基于Windows CE的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)開發(fā)

摘 要： 在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入了基于Windows CE 5.0的嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)GPRS（通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)）的遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法可以滿足多任務(wù)、大容量、高實(shí)時(shí)性和高穩(wěn)定性的系統(tǒng)要求，同時(shí)具有遠(yuǎn)程控制方便快捷、成本低等特點(diǎn)，具有良好的人機(jī)界面，在物聯(lián)網(wǎng)和智能家居控制等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)采集； Windows CE； GPRS技術(shù)； 遠(yuǎn)程控制

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工業(yè)控制、智能儀器以及儀表檢測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般采用兩種方式完成:(1)使用數(shù)據(jù)采集卡加微機(jī)系統(tǒng)； (2)采用各種單片機(jī)集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。前者雖然功能較強(qiáng)，但成本高、功耗大、普及性差。后者由于自身的資源有限，無(wú)法滿足多任務(wù)、大容量、高實(shí)時(shí)性和高穩(wěn)定性的要求。而在遠(yuǎn)程控制方面，工業(yè)上一般使用基于TCP/IP的控制模式，該方法雖然引入了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以快速穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)，但是成本較高、移動(dòng)性較差且維護(hù)困難。因此，本文以Windows CE5.0作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，基于ARM9內(nèi)核的S3C2440A作為微控制器，引入GPRS無(wú)線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互友好、擴(kuò)展性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、低功耗和低成本的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)能對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度等各種物理量進(jìn)行檢測(cè)控制，并按照要求進(jìn)行反饋；對(duì)若干種家用電器進(jìn)行監(jiān)控，如電器電壓、熱水器流量等，以便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（例如很多太陽(yáng)能熱水器容易出現(xiàn)爆裂等情況）；此外可以加入視頻采集與發(fā)送擴(kuò)展模塊，通過(guò)MMS協(xié)議模塊發(fā)送實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　系統(tǒng)以S3C2440為控制器，由數(shù)據(jù)采集模塊，GPRS模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、報(bào)警系統(tǒng)模塊、視頻采集與發(fā)送模塊以及其他可擴(kuò)展的外圍電路等組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　首先啟動(dòng)系統(tǒng),用戶可以隨時(shí)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)發(fā)出遠(yuǎn)程控制指令,例如發(fā)送“開始采集”指令，則系統(tǒng)開始利用ADC模塊采集電壓、流量、溫度、濕度以及觸摸屏坐標(biāo)等模擬量，并且轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，然后在人機(jī)界面上顯示出來(lái)。一旦所采集的數(shù)據(jù)超過(guò)給定閾值，則系統(tǒng)向用戶發(fā)出報(bào)警信息，以便于用戶采取進(jìn)一步的控制措施。
1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　本系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺(tái)以三星S3C2440為核心。S3C2440是以ARM920T為內(nèi)核的32 bit高性能微控制器、性價(jià)比高、功耗低、擴(kuò)展功能豐富，因此應(yīng)用非常廣泛。其帶有的MMU（存儲(chǔ)管理單元），可以運(yùn)行主流的嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux以及WinCE[2]等。數(shù)據(jù)采集模塊使用8路10 bit的A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器有采樣保持功能,可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立轉(zhuǎn)換和觸摸屏位置轉(zhuǎn)換兩種模式，最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)500 KS/s[3]。A/D模塊的應(yīng)用接口電路如圖2所示。其中8路通道除第5路和第7路用于觸摸屏輸入外其余均可使用，本文使用4路分別與溫度采集傳感器、濕度采集傳感器、電阻器以及水流量傳感器相接，因此可以并行采集4路信號(hào)互不干擾。