基于WinCE的嵌入式消防數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì)

林瑋 白冰

(1.廣東倍思控制技術(shù)有限公司 2.廣東新粵交通投資有限公司)

1 引言

目前我國(guó)城市中的大中型建筑及公共場(chǎng)所的獨(dú)立樓宇火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及消防設(shè)施已逐漸普及、完善，并在防火救災(zāi)中起到了關(guān)鍵作用。但與此同時(shí)，對(duì)于各個(gè)獨(dú)立的樓宇火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備監(jiān)控功能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在研究階段。在建立城市規(guī)模的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的過(guò)程中，由于樓宇火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)廠家眾多、型號(hào)多樣、采用的通訊協(xié)議各異，而這些設(shè)備基本不具備聯(lián)網(wǎng)通信功能。因此，研發(fā)智能消防數(shù)據(jù)終端，將各獨(dú)立系統(tǒng)紛繁復(fù)雜的通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，是大規(guī)模實(shí)施城市火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

惠普重慶軟件研發(fā)基地火災(zāi)報(bào)警聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)基于多層級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)，形成從公安消防局、重慶市級(jí)總隊(duì)、沙坪壩支隊(duì)，到軟件研發(fā)基地火災(zāi)報(bào)警聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的防控一體化監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是利用統(tǒng)一通訊技術(shù)，支持分布式數(shù)據(jù)處理和跨系統(tǒng)融合機(jī)制，使研發(fā)基地、沙坪壩支隊(duì)、重慶市級(jí)總隊(duì)各系統(tǒng)之間可根據(jù)級(jí)別、權(quán)限，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)通信、數(shù)據(jù)匯總、按需巡檢等消防管理功能。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

為確保的研發(fā)中心火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地被采集，并通過(guò)Internet上傳到各級(jí)消防監(jiān)控中心，需要在系統(tǒng)配置嵌入式消防數(shù)據(jù)終端，兼容各主流消防廠家的通訊協(xié)議，使其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，通過(guò)Internet、GSM實(shí)現(xiàn)與各級(jí)消防監(jiān)控中心的聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

3 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

嵌入式消防數(shù)據(jù)終端的主控設(shè)備采用研華公司UNO-1019嵌入式PC。它基于微軟WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，集成Intel?XScale PXA-255200MHZ CPU，64MB SDRAM，16MB Flash，2個(gè)RS-232和2個(gè)RS-232/422/485串口，2個(gè)10/100 Mb/s 以太網(wǎng)口，1個(gè)CompactFlash插槽，4個(gè)DI/DO通道，3個(gè)可編程控制LED(用戶自定義)，0-70°C工作溫度[1]。

RS-232/422/485串口和10/100Mb/s以太網(wǎng)口用于連接樓宇的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)嵌入式消防數(shù)據(jù)終端與各消防報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)終端把采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，采用VPN方式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到消防監(jiān)控中心。同時(shí)，數(shù)據(jù)終端的RS-232口連接GSM Modern，通過(guò)發(fā)送AT命令到GSM Modern，使其發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警短信息到監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)終端硬件結(jié)構(gòu)圖

4 軟件平臺(tái)定制

WinCE嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)是使用了分層結(jié)構(gòu)技術(shù)，使系統(tǒng)具有更好的實(shí)時(shí)性、可靠性、開(kāi)放性，使應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)獨(dú)立于具體硬件，以適應(yīng)各種特殊的應(yīng)用環(huán)境。操作系統(tǒng)從邏輯上分為硬件層，OEM 層，操作系統(tǒng)層，應(yīng)用程序?qū)覽2]。基于嵌入式WinCE開(kāi)發(fā)平臺(tái)的定制主要是對(duì)操作系統(tǒng)層、OEM層進(jìn)行定制。

微軟提供PB（Platform. Builder）作為定制WinCE操作系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。PB環(huán)境支持多種功能模塊和硬件接口，可以根據(jù)目標(biāo)設(shè)備的具體硬件配置進(jìn)行WinCE的裁剪和定制。首先，通過(guò)安裝和創(chuàng)建設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)σ蕴W(wǎng)口、RS-232//485串口、顯示驅(qū)動(dòng)、和電源驅(qū)動(dòng)等硬件進(jìn)行定制；然后，定制系統(tǒng)組件和服務(wù)，包括TCP/IP、FTP、Telnet等，并根據(jù)硬件配置和操作系統(tǒng)的應(yīng)用特性修改配置文件；最后生成操作系統(tǒng)映像文件，將其下載到目標(biāo)設(shè)備中運(yùn)行。

5 消防報(bào)警數(shù)據(jù)采集

消防報(bào)警數(shù)據(jù)采集是整個(gè)數(shù)據(jù)終端的核心環(huán)節(jié)，通過(guò) RS232/485/LAN等多種通訊接口方式，與各品牌的樓宇火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。為了兼容不同廠家的通信協(xié)議，嵌入式消防數(shù)據(jù)終端的采用周期設(shè)為250ms。

以海灣公司的GST5000火災(zāi)報(bào)警控制器為例，它采用的是目前在消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中比較常見(jiàn)的MODBUS RTU協(xié)議。每個(gè)回路可接240個(gè)設(shè)備，設(shè)備二次碼（共六位）編碼按照***001～***240設(shè)置，其中第三位為設(shè)備區(qū)號(hào)，后三位為設(shè)備一次碼，與寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系為：設(shè)備區(qū)號(hào)*240+設(shè)備一次碼，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的寄存器，001號(hào)設(shè)備對(duì)應(yīng)寄存器0×40001。嵌入式消防數(shù)據(jù)終端通過(guò)RS485與GST5000連接，向其發(fā)送MODBUS通訊碼，可以查詢相應(yīng)設(shè)備的工作狀態(tài)和控制它們的啟停。通過(guò)CRC-16校驗(yàn)算法，確保通訊數(shù)據(jù)的可靠性，從而達(dá)到抗干擾的目的。

6 TCP/IP數(shù)據(jù)通訊

數(shù)據(jù)通訊用于完成嵌入式消防數(shù)據(jù)終端與上層服務(wù)器之間的通信，其主要功能包括：傳輸采集數(shù)據(jù)，接受遠(yuǎn)程控制命令，控制消防系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同步更新數(shù)據(jù)終端配置文件。數(shù)據(jù)通訊程序采用基于WinCE 的TCP/IP 協(xié)議，能夠保證在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[3]。

在基于WinCE的TCP/IP協(xié)議中，當(dāng)接收到監(jiān)控中心服務(wù)器控制命令時(shí)，數(shù)據(jù)終端首先調(diào)用 socket()函數(shù)建立流式套接字，然后調(diào)用bind()綁定本地地址，調(diào)用listen()函數(shù)進(jìn)行通訊連接，連接成功后，服務(wù)器就調(diào)用 accept()函數(shù)接收連接請(qǐng)求，并建立連接，同時(shí)服務(wù)器啟動(dòng)一個(gè)新線程，建立單獨(dú)的套接字實(shí)例與數(shù)據(jù)終端進(jìn)行通訊。通信協(xié)議格式為：命令名稱，參數(shù)表。

數(shù)據(jù)終端與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和配置文件(主要關(guān)于數(shù)據(jù)終端連接的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)類型，數(shù)據(jù)通訊協(xié)議名稱及其它系統(tǒng)配置信息)。更新時(shí)，數(shù)據(jù)終端調(diào)用 socket()函數(shù)建立流式套接字，再調(diào)用 connect()函數(shù)，請(qǐng)求與服務(wù)器建立 TCP連接，成功建立連接后，同服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和配置文件更新。

7 GSM數(shù)據(jù)通訊

數(shù)據(jù)終端通過(guò)RS232與GSM Modern連接，采用德國(guó)西門(mén)子公司的TC35i模塊，具備GSM無(wú)線通信的全部功能，支持文本和PDU 模式的短消息編碼方式，基于相應(yīng)的AT指令集對(duì)模塊進(jìn)行控制。文本模式比較簡(jiǎn)單，PDU模式是發(fā)送、接收手機(jī)SMS信息的一種通用方法，短信息正文經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制進(jìn)行編碼后被傳送。由于嵌入式消防數(shù)據(jù)終端需要把火災(zāi)報(bào)警信息以及設(shè)備運(yùn)行情況通過(guò) GSM Modern發(fā)送出去，所以考慮采用PDU方式。

將RS232和GSM Modern用相連，并設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)。然后設(shè)置短信息發(fā)送格式 AT＋CMGF＝1<回車>，這里的“1”表明采用PDU模式。打開(kāi)串行端口設(shè)備所使用的名稱要遵循一定的準(zhǔn)則。即 COM后接要相應(yīng)的端口號(hào)，后面加一個(gè)冒號(hào)。冒號(hào)是Windows CE 所必需的，它是為了區(qū)別于在Windows NT中用于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的命名規(guī)則[4]。以下是部分代碼段：

8 結(jié)論

通過(guò)嵌入式消防數(shù)據(jù)終端的研制開(kāi)發(fā)，運(yùn)用嵌入式技術(shù)及多種網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)惠普重慶軟件研發(fā)基地火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警信息的數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換及網(wǎng)絡(luò)傳輸，使軟件研發(fā)中心與各級(jí)消防管理中心之間建立起高效的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控機(jī)制，并為同類系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)自 2008年3月正式投運(yùn)以來(lái)，一直穩(wěn)定運(yùn)行，滿足用戶需求。

[1]研華公司. UNO-1019用戶手冊(cè)

[2]鄧川云,樊慶文.基于嵌入式WinCE的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).http://www.21ic.com/app/embed/200912/52183.htm, 2009.12

[3]Jeremy Bentham. 嵌入式系統(tǒng)Web 服務(wù)器：TCP/IP Lean.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.5:134～135

[4]周毓林,寧楊,付林林.Windows CE.net 內(nèi)核定制及應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005:159～160