【正文】 老師嚴謹求實的治學態(tài)度、博大精深的理論知識無不深深影響著我。飲水思源，這篇論文能最終成形，離不開我的指導老師姜文剛的精心指導，鼓勵我從考研失敗的陰影中走出來，從論文的選題、布局、謀篇、技術(shù)路線的確定直到論文的成稿，每一步無不滲透著老師的真知灼見地教誨和畫龍點睛地指引。致謝 時間的流逝往往都是不經(jīng)意間，眨眼間大學生活即將離我而去。其中，數(shù)據(jù)中心程序設計采用Visual C++。本文的主要工作是單片機的合理選型及其外圍電路的設計、3G無線調(diào)制解調(diào)器的選擇。論文在分析了3G技術(shù)和無線通信技術(shù)之后，論述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，然后對數(shù)據(jù)采集終端部分進行硬件設計，搭建了整個系統(tǒng)的硬件框架，最后對數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)采集終端兩部分進行簡單的軟件設計。結(jié)語本文在深入分析目前無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算機技術(shù)和網(wǎng)絡通信技術(shù)，研究了基于單片機和3G通信的遠程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。在數(shù)據(jù)庫設計中，對數(shù)據(jù)庫中表的設計和ADO技術(shù)做了詳細說明。開始啟動服務器軟件，連接數(shù)據(jù)庫否顯示出錯信息連接數(shù)據(jù)庫成功？是無有連接請求？有讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)是丟棄是心跳包？否否是已知SIM卡？斷開連接是顯示數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫斷開連接結(jié)束圖 4—2 服務端接收軟件流程圖 本章小結(jié)本章首先對主要軟件模塊和開發(fā)環(huán)境做了介紹，然后分析和研究了網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)，包括網(wǎng)絡進程間通信、客戶端/服務器模型及Winsock的網(wǎng)絡通信過程。數(shù)據(jù)中心的軟件設計要充分考慮系統(tǒng)功能的完整性和擴展性，同時系統(tǒng)應有良好的可靠性和兼容性。如果是“心跳”數(shù)據(jù)，則丟棄，并繼續(xù)進行數(shù)據(jù)的監(jiān)聽；如果不是，則存儲所接收的數(shù)據(jù)。如果是數(shù)據(jù)庫中存有的SIM卡，則連接成功，否則，斷開鏈路。在設計過程中，當監(jiān)聽到有數(shù)據(jù)時，進行接收。假如客戶在此之前啟動，則connect()將返回出錯代碼，連接不成功。服務器端開放一個端口，啟動服務后，進行終端數(shù)據(jù)的監(jiān)聽。雖然MFC本身提供了CSocket類用于實現(xiàn)客戶機與服務器之間的通信，但是為了增強程序的可擴展性和提高性能，在服務器端編寫從CSocket派生的兩個類ClistenSocket和CacceptSocket。 服務器端數(shù)據(jù)接收軟件的功能本系統(tǒng)中，我們使用TCP/IP協(xié)議，在客戶機/服務器模型下采用Socket技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡通信。調(diào)制解調(diào)器具備IP之后，主動向數(shù)據(jù)中心服務器請求建立通訊連接，若服務器啟動監(jiān)聽功能后會偵聽到此請求，并會為其建立一條Socket連接，這樣遠程通信終端與服務器之間就可以傳輸數(shù)據(jù)了。函數(shù)的執(zhí)行過程如下：連接到數(shù)據(jù)庫；根據(jù)類原始數(shù)據(jù)表的成員變量設置INSERT語句；調(diào)用ExecuteSQL()函數(shù)執(zhí)行INSERT語句；斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。//執(zhí)行INSERT語句()。)。,39。,39。//設置INSERT語句vSQL=INSERT INTO origdata(Recvtime,Temp,Stnum)VALUES(39。()。類origdata的每個成員變量對應原始數(shù)據(jù)表中的一個列，類origdata的成員函數(shù)可以分為兩類：一類用于設置成員變量，另一類用于進行數(shù)據(jù)庫操作。ExitConnect()斷開到數(shù)據(jù)庫的連接。成員方法包括下面的內(nèi)容：OnInitADOConn()初始化連接數(shù)據(jù)庫；GetRecordSet(_bstr_t bstrSQL)執(zhí)行SELECT語句，返回結(jié)果集，bstrSQL標識要執(zhí)行的SELECT語句。(4)定義類ADOConn的成員變量和成員函數(shù)，代碼分成兩個部分，義變量和定義方法。_RecordsetPtr是一個記錄集對象。它提供了一種簡單的方法來執(zhí)行返回集的存儲過程和SQL語句。_ConnectionPtr通常被用來創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)連接或執(zhí)行一條不返回任何結(jié)果的SQL語句，如一個存儲過程。參數(shù)no_namespace表示不適用ADO的名字空間，為了避免變量名沖突，將ADO中的EOF(文件結(jié)束)更名為adoEOF，將BOF改名為adoBOF。后面使用import指令在應用程序中輸入ADO類庫定義。(2)引入ADO庫文件import引入ADO庫文件，以使編譯器能正確編譯。同時，ADO提供了一個較OLE DB更容易使用的接口，它提供了一個優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫訪問手段，減少了網(wǎng)絡負載和應用程序前端與數(shù)據(jù)源之間的層次，所有這些都使得ADO具有輕量化，高性能的特點。它既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫前端的創(chuàng)建，又能實現(xiàn)中間層的設計。 ADO(ActiveX Data Objects)技術(shù)是Microsoft的基于應用程序級的編程接口。SQL Server 2000支持幾乎各種類型的客戶應用程序，同時，也幾乎可以用現(xiàn)有的任意開發(fā)平臺編寫應用程序來訪問SQL Server。Microsoft SQL Server 2000，是基于客戶端/服務器(Client/Server模式)的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。當read函數(shù)被調(diào)用時，不管是否讀到數(shù)據(jù)都馬上返回，如果返回一個錯誤信息表示還在等待，則在等待的數(shù)據(jù)到達后，消息wMsg發(fā)送給窗口hWnd，應用程序處理該消息讀取網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。2．在異步請求成功后，轉(zhuǎn)入異步數(shù)據(jù)傳輸，首先創(chuàng)建套接字并建立連接，然后使用異步選擇函數(shù)WSAsyncSelect()注冊網(wǎng)絡事件FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE等，當網(wǎng)絡事件發(fā)生時得到相應消息，在消息循環(huán)中判斷條件執(zhí)行相應的操作。1．網(wǎng)絡通信必須通過啟動函數(shù)啟動，又必須用終止函數(shù)關(guān)閉，所以啟動函數(shù)和關(guān)閉函數(shù)是必須配套使用的[23]。在檢測到套接字s上發(fā)生的網(wǎng)絡事件lEVent時，便向窗口hWnd發(fā)送一個消息到wMsg，并自動地設置套接字處于非阻塞工作方式。如：FD_READ準備讀；FD_WRITE準備寫；FD_OOB帶外數(shù)據(jù)到達；FD_ACCEPT收到連接；FD_CONNECT完成連接；FD_CLOSE關(guān)閉socket。WSAAsyncSelect()函數(shù)的原型為：int WSAAsyncSelect(SOCKET s,HWND hWnd,u_int wMsg,long lEvent)。 異步選擇函數(shù)在Windows Sockets中提供了一組異步擴展函數(shù)，實現(xiàn)基于消息機制的網(wǎng)絡通信編程，其中關(guān)鍵是提供了對網(wǎng)絡事件基于消息的異步存取[22]，其核心是異步選擇函數(shù)WSAAsyncSelect()。阻塞方式的套接字簡單、易用，但是效率低。在阻塞模式下，I/O操作完成前，執(zhí)行操作的Winsock函數(shù)會一直等待下去，不會立即返回，例如，程序中調(diào)用了recvfrom函數(shù)后，如果這時網(wǎng)絡上沒有數(shù)據(jù)傳送過來，該函數(shù)就會阻塞程序的執(zhí)行，從而導致線程暫停運行。服務器方初始化本地端口，用Socket()創(chuàng)建本地端口綁定本地端口，用Bind()指定本地地址客戶方傾聽此端口，用Listen()監(jiān)聽連接初始化本地端口，用Socket創(chuàng)建本地端口接受請求，用Accept()接受請求連接服務器端口，用Connect()建立連接阻塞，等待客戶請求發(fā)送請求數(shù)據(jù)，用Send()發(fā)送在此連接端口接受傳輸數(shù)據(jù)，用Receive()在此連接端接受傳輸數(shù)據(jù)，用Receive()發(fā)送響應數(shù)據(jù)，用Send()斷開連接，用Close（）關(guān)閉端口斷開連接，用Close()關(guān)閉端口圖 4—1 流式套接字調(diào)用流程 Winsock通信機制Windows套接字在兩種模式下執(zhí)行I/O操作：同步阻塞方式和異步非阻塞方式。Winsock的編程原理是基于套接字的系統(tǒng)調(diào)用。數(shù)據(jù)報套接字采用的是UDP協(xié)議，提供無連接數(shù)據(jù)報傳輸，支持雙向的數(shù)據(jù)流，但并不保證可靠有序，這一點是它與流式套接重要的不同之處。它們分別支持TCP/IP及UDP協(xié)議[21]。在網(wǎng)絡內(nèi)部，每個Winsock用一個串相關(guān)描述，{協(xié)議，本地地址，本地端口}；每個完整的Winsock接口用一個串相關(guān)描述:{協(xié)議，本地地址，本地端口，遠地地址，遠地端口}。通信雙方必須先各自創(chuàng)建一個端點才可進行連接。應用程序調(diào)用Winsock的API實現(xiàn)信息傳輸，本質(zhì)上是利用下層的通信協(xié)議功能和操作系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)實際的通信工作。 Winsock 介紹Winsock是Windows下得到廣泛應用的、開放的、支持多種協(xié)議的網(wǎng)絡編程接口[19]。}} 網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)進程通信的概念最早來自于單機系統(tǒng)，而網(wǎng)絡進程通信則是不同主機的進程間的相互通信，與單純的同機進程通信相比，網(wǎng)絡進程通信具有如下特點：1. 網(wǎng)絡進程通信的首要問題是進程標識，即網(wǎng)絡進程標識需要主機地址的參與；2． 在網(wǎng)絡中，進程本身不用進程號來描述，進程號的分配隨不同系統(tǒng)的實現(xiàn)甚至系統(tǒng)管理員的興趣變化。}flagCONNECT=0。Send8(38)。sprintf(SendBuf+33,%s,\r\r\n)。SendBuf[27]=0X22。SendBuf[11]=0X22。}clrbuf()。Send8(16)。clrbuf()。while(flagOK!=0xff){。flagOK=0。SendBuf[24]=0X22。SendBuf[18]=0X22。SendBuf[16]=0X22。SendBuf[13]=0X22。MSP430F149單片機通過串口發(fā)送AT命令，控制調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)登錄，建立TCP連接，主要程序如下：while(1){clrbuf()。當程序發(fā)生問題時，使系統(tǒng)重新啟動。//發(fā)送及接收模塊允許IE1|=URXIE0。=~SWRST。//波特率調(diào)整UTCTL0=0X10。UBR10=0X00。//SWRST復位，USART允許UCTL0|=CHAR。=~BIT5。//P3DIR|=BIT4。//MCLK的時鐘源為TX2CLK，分頻因子為1BCSCTL2+=SELS。=~(XT2OFF+XTS)。為了配合與微處理器的各外部模塊的工作頻率，通過設置振蕩器與時鐘控制寄存器相應的標志位，對應程序如下：void Init_CLK(void)//時鐘初始化{BCSCTL1=0X00。1．時鐘設置：MSP430的基礎(chǔ)時鐘模塊有3個時鐘源：LFXT1CLK低頻/高頻時鐘源、XT2CLK高頻時鐘源、DCOCLK時鐘源。 數(shù)據(jù)采集終端程序設計 單片機初始化模塊設計當單片機上電開始執(zhí)行控制程序前，必須先對所有I/O口和其它相關(guān)模塊及寄存器進行初始化編程，設置成系統(tǒng)需要的工作模式。其基本格式為AT*E2IPC，返回值為“ERROR”、“OK”、“*E2IPC:ErrNumERROR”，只是操作完成狀態(tài)。也可以通過AT指令來實現(xiàn)關(guān)閉IP連接，指令如下：AT*E2IPC：關(guān)閉IP連接該命令允許關(guān)閉己經(jīng)建立的IP連接，但是只能在命令模式下使用。響應結(jié)果可能是“CONNECT”、“NO CARRIER”或者“ERROR”。(5)返回在線模式當用戶執(zhí)行完所需的AT命令后，可以使用ATO命令來重新返回到在線模式。 (4)返回命令模式在 在線模式當中，如果釋放DTR信號，這時調(diào)制解調(diào)器就會從在線模式轉(zhuǎn)換到命令模式，不過此時還是會繼續(xù)保持原來建立的連接。該指令的典型格式如下：AT*E2IPO=IPtype,IPAddr,IPPortIPType參數(shù)為0時代表建立UDP連接，為1代表建立TCP連接。AT指令總線將不再處于數(shù)據(jù)模式下，原有數(shù)據(jù)都傳輸給了遠程節(jié)點并給出了響應。如果GR64連接成功則返回“OK”，否則返回錯誤碼。這條命令的典型用法如下：AT+CGDCONT=l,”IP”,”CMNET”(2)AT*E2IPA：激活I(lǐng)P命令該指令允許激活模塊的IP程序段，一旦在之前的存儲狀況下激活，IP連接可以建立，該模塊將被賦予一個IP地址。AT命令的基本格式為：AT+命令字符及相關(guān)設置參數(shù)。通過TA、TE發(fā)送AT指令來控制MS(Mobile Station)的功能，與GSM網(wǎng)絡業(yè)務進行交互[18]。數(shù)據(jù)中心的操作系統(tǒng)為Windows XP，開發(fā)軟件為Microsoft Visual C++，網(wǎng)絡協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。 軟件開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端利用MSP430系列單片機配套的開發(fā)環(huán)境IAR EmbeddedWorkbench開發(fā)，它同時支持匯編語言和C語言編寫[17]，本系統(tǒng)采用IARC430語言開發(fā)。2．數(shù)據(jù)中心模塊數(shù)據(jù)中心主要完成以下功能：建立Socket完成對網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)的監(jiān)聽、接收，在此利用Visual C++通過WinSock接口和MFC WinSock類實現(xiàn)。另外，整個軟件還包括3個中斷，即定時器中斷、鍵盤中斷、串口中斷。數(shù)據(jù)中心是整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的通信核心，主要功能是接收和處理數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)采集終端由MSP430F149單片機及外圍電路所組成的實驗板和無線調(diào)制解調(diào)器兩部分組成。圖 3—8 串口通信電路 本章小結(jié) 本章對數(shù)據(jù)采集終端的硬件進行了研究，對各主要元器件的選