基于TCP／IP的多數(shù)據(jù)流傳輸測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為保證子測控設(shè)備的獨立測量、狀態(tài)監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)的同步傳輸，設(shè)計基于TCP／IP的多數(shù)據(jù)流傳輸測控系統(tǒng)，對需求參數(shù)進(jìn)行測量，采用基于多重事件的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及基于隊列的多數(shù)據(jù)同步處理技術(shù)，利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源，實現(xiàn)設(shè)備的控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時獲取、存儲，數(shù)據(jù)流整合，實現(xiàn)信息、資源及任務(wù)的綜合共享及管理。該系統(tǒng)經(jīng)長期運行，穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計的要求。
關(guān)鍵詞：測控系統(tǒng)；TCP／IP；多數(shù)據(jù)流；多重事件；數(shù)據(jù)隊列

0 引言
隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場的規(guī)模越來越大，幾臺甚至十幾臺計算機在不同的地理位置完成不同的工業(yè)測量或控制任務(wù)，體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化、節(jié)點智能化發(fā)展的趨勢，伴隨而來的是數(shù)據(jù)源的增多和設(shè)備監(jiān)控復(fù)雜度的增加，為此設(shè)計一種多數(shù)據(jù)流網(wǎng)絡(luò)傳輸測控系統(tǒng)。本系統(tǒng)以TCP／IP技術(shù)為基礎(chǔ)而搭建的網(wǎng)絡(luò)測控平臺，實現(xiàn)了分布式的多臺計算機的信息交互和設(shè)備控制，具有簡單、高效、實時性高等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)原理與組成
多數(shù)據(jù)流傳輸測控系統(tǒng)可以分為：數(shù)據(jù)源設(shè)備模塊、數(shù)傳與實時處理模塊、遠(yuǎn)程控制臺模塊、控制臺設(shè)備模塊、前端單片機采集設(shè)備模塊五個部分。系統(tǒng)組成如圖1所示。在這個測控系統(tǒng)中各個測控部分相對獨立，可完成電壓、電流等多種參數(shù)的采集；結(jié)果以多個數(shù)據(jù)流方式發(fā)送到數(shù)據(jù)與實時處理設(shè)備或控制臺設(shè)備實時接收存儲和處理，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制臺監(jiān)控界面；遠(yuǎn)程控制臺監(jiān)控界面完成對前端數(shù)據(jù)的顯示與綜合，以便對前端設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析。圖1中，數(shù)據(jù)源設(shè)備和數(shù)傳與實時處理設(shè)備之間采用TCP協(xié)議，數(shù)據(jù)源設(shè)備為服務(wù)器端(Server)，數(shù)傳與實時處理設(shè)備為客戶端(Client)，客戶端向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)成功后，將多個服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)流進(jìn)行存儲、綜合和發(fā)送到遠(yuǎn)程控制臺。數(shù)傳與實時處理設(shè)備同遠(yuǎn)程控制臺之間采用UDP協(xié)議通信。與此同時，用戶通過遠(yuǎn)程控制臺發(fā)送控制命令到控制臺設(shè)備，完成對控制臺設(shè)備遠(yuǎn)程命令控制，控制臺設(shè)備完成動作后將通過RS 422串行通信接口將接收到的單片機測控模塊的采集信號轉(zhuǎn)用網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送回遠(yuǎn)程控制臺?？刂婆_設(shè)備和遠(yuǎn)程控制臺設(shè)備之間采用UDP協(xié)議通信。

下面分別介紹多數(shù)據(jù)流傳輸測控系統(tǒng)五個主要部分的基本組成及功能。
1．1 數(shù)據(jù)源設(shè)備模塊和單片機模塊
數(shù)據(jù)源設(shè)備模塊和單片機采集模塊以兩個獨立模塊作為前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備。數(shù)據(jù)源設(shè)備為數(shù)傳與實時處理設(shè)備提供多路TCP數(shù)據(jù)流，單片機為控制臺設(shè)備提供串口數(shù)據(jù)幀。
1．2 數(shù)傳與實時處理模塊
數(shù)傳與實時處理模塊的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

數(shù)傳與實時處理模塊作為客戶端，數(shù)據(jù)源設(shè)備計算機作為服務(wù)器端。二者通過交換機連接到網(wǎng)絡(luò)上，基于TCP協(xié)議與數(shù)據(jù)源設(shè)備模塊進(jìn)行多數(shù)據(jù)流通信，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件格式寫入到本地磁盤。接收完成一次完整數(shù)據(jù)(定長TCP流數(shù)據(jù))后將用戶感興趣的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行整合為一個數(shù)據(jù)幀，通過UDP協(xié)議方式發(fā)送到遠(yuǎn)程控制臺的監(jiān)控界面。同時用戶也可通過手動或自動選擇多條碼流的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行本地數(shù)據(jù)曲線圖形顯示或數(shù)據(jù)柱狀圖形顯示。