之恩！感谢家人的理解与支持！

最后，对评审论文的各位专家、学者表示衷心的感谢！沈阳工程学院毕业论文 参考文献

参考文献

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第二篇：基于嵌入式ARM平台的远程IO数据采集系统的研究和开发.

Research and Development of the Remote I/O Data Acquisition System Based on Embedded ARM Platform

INTRODUCTION

With the wide use of the networked, intelligent and digital distributed control system, the data acquisition system based on the single-chip is not only limited in processing capacity, but also the problem of poor real-time and reliability.In recent years, with the rapid development of the field of industrial process control and the fast popularization of embedded ARM processor, it has been a trend that ARM processor can substitute the single-chip to realize data acquisition and control.Embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consumption, and so on.In this paper, a new kind of remote I/O data acquisition system based on ARM embedded platform has been researched and developed, which can measure all kinds of electrical and thermal parameters such as voltage, current, thermocouple, RTD, and so on.The measured data can be displayed on LCD of the system, and at the same time can be transmitted through RS485 or Ethernet network to remote DAS or DCS monitoring system by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The new

generation remote data acquisition and moni-toring system based on the high-performance embedded ARM microprocessor has important application significance.STRUCTRUE DESIGN OF THE WHOLE SYSTEM

The whole structure chart of the remote data acquisition and monitoring system based on embedded ARM platform is shown in Figure 1.In the scheme of the system, the remote I/O data acquisition modules are developed by embedded ARM processor, which can be widely used to diversified industries such as electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.This system is mainly used for the concentrative acquisition and digital conversion of a variety of electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermo-couple in the production process.Then the converted data can be displayed on the LCD directly, and also can be sent to the embedded controller through RS485 or Ethernet network communication interface by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The data in the embedded controller platform is transmitted to the work-stations of remote monitoring center by Ethernet after further analyzed and pro-cessed.At the same time, these data can be stored in the real time database of the database server in remote monitoring center.The system has the dual redun-dant network and long-distance communication

function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The hardware platform of the Remote I/O data acquisition system based on emb-edded ARM uses 32-bit ARM embedded microprocessor, and the software plat-form uses the real-time multi-task operating system uC/OS-II, which is open-source and can be grafted, cut out and solidified.The real time operating system(RTOS makes the design and expansion of the application becomes very easy, and without more changes when add new functions.Through the division of the appli-cation into several independent tasks, RTOS makes the design process of the application greatly simple.Figure 1 Structure of the whole system THE HARDWARE DESIGN OF THE SYSTEM

The remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform has high universality, each acquisition device equipped with 24-way acquisition I/O channels and isolated from each other.Each I/O channel can select a variety of voltage and current signals, as well as temperature signals such as thermal resis-tance, thermocouple and so on.The voltage signals in the range of 0-75 mV ,1-5V ,0-5V, and so on, the current signals in the range of 0-10mA and 4-20 mA, the thermal resistance measurement components including Cu50, Cu100, Pt50, Pt100, and the thermocouple measurement components including K, E, S, T, and so on.Figure2.Structure of the remote I/O data acquisition system based on ARM processor The structural design of the embedded remote I/O data acquisition system is shown in Figure 2.The system equipped with some peripherals such as power, keyboard, reset, LCD display, ADC, RS485, Ethernet, JTAG, I2C, E2PROM, and so on.The A/D interface circuit is independent with the embedded system, which is independent with the embedded system, which is system has setting buttons and 128*64 LCD, which makes the debugging and modification of the parameters easy.The collected data can be sent to the remote embedded controller or DAS, DCS system by using

Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol through RS485 or Eth-ernet communication interface also, and then be used

for monitoring and control after farther disposal.The system of RS485 has a dual redundant network and long-distance communication function.As the embedded Ethernet interface makes the remote data exchange of the applications become very easy, the system can choose RS485 or Ethernet interface through jumper to communicate with host computer.Ethernet interface use independent ZNE-100TL intelligent embedded Ethernet to serial port conversion module in order to facilitate the system maintenance and upgrade.The ZNE-100TL module has an adaptive 10/100M Ethernet interface, which has a lot of working modes such as TCP Server, TCP Client, UDP, Real COM, and so on, and it can support four connections at most.Figure3.Diagram of the signal pretreatment circuit

Figure 3 shows the signal pretreatment circuit diagram.The signals of thermo-couple such as K,E,S,T etc and 0-500mV voltage signal can connect to the positive end INPx and the negative end INNx of the simulate multiplexers(MUX directly.The 4-20mA current signal and 1-5V voltage signal must be transformed by resis-tance before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.The RTD thermal resistance signals such as Cu50, Cu100, Pt50 and Pt100 should connect one 1mA constant current before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.Figure4.Diagram of ADC signal circuit Figure 4 shows the ADC signal circuit, which using the 16-bit ADC chip AD7715.The connection of the chip and the system is simple and only need

five lines which are CS(chip select, SCLK(system clock, DIN(data input, DOUT(data output and DRDY(data ready.As the ARM microprocessor has the characteristics of high speed, low power, low voltage and so on, which make its capacity of low-noise, the ripple of power, the transient response performance, the stability of clock source, the reliability of power control and many other aspects should be have higher request.The system reset circuit use special microprocessor power monitoring chip of MAX708S, in order to improve the reliability of the system.The system reset circuit is shown in Figure 5.Figure5.Diagram of system reset circuit

SOFTWARE DESIGN AND REALIZATION OF THE SYSTEM

The system software of the remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform use the real-time operating system(RTOS uC/OS-II, which is open-source and can be grafted，cut out and solidified.The key part of RTOS is the real-time multi-task core, whose basic functions including task management, resource management, system management, timer management, memory management, information management, queue management and so on.These functions are used though API service functions of the core.The system software platform use uC/OS-II real-time operating system core simplified the design of application system and made the whole structure of the system simple and the complex application hierarchical.The design of the whole system includes the tasks of the operating system and a series of user applications.The main function of the system is mainly to realize the initialization of the system hardware and the operating system.The initialization of hardware includes interr-upt、keyboard、LCD and so on.The initialization of operating system includes the control blocks and events control blocks, and before the start of multi-task schedu-ling, one task must be started at least.A start task has been created in this system, which is mainly responsible for the initialization and startup of clock, the start-up of interruption, the initialization of communication task module, as

well as the division of tasks and so on.The tasks must be divided in order to complete various functions of the real-time multi-task system.Figure6.Functional tasks of the system software Figure6 shows the functional tasks of the system software.According to importance of the tasks and the demands of real-time, the system applications are divided into six tasks with different priority, which including the tasks of A/D data acquisition, system monitoring, receive queue, data send, keyboard input, LCD display.The A/D data acquisition task demands the highest real-time requirements and the LCD display task is the lowest.Because each task has a different priority, the higher-priority task can access the ready one by calling the system hang up function or delay function.Figure7.Chart of AD7715 data transfer flow Figure 7 shows the data conversion flow of AD7715.The application A/D conversion is an important part of the data acquisition system.In the uC/OS-II real-time operating system core, the realization process of A/D driver depends mainly on the conversion time of A/D converter, the analog frequency of the conversion value, the number of input channels, the conversion frequency and so on.The typical A/D

conversion circuit is made up of analog multiplexer(MUX, amplifier and analog to digital converter(ADC.Figure8.Diagram of the application transfer driver Figure8 shows the application procedure transfer driver.The driver chooses the analog channel to read by MUX, then delay a few microseconds in order to make the signal pass through the MUX, and stabilize it.Then the ADC was triggered to start the conversion and the driver in the circle waiting for the ADC until its completion of the conversion.When waiting is in progress, the driver is detecting the ADC state signal.If the waiting time is longer than the set time, the cycle should be end.During waiting time of the cycle, if the conversion completed signal by ADC has been detected, the driver should read the results of the conversion and then return the result to the application.Figure9.Diagram of serial receive Figure9 shows the serial receive diagram with the buffer and signal quantity.Due to the existence of serial peripheral equipment does not match the speed of CPU, a buffer zone is needed, and when the data is sending to the serial, it need to be written to the buffer, and then be sent out through serial one by one.When the data is received from the serial port, it will not be processed until several bytes have been received, so the advance data can be stored in buffer.In practice, two buffer zones, the receiving buffer and the sending buffer, are needed to be opened from the memory.Here the buffer zone is defined as loop queue data structure.As the signal of uC/OS-II provides the overtime waiting mechanism, the serial also have the overtime reading and writing ability.If the initialization of the received data signal is 0, it expresses the loop buffer is empty.After the interrupt received, ISR read the received bytes from the UART receiving buffer, and put into receiving buffer region, at last wake the user task to execute read operation with the help of received signal.During the entire

process, the variable value of the current bytes in recording buffer can be inquired, which is able to shows whether the receive buffer is full.The size of the buffer zone should be set reasonable to reduce the possibility of data loss, and to avoid the waste of storage space.CONCLUSIONS

With the rapid development of the field of industrial process control and the wide range of applications of network, intelligence, digital distributed control System, it is necessary to make a higher demand of the data accuracy and reliability of the control system.Data acquisition system based on single-chip has been gradually eliminated because the problem of the poor real-time and reliability.With the fast popularization of embedded ARM processor, there has been a trend that ARM processor can alternate to single-chip to realize data acquisition and control.The embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consum-ption, and so on.In this paper, A kind of ARM-based embedded remote I/O data acquisition system has been researched and developed, whose hardware platform use 32-bit embedded ARM processor, and software platform use open-source RTOS uC/OS-II core.The system can be widely applied to electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.And it is mainly used in the collection and monitoring of all

kinds of electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermocouple data of the production process.Then these data can be sent to the remote DAS, DCS monitoring system through RS485 or Ethernet interface.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的研究和开发

导言

随着网络化，智能化，数字化分布式控制系统的广泛使用，基于单芯片的数据采集系统不仅在处理能力上受限制，并且在实时性和可靠性方面也出现了问题。近几年来，随着工业过程控制领域的迅速发展和嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器代替单芯片实现数据的采集和控制成为了趋势。嵌入式ARM系统能适应数据采集系统的严格要求，如功能性，可靠性，成本，体积，功耗等等。

在本文中提出一种新型的基于ARM嵌入式平台的远程I / O数据采集系统已被研制开发，它可以衡量各种电气和热参数，如电压，电流，热电偶，热电阻等等。那个测量数据可以显示在液晶显示器的系统中，同时可通过使用Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议从RS485或以太网网络传送到DAS或DCS远程监控

系统。该系统具有双冗余网络和长途电通信功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。基于高性能嵌入式ARM微处理器的新一代远程数据采集和监控系统具有重要的应用意义。

整个系统的结构设计

基于嵌入式ARM的平台的远程数据采集和监控系统的整个结构图在以下的图1中展示。在这系统的计划中，通过使用广泛用于多种行业如电气电力，石油，化工，冶金，钢铁，运输等的嵌入式ARM处理器来开发远程I / O数据采集模块。该系统主要用于的集中采购和将各种电和热信号如电压，热电阻，热电偶在生产过程中进行数字转换。转换的数据可直接在液晶显示器上显示，也可以通过使用的Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议的RS485总线或以太网网络通信接口被发送到嵌入式控制器。嵌入控制器平台的数据通过进一步以太网的分析和处理被传送至远程监控中心的工作站。与此同时，这些数据可以存储在远程监控中心数据库服务器的实时数据库中。该系统具有双冗余网络和远程通讯功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。

基于嵌入式ARM远程I / O数据采集系统的硬件平台使用32位ARM嵌入式微处理器和软件平台使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。实时操作系统（RTOS）使设计和应用的扩大变得非常容

易，增加新的功能时也没多大变化。通过几个独立的任务的应用，实时操作系统使得应用的设计过程极为简单。

系统的硬件设计

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统具有很高的普遍性，每个购置设备配备24收购方式的I / O渠道且彼此孤立。每个I / O通道可以选择不同的电压和电流信号，以及温度信号如热电阻，热电偶等。在05V的,010毫安和4100TL智能嵌入式以太网串口转换模块。该ZNE500mV的电压信号可以直接接到模拟多路复用器（复用器）的INPx正极和INNx负极。45V的电压信号必须用阻抗转换。热电阻的电阻信号如Cu50，Cu100，Pt50和Pt100应在接到某些频道的复用器INPx正极和INNx负极前连接一1毫安的恒流源。

图4显示了使用16位ADC芯片AD7715的ADC信号电路。芯片与系统的连接非常简单，只需要CS（芯片选择），SLCK（系统时钟），DIN（数据输入），DOUT（数据输出）和DRDY（数据准备）5根线。

由于ARM微处理器具有高速，低功耗，低电压等优点，这使它在低噪音，纹波权力，瞬态响应性能，时钟来源的稳定，功率控制和许多其他方面需要有更高的要求。为了改善系统的可靠性该系统复位电路中使用特殊的微处理器电源监测芯片MAX708S。图5展示了该系统复位电路。

系统软件的设计与实现

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的软件使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。RTOS的关键部分是实时多任务的核心，其基本功能包括任务管理，资源管理，系统管理，计时器管理，内存管理，信息管理，队列管理等。通过API服务职能核心使用这些功能。

该系统软件平台使用的是单一化的uC/ OS第二代实时简化操作系统核心，使整个结构系统简单和应用层次复杂。整个系统的设计包括操作系统的任务和一系列的用户应用程序。系统的主要职能是实现系统硬件和操作系统的初始化。硬件初始化包括中断，键盘，液晶显示器等。操作系统初始化包括控制模块和事件控制，在多任务调度前，至少有一个任务开始。一个开端任务已建立在这一系统，这系统主要负责初始化和启动的时钟，开办中断，通信任务模块的初始化，以及任务分工等。为了完成实时多任务系统的多种职能那个任务必须被划分。

图6显示系统软件的功能任务。根据任务的重要性和实时要求，系统的应用曾划分为六个不同优先级的任务，其中包括A / D数据采集任务，系统监控，接受队列，数据传送，键盘输入，液晶显示屏显示。A / D数据采集任务要求最高的实时要求和液晶显示器显示任务是最低的。因为每个任务都有不同的优先事项，通过使用系统挂断功能或延迟功能更高的优先任务可以开始已经准备好的任务。

图7显示的是AD7715的数据转换流。A / D转换器的应用是数据采集系统的一个重要组成部分。在uS/ OS的第二代实时操作系统的核心中，A / D驱动程序的实现过程主要取决于A / D转换器的转换时间，有转换价值的模拟频率，输入通

道的数量，转换频率等等。典型的A / D转换电路由模拟复用器（复用器），放大器和模拟到数字转换器（ADC）组成。

图8显示了申请程序转移的驱动程序。驱动程序可以在模拟通道读取由复用器，那么几微秒的延迟，以便使信号通过多路开关，并使其稳定。然后，当转换开始时，ADC被触发，并且驱动程序在一个周期内等待ADC的触发，直到完成转换。当等待的进展，该驱动程序检测ADC的状态信号。如果等待时间比规定的时间越长，周期应该结束。在等待的周期时间，如果转换完成ADC的信号被检测到，驱动程序应改为转换的结果，然后将结果返回给应用程序。

图9显示了缓冲区和信号量的序列接收图。由于外围串行设备的存在CPU的运行速度匹配，一个缓冲区是必要的，当数据发送到序列，它必须被写入缓冲区，然后通过串行逐一地被发送出去。当从串行端口收到数据，这些数据将不会被处理直到收到一些字节，因此先前的数据可以存储在缓冲区中。在实践中，两个缓冲区，一个接收缓冲区和一个发送缓冲区，它们是需要从内存开放出来。在这里缓冲区像循环队列数据结构一样被定义。

由于uC/OS-II提供额外时间等待机制的信号，串口也具有额外的阅读和写作能力。如果收到的数据信号初值为0，它表示循环缓冲区是空的。在中断收到后，ISR从UART接受缓冲区中读到收到的数据，并投入接收缓冲区域，最后通过收到的数据开始用户执行读操作的的任务。在整个过程中，变量价值目前字节在存储缓冲区中的字节的变量值是可以被询问的，这能够表明接收缓冲区是否已满。为了降低数据丢失的可能性和避免浪费存储空间应合理地设置缓冲区的大小。

结论

随着工业过程控制领域的快速发展和网络，智能，数字化分布式控制系统广泛应用，有必要发展对数据准确性和控制可靠性要求更高的系统。由于较差的实时性和可靠性基于单片机数据采集系统已逐步被淘汰。随着嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器替代单芯片实现数据采集与控制成为了一种新的趋势。嵌入式ARM系统能够适应数据采集系统的严格要求，如功能，可靠性，成本，大小，耗电量等等。

在本文中一种基于ARM的嵌入式远程I / O数据采集系统已被研究和开发，其硬件平台采用32位嵌入式ARM处理器和软件平台的使用开源的RTOS uS/ OS-Ⅱ核心。该系统可广泛应用于电力，石油，化工，冶金，钢铁，交通运输等方面。这是主要用于收集和监测各种电气和热信号，如电压，电流，热电阻，生产过程中的热电偶数据。然后通过RS485或以太网接口将这些数据发送到远程的DAS，DCS控制系统的监测系统。该系统具有双冗余网络和长途通信功能，它可以确保干扰抑制和通信网络的可靠性。

第三篇：嵌入式数据库SQLite在远程监控系统中的应用,嵌入式数据库.

嵌入式数据库SQLite在远程监控系统中的应用,嵌入式数据库,SQLite,远程

监控系统,arm-μ

随着后PC时代的到来，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机。嵌入式开发已成为当前IT行业的热点。同时，越来越多的用户希望能对嵌入式环境下的数据进行更有效的管理，构建嵌入式数据库便是一个有效的方法，使用户能在嵌入式设备中方便地存储、检索或修改数据，实现大部分传统数据库的功能。嵌人式系统和数据库技术的紧密结合已经成为嵌入式开发的一个重要方向。1嵌入式数据库SQLite与传统C/s结构的各种

随着后PC时代的到来，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机。嵌入式开发已成为当前IT行业的热点。同时，越来越多的用户希望能对嵌入式环境下的数据进行更有效的管理，构建嵌入式数据库便是一个有效的方法，使用户能在嵌入式设备中方便地存储、检索或修改数据，实现大部分传统数据库的功能。嵌人式系统和数据库技术的紧密结合已经成为嵌入式开发的一个重要方向。

1嵌入式数据库SQLite

与传统C/s结构的各种大型关系数据库如Oracle，SQL Server，MySQL等相比，在嵌入式系统中由于软硬件资源有限，不可能安装庞大的数据库服务器，而且在很多时候，用户只需要使用这些数据库产品的一些基本特性而已。嵌入式系统的开发环境决定了其数据库的特点：无需独立运行的数据库引擎，而是由程序直接调用相应的API实现对数据的存取操作。嵌入式数据库与其他数据库产品的区别是，前者是程序驱动式，而后者是引擎响应式。

SQLite是D．Richard Hipp在2000年开发的一个小型嵌入式数据库。他是完全独立的，不具有外部依赖性，可以较为方便地应用于嵌入式系统中。其源代码完全开放，可以免费用于任何用途，包括商业目的。SQLite虽然是个极端轻量级的关系数据库，却保留了数据库的大部分特征，他提供了对SQL92标准的大多数支持：支持多表和索引、事务、视图、触发和一系列的用户接口及驱动。其主要特征如下：

(1)支持原子的、一致的、独立的和持久的(ACID)事务特性，即使系统崩溃和掉电。

(2)零配置(Zero-configuration)，无需安装和管理。(3)一个完整的数据库存储在单一磁盘文件中。(4)数据库文件可以在不同字节顺序的机器间自由共享。(5)支持数据库大小至2 TB(2＾41 B)。

(6)字符串和二进制大对象(BLOBs)的大小仅被有效内存限制。(7)源码体积小，编译后低于250kB。(8)大部分的操作比关系型数据库引擎要快。(9)简单易用的API。

SQLite由于小、快、简单、可靠，而且作者完全放弃版权，从他一发布出来，便深受欢迎。对于嵌人式环境，管理、执行、维护的简单化比企业数据库引擎提供的许多复杂应用更重要，因此SQLite数据库是一个很好的选择。2 SQLite内部结构及开发技术 2．1 SQLite内部结构

SQLite采用模块化的设计，主要由4个部分组成：内核（Core）、SQL编程器（SQL Compiler）、后短（Backend）以及附件（Accessories）。内部结构如图1所示。

第四篇：基于嵌入式ARM平台的远程I O数据采集系统的研究和开发

苏州大学本科生毕业设计（论文）

Research and Development of the Remote I/O Data Acquisition System Based on Embedded ARM Platform

INTRODUCTION

With the wide use of the networked, intelligent and digital distributed control system, the data acquisition system based on the single-chip is not only limited in processing capacity, but also the problem of poor real-time and reliability.In recent years, with the rapid development of the field of industrial process control and the fast popularization of embedded ARM processor, it has been a trend that ARM processor can substitute the single-chip to realize data acquisition and control.Embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consumption, and so on.In this paper, a new kind of remote I/O data acquisition system based on ARM embedded platform has been researched and developed, which can measure all kinds of electrical and thermal parameters such as voltage, current, thermocouple, RTD, and so on.The measured data can be displayed on LCD of the system, and at the same time can be transmitted through RS485 or Ethernet network to remote DAS or DCS monitoring system by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The new generation remote data acquisition and moni-toring system based on the high-performance embedded ARM microprocessor has important application significance.STRUCTRUE DESIGN OF THE WHOLE SYSTEM

The whole structure chart of the remote data acquisition and monitoring system based on embedded ARM platform is shown in Figure 1.In the scheme of the system, the remote I/O data acquisition modules are developed by embedded ARM processor, which can be widely used to diversified industries such as electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.This system is mainly used for the concentrative acquisition and digital conversion of a variety of

苏州大学本科生毕业设计（论文）

electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermo-couple in the production process.Then the converted data can be displayed on the LCD directly, and also can be sent to the embedded controller through RS485 or Ethernet network communication interface by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol.The data in the embedded controller platform is transmitted to the work-stations of remote monitoring center by Ethernet after further analyzed and pro-cessed.At the same time, these data can be stored in the real time database of the database server in remote monitoring center.The system has the dual redun-dant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.The hardware platform of the Remote I/O data acquisition system based on emb-edded ARM uses 32-bit ARM embedded microprocessor, and the software plat-form uses the real-time multi-task operating system uC/OS-II, which is open-source and can be grafted, cut out and solidified.The real time operating system(RTOS)makes the design and expansion of the application becomes very easy, and without more changes when add new functions.Through the division of the appli-cation into several independent tasks, RTOS makes the design process of the application greatly simple.Figure 1 Structure of the whole system

苏州大学本科生毕业设计（论文）

THE HARDWARE DESIGN OF THE SYSTEM

The remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform has high universality, each acquisition device equipped with 24-way acquisition I/O channels and isolated from each other.Each I/O channel can select a variety of voltage and current signals, as well as temperature signals such as thermal resis-tance, thermocouple and so on.The voltage signals in the range of 0-75 mV ,1-5V ,0-5V, and so on, the current signals in the range of 0-10mA and 4-20 mA, the thermal resistance measurement components including Cu50, Cu100, Pt50, Pt100, and the thermocouple measurement components including K, E, S, T, and so on.Figure2.Structure of the remote I/O data acquisition system based on ARM processor

The structural design of the embedded remote I/O data acquisition system is shown in Figure 2.The system equipped with some peripherals such as power, keyboard, reset, LCD display, ADC, RS485, Ethernet, JTAG, I2C, E2PROM, and so on.The A/D interface circuit is independent with the embedded system, which is independent with the embedded system, which is system has setting buttons and 128*64 LCD, which makes the debugging and modification of the parameters easy.The collected data can be sent to the remote embedded controller or DAS, DCS system by using Modbus/RTU or Modbus/TCP protocol through RS485 or Eth-ernet communication interface also, and then be used for monitoring and control

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after farther disposal.The system of RS485 has a dual redundant network and long-distance communication function.As the embedded Ethernet interface makes the remote data exchange of the applications become very easy, the system can choose RS485 or Ethernet interface through jumper to communicate with host computer.Ethernet interface use independent ZNE-100TL intelligent embedded Ethernet to serial port

conversion module in order to facilitate the system maintenance and upgrade.The ZNE-100TL module has an adaptive 10/100M Ethernet interface, which has a lot of working modes such as TCP Server, TCP Client, UDP, Real COM, and so on, and it can support four connections at most.Figure3.Diagram of the signal pretreatment circuit

Figure 3 shows the signal pretreatment circuit diagram.The signals of thermo-couple such as K,E,S,T etc and 0-500mV voltage signal can connect to the positive end INPx and the negative end INNx of the simulate multiplexers(MUX)directly.The 4-20mA current signal and 1-5V voltage signal must be transformed by resis-tance before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.The RTD thermal resistance signals such as Cu50, Cu100, Pt50 and Pt100 should connect one 1mA constant current before connecting to the positive end INPx and the negative end INNx of the MUX of certain channel.苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure4.Diagram of ADC signal circuit

Figure 4 shows the ADC signal circuit, which using the 16-bit ADC chip AD7715.The connection of the chip and the system is simple and only need five lines which are CS(chip select), SCLK(system clock), DIN(data input), DOUT(data output)and DRDY(data ready).As the ARM microprocessor has the characteristics of high speed, low power, low voltage and so on, which make its capacity of low-noise, the ripple of power, the transient response performance, the stability of clock source, the reliability of power control and many other aspects should be have higher request.The system reset circuit use special microprocessor power monitoring chip of MAX708S, in order to improve the reliability of the system.The system reset circuit is shown in Figure 5.苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure5.Diagram of system reset circuit

SOFTWARE DESIGN AND REALIZATION OF THE SYSTEM The system software of the remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform use the real-time operating system(RTOS)uC/OS-II, which is open-source and can be grafted, cut out and solidified.The key part of RTOS is the real-time multi-task core, whose basic functions including task management, resource management, system management, timer management, memory management, information management, queue management and so on.These functions are used though API service functions of the core.The system software platform use uC/OS-II real-time operating system core simplified the design of application system and made the whole structure of the system simple and the complex application hierarchical.The design of the whole system includes the tasks of the operating system and a series of user applications.The main function of the system is mainly to realize the initialization of the system hardware and the operating system.The initialization of hardware includes interr-upt、keyboard、LCD and so on.The initialization of operating system includes the control blocks and events control blocks, and before the start of multi-task schedu-ling, one task must be started at least.A start task has been created in this system, which is mainly responsible for the initialization and startup of clock, the start-up of interruption, the initialization of communication task module, as well as the division of tasks and so on.The tasks must be divided in order to complete various functions of the real-time multi-task system.苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure6.Functional tasks of the system software

Figure6 shows the functional tasks of the system software.According to importance of the tasks and the demands of real-time, the system applications are divided into six tasks with different priority, which including the tasks of A/D data acquisition, system monitoring, receive queue, data send, keyboard input, LCD display.The A/D data acquisition task demands the highest real-time requirements and the LCD display task is the lowest.Because each task has a different priority, the higher-priority task can access the ready one by calling the system hang up function or delay function.苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure7.Chart of AD7715 data transfer flow

Figure 7 shows the data conversion flow of AD7715.The application A/D

conversion is an important part of the data acquisition system.In the uC/OS-II real-time operating system core, the realization process of A/D driver depends mainly on the conversion time of A/D converter, the analog frequency of the conversion value, the number of input channels, the conversion frequency and so on.The typical A/D conversion circuit is made up of analog multiplexer(MUX), amplifier and analog to digital converter(ADC).苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure8.Diagram of the application transfer driver

Figure8 shows the application procedure transfer driver.The driver chooses the analog channel to read by MUX, then delay a few microseconds in order to make the signal pass through the MUX, and stabilize it.Then the ADC was triggered to start the conversion and the driver in the circle waiting for the ADC until its completion of the conversion.When waiting is in progress, the driver is detecting the ADC state signal.If the waiting time is longer than the set time, the cycle should be end.During waiting time of the cycle, if the conversion completed signal by ADC has been detected, the driver should read the results of the conversion and then return the result to the application.苏州大学本科生毕业设计（论文）

Figure9.Diagram of serial receive

Figure9 shows the serial receive diagram with the buffer and signal quantity.Due to the existence of serial peripheral equipment does not match the speed of CPU, a buffer zone is needed, and when the data is sending to the serial, it need to be written to the buffer, and then be sent out through serial one by one.When the data is received from the serial port, it will not be processed until several bytes have been received, so the advance data can be stored in buffer.In practice，two buffer zones, the receiving buffer and the sending buffer, are needed to be opened from the memory.Here the buffer zone is defined as loop queue data structure.As the signal of uC/OS-II provides the overtime waiting mechanism, the serial also have the overtime reading and writing ability.If the initialization of the received data signal is 0, it expresses the loop buffer is empty.After the interrupt received, ISR read the received bytes from the UART receiving buffer, and put into receiving buffer region, at last wake the user task to execute read operation with the help of received signal.During the entire process, the variable value of the current bytes in recording buffer can be inquired, which is able to shows whether the receive buffer is full.The size of the buffer zone should be set reasonable to reduce the possibility of data loss, and to avoid the waste of storage space.CONCLUSIONS

With the rapid development of the field of industrial process control and the

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wide range of applications of network, intelligence, digital distributed control System, it is necessary to make a higher demand of the data accuracy and reliability of the control system.Data acquisition system based on single-chip has been gradually eliminated because the problem of the poor real-time and reliability.With the fast popularization of embedded ARM processor, there has been a trend that ARM processor can alternate to single-chip to realize data acquisition and control.The embedded ARM system can adapt to the strict requirements of the data acquisition system, such as the function, reliability, cost, size, power consum-ption, and so on.In this paper, A kind of ARM-based embedded remote I/O data acquisition system has been researched and developed, whose hardware platform use 32-bit embedded ARM processor, and software platform use open-source RTOS uC/OS-II core.The system can be widely applied to electric power, petroleum, chemical, metallurgy, steel, transportation and so on.And it is mainly used in the collection and monitoring of all kinds of electrical and thermal signals such as voltage, current, thermal resistance, thermocouple data of the production process.Then these data can be sent to the remote DAS, DCS monitoring system through RS485 or Ethernet interface.The system has the dual redundant network and long-distance communication function, which can ensure the disturb rejection capability and reliability of the communication network.苏州大学本科生毕业设计（论文）

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的研究和开发

导言

随着网络化，智能化，数字化分布式控制系统的广泛使用，基于单芯片的数据采集系统不仅在处理能力上受限制，并且在实时性和可靠性方面也出现了问题。近几年来，随着工业过程控制领域的迅速发展和嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器代替单芯片实现数据的采集和控制成为了趋势。嵌入式ARM系统能适应数据采集系统的严格要求，如功能性，可靠性，成本，体积，功耗等等。

在本文中提出一种新型的基于ARM嵌入式平台的远程I / O数据采集系统已被研制开发，它可以衡量各种电气和热参数，如电压，电流，热电偶，热电阻等等。那个测量数据可以显示在液晶显示器的系统中，同时可通过使用Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议从RS485或以太网网络传送到DAS或DCS远程监控系统。该系统具有双冗余网络和长途电通信功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。基于高性能嵌入式ARM微处理器的新一代远程数据采集和监控系统具有重要的应用意义。

整个系统的结构设计

基于嵌入式ARM的平台的远程数据采集和监控系统的整个结构图在以下的图1中展示。在这系统的计划中，通过使用广泛用于多种行业如电气电力，石油，化工，冶金，钢铁，运输等的嵌入式ARM处理器来开发远程I / O数据采集模块。该系统主要用于的集中采购和将各种电和热信号如电压，热电阻，热电偶在生产过程中进行数字转换。转换的数据可直接在液晶显示器上显示，也可以通过使用的Modbus / RTU或的Modbus / TCP协议的RS485总线或以太网网络通信接口被发送到嵌入式控制器。嵌入控制器平台的数据通过进一步以太网的分析和处理被传送至远程监控中心的工作站。与此同时，这些数据可以存储在远程监控中心数据库服务器的实时数据库中。该系统具有双冗余网络和远程通讯功能，它可以确保通信网络的干扰抑制能力和可靠性。

基于嵌入式ARM远程I / O数据采集系统的硬件平台使用32位ARM嵌入式微处理器和软件平台使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。实时操作系统（RTOS）使设计和应用的扩大变得非常容易，增加新的功能时也没多大变化。通过几个独立的任务的应用，实时操作系统使得应用的设计过程极为简单。

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系统的硬件设计

基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统具有很高的普遍性，每个购置设备配备24收购方式的I / O渠道且彼此孤立。每个I / O通道可以选择不同的电压和电流信号，以及温度信号如热电阻，热电偶等。在05V的,010毫安和4100TL智能嵌入式以太网串口转换模块。该ZNE500mV的电压信号可以直接接到模拟多路复用器（复用器）的INPx正极和INNx负极。45V的电压信号必须用阻抗转换。热电阻的电阻信号如Cu50，Cu100，Pt50和Pt100应在接到某些频道的复用器INPx正极和INNx负极前连接一1毫安的恒流源。

图4显示了使用16位ADC芯片AD7715的ADC信号电路。芯片与系统的连接非常简单，只需要CS（芯片选择），SLCK（系统时钟），DIN（数据输入），DOUT（数据输出）和DRDY（数据准备）5根线。

由于ARM微处理器具有高速，低功耗，低电压等优点，这使它在低噪音，纹波权力，瞬态响应性能，时钟来源的稳定，功率控制和许多其他方面需要有更高的要求。为了改善系统的可靠性该系统复位电路中使用特殊的微处理器电源监测芯片MAX708S。图5展示了该系统复位电路。

系统软件的设计与实现

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基于嵌入式ARM平台的远程I / O数据采集系统的软件使用的是开源的并且可移植，削减和巩固的实时多任务操作系统的第二代UC / OS核心。RTOS的关键部分是实时多任务的核心，其基本功能包括任务管理，资源管理，系统管理，计时器管理，内存管理，信息管理，队列管理等。通过API服务职能核心使用这些功能。

该系统软件平台使用的是单一化的uC/ OS第二代实时简化操作系统核心，使整个结构系统简单和应用层次复杂。整个系统的设计包括操作系统的任务和一系列的用户应用程序。系统的主要职能是实现系统硬件和操作系统的初始化。硬件初始化包括中断，键盘，液晶显示器等。操作系统初始化包括控制模块和事件控制，在多任务调度前，至少有一个任务开始。一个开端任务已建立在这一系统，这系统主要负责初始化和启动的时钟，开办中断，通信任务模块的初始化，以及任务分工等。为了完成实时多任务系统的多种职能那个任务必须被划分。

图6显示系统软件的功能任务。根据任务的重要性和实时要求，系统的应用曾划分为六个不同优先级的任务，其中包括A / D数据采集任务，系统监控，接受队列，数据传送，键盘输入，液晶显示屏显示。A / D数据采集任务要求最高的实时要求和液晶显示器显示任务是最低的。因为每个任务都有不同的优先事项，通过使用系统挂断功能或延迟功能更高的优先任务可以开始已经准备好的任务。

图7显示的是AD7715的数据转换流。A / D转换器的应用是数据采集系统的一个重要组成部分。在uS/ OS的第二代实时操作系统的核心中，A / D驱动程序的实现过程主要取决于A / D转换器的转换时间，有转换价值的模拟频率，输入通道的数量，转换频率等等。典型的A / D转换电路由模拟复用器（复用器），放大器和模拟到数字转换器（ADC）组成。

图8显示了申请程序转移的驱动程序。驱动程序可以在模拟通道读取由复用器，那么几微秒的延迟，以便使信号通过多路开关，并使其稳定。然后，当转换开始时，ADC被触发，并且驱动程序在一个周期内等待ADC的触发，直到完成转换。当等待的进展，该驱动程序检测ADC的状态信号。如果等待时间比规定的时间越长，周期应该结束。在等待的周期时间，如果转换完成ADC的信号被检测到，驱动程序应改为转换的结果，然后将结果返回给应用程序。

图9显示了缓冲区和信号量的序列接收图。由于外围串行设备的存在CPU的运行速度匹配，一个缓冲区是必要的，当数据发送到序列，它必须被写入缓冲区，然后通过串行逐一地被发送出去。当从串行端口收到数据，这些数据将不会被处理直到收到一些字节，因此先前的数据可以存储在缓冲区中。在实践中，两个缓冲区，一个接收缓冲区和一个发送缓冲区，它们是需要从内存开放出来。在这里缓冲区像循环队列数据结构一样被定义。

由于uC/OS-II提供额外时间等待机制的信号，串口也具有额外的阅读和写作能力。如

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果收到的数据信号初值为0，它表示循环缓冲区是空的。在中断收到后，ISR从UART接受缓冲区中读到收到的数据，并投入接收缓冲区域，最后通过收到的数据开始用户执行读操作的的任务。在整个过程中，变量价值目前字节在存储缓冲区中的字节的变量值是可以被询问的，这能够表明接收缓冲区是否已满。为了降低数据丢失的可能性和避免浪费存储空间应合理地设置缓冲区的大小。

结论

随着工业过程控制领域的快速发展和网络，智能，数字化分布式控制系统广泛应用，有必要发展对数据准确性和控制可靠性要求更高的系统。由于较差的实时性和可靠性基于单片机数据采集系统已逐步被淘汰。随着嵌入式ARM处理器的迅速普及，ARM处理器替代单芯片实现数据采集与控制成为了一种新的趋势。嵌入式ARM系统能够适应数据采集系统的严格要求，如功能，可靠性，成本，大小，耗电量等等。

在本文中一种基于ARM的嵌入式远程I / O数据采集系统已被研究和开发，其硬件平台采用32位嵌入式ARM处理器和软件平台的使用开源的RTOS uS/ OS-Ⅱ核心。该系统可广泛应用于电力，石油，化工，冶金，钢铁，交通运输等方面。这是主要用于收集和监测各种电气和热信号，如电压，电流，热电阻，生产过程中的热电偶数据。然后通过RS485或以太网接口将这些数据发送到远程的DAS，DCS控制系统的监测系统。该系统具有双冗余网络和长途通信功能，它可以确保干扰抑制和通信网络的可靠性。

第五篇：远程数据采集及应用在光伏发电中的应用

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远程数据采集及应用在光伏发电中的应用

（一）为什么要配备远程数据采集及应用管理平台？

尽管目前在国内，还不是每个电站都安装了监控设备，但随着太阳能光伏发电技术的不断成熟与普及，数采和远程监控的重要性越来越大，对于大型地面电站而言，少人甚至无人值守是降低运维成本的根本途径，而对分布式电站而言，能源数据可视化、透明化也是大家逐日关心的标准。

太阳能光伏发电正逐步由特殊应用转向更普遍的民用、由辅助能源向基础能源过渡。同时，随着光伏装机量不断上升，市场不断饱和，人们开始对发电量越来越关心，粗放式电站运维管理必然会逐步向精细化电站运维管理转型，事实证明发达国家的光伏行业也经历了这个转变，远程数据采集应用管理平台的应用越来越重要。

因此，为了实时监控光伏（并网）电站设备的运行状态，并保证设备和器件均能正常运行，建议电站配备智能的远程数据采集及应用管理平台，提升电站运行安全和运维管理效率，并增加发电收益和资产价值。

1.智能的统计分析，帮助电站达到最佳运行状态，获取更大发电量。

首先，我们要知道在光伏电站运转中，质量通常取决于以下两个因素：

a)某特定电站的能量获得值和潜在能量可得值之比；

b)随着时间推移的电站利用率。北京天拓四方科技有限公司是一家专业从事工业自动化、信息化、智能化建设的系统解决方案服务商

由此可见，如果想不断优化电站的产量，就必须能够准确监测到该电站的实际能量获得值，以及精准预估到可获的太阳能值。要如何准确监测电站的实际电量？——这就需要用到数据采集器及可视化工具——数网星大数据采集及应用管理平台。

数网星大数据采集器会及应用管理平台根据实时采集的数据获取系统运行状态。不仅仅是记录电量，还有光伏电站系统效率PR分析，识别影响电站发电的因素。

运维人员可以通过远程监控系统，对设备性能监测、问题排查、并及时修复（或微调），从而提升发电效率和系统回报率。

因此，数据采集器和监控系统本身的质量就显得尤为重要，不仅是因为会影响发电数据监测的准确度，更是对电站整体质量的评估和把控。

2.远程监控+工单系统，实现全部电站统一在线管理，减少运维成本。

由于传统的线下运维无法即时获取电站及其部件工作状态，一旦出现问题只能外派工作人员去现场检查。这样容易耗费人力物力，增加运维成本；同时，上门服务通常从预约检测到调试收工，整个业务流程需跨部门合作且耗时，容易导致客户满意度下降，影响品牌形象。

如果拥有数据采集装置，工程师通过监控系统就能进行1（人）对多（电站）实时监控，并通过远程方式为用户在线排故，紧急情况立刻通过工单系统外派人员到现场抢修，不仅提高工作效率，还能降低人工和运维成本。北京天拓四方科技有限公司是一家专业从事工业自动化、信息化、智能化建设的系统解决方案服务商

3.自定义报警，短信通知，避免遗漏电力补贴，使收益最大化。

通过数据采集器的监控，工作人员能更全面地掌握电站工作状态，从容应对突发状况，迅速响应、及时解决。例如，我们有时会碰到电站突然因故停运的事件；这时若电站安装了数网星大数据采集及应用管理平台，能帮助我们第一时间得知系统停运的消息，并从数据的变化判断导致系统停运的原因(通常是某部件发生故障)，并发出报警、派送工单，从而有利于工作人员快速定位问题部件，进行修复或更换。如此，就能避免系统闲置/停运而不知，无端损失电力补贴。

根据国家政策，分布式光伏发电项目（自发自用、余电上网）的国家补贴为0.42元/度，另外还有地区补贴。如果电站每天停运2小时，一年累计下来就是730个小时，会损失整整1个月的收益。这对电站持有者的伤害非常巨大，所以，对电站的实时监控十分必要。

（二）让需求数据可视化

纵观整个光伏产业链，其实并非只有运维人员需要掌握监控数据，作为上游的设备商通过监控平台可以了解更详细的设备情况，投资方可用数据来支持交易决策，安装商使用平台快速找到并响应客户，终端用户则能通过APP随时看见电量和收益的实时变化。而这一切，通过数据采集器加上远程管理平台，就能让虚拟的数据可视化，简单的机器智能化。

设备厂商

通过监控平台，制造商可以远程管理分布全球的上万设备，随时查看设备的激活状态、固件版本、市场份额，甚至轻松掌握全国经销北京天拓四方科技有限公司是一家专业从事工业自动化、信息化、智能化建设的系统解决方案服务商

商的业务状况。同时，利用各项监控数据，还能协助制定产品和市场策略。并且，可以根据用户需求定制，实现采集器对逆变器设备的完美兼容。

电站运维

实时数据对运维人员至关重要，通过在线监控系统可同时管理多个电站以及电站内的全部设备，支持远程排故、快速定位问题设备。同时，还有助于调度附近的工作人员迅速抵达抢修现场，大大降低运维成本。另外，在线监控系统能够在一些突发事件下（如电路故障时），实现远程关断，对电站和人员的安全更有保障。

投资者

作为投资方，监控的真实数据可作为投资决策的参考依据，尤其需要专业的第三方机构的监控数据和报告。例如，在电站投资/交易期间，电站的运营数据将是资产评估中的一项重要指标。数网星大数据采集及应用管理平台不仅能实时查看投资和收益状况，还能自定义条件下载更详尽的数据报告。

数网星大数据采集及应用管理平台，具备大数据服务能力，可获取远程设备的运行状态信息，有效管理不同型号和规格的设备，实现远程监控和故障诊断，提高设备使用效率，保证设备安全，稳定运行。数网星不仅在光伏发电行业得到有效利用，在电力、水利，及各制造业都得到了效应用。

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