摘  要:本文提出了一种在单片机系统中实施基于HTTP协议的数据采集的方案，利用嵌入式网络模块实现串口到以太网数据的转换，使用采集板将数据封装成HTTP包.该方案灵活方便，实现简单;采用分布式结构，采集效率高，可适用于大量数据的采集，而且可以方便扩展为基于Internet的远程数据采集.

关键词:超文本传输协议;嵌入式网络模块;以太网;数据采集;因特网

1 前言

　　随着工业以太网的发展，由于传输速度、传输可靠性及可扩展性等综合性能方面的优越性，越来越多的数据采集系统都是基于以太网接口，并且越来越多的仪器仪表设备也提供了以太网接口.但是很多企业都有早期投入的设备仪表,一般使用串口进行数据通信，因此需要一种简单、高效、易于扩充的集成方案,实现对原有设备仪表的数据采集,并且可以方便的集成到现有的以太网工业控制系统中.本文提出一种数据采集方案，除了满足前面要求外，由于其采用HTTP协议，可以方便扩展为基于Internet的远程数据采集.HTTP协议可以利用嵌入式系统（WinCE、Linux等）基于其自带的TCP/IP协议栈实现或者直接使用嵌入式Web服务器[1～4]，在计算机系统中也可以利用高级语言直接使用Web客户端使用HTTP协议或者利用Winsock网络编程,实现基于HTTP的数据交互，但都会增加系统的开发成本，本文提出一种基于嵌入式网络模块在单片机系统中实现简单HTTP协议的方法，并基于此方法构建数据采集方案.

2 系统结构

　　HTTP协议是一种基于TCP实现的应用层协议，它是因特网可靠的交换数据的重要基础.如果要实现HTTP协议 ，必须以TCP/IP协议栈为基础，利用嵌入式网络模块即可方便的实现TCP/IP协议栈的功能.图1为一个利用嵌入式网络模块实现的基于HTTP协议的数据采集方案.

图1 系统结构

　　图1中，最关键部分是采集板和网络模块.当今仪器仪表最常用的通讯接口是485串行接口，采集板和仪表设备一般通过485总线连接，采集板利用单片机开发，实现下位机和设备仪表的通信，采用主从方式采集所需要的数据，再通过485总线发送给网络模块，网络模块收到采集板数据发出的串行数据，利用内嵌的TCP/IP协议栈实现串行数据到以太网数据的转换，网络模块通过网线、交换机和采集服务器连接.采集板是实现HTTP应用层协议的地方，只要采集板发出的数据符合HTTP协议，经由网络模块转化后成为合法的HTTP请求，则Web服务器可使用任何的服务器端动态网页技术（CGI、ASP、JSP、PHP、ASP.Net等）实现数据的处理和保存.

3 系统实现

　　3.1 采集板

　　采集板和仪表进行主从通讯采集数据以外，最主要的任务就是把采集的数据封装为HTTP协议的数据包，也就是要在单片机中实现简化的HTTP协议，能够完成基本的数据交互功能即可.在国际标准中，有两个HTTP协议的标准文档：RFC1945和RFC2616[5].这两个文档分别描述了HTTP/1.0和HTTP/1.1的实现标准.这两个版本的HTTP协议最大区别在于前者不支持保持连接，规定每次的HTTP请求和响应后都要关闭TCP连接，而后者支持持久连接，这意味着可以打开一次TCP连接进行多次请求/响应，大大提高了性能.为了提高性能，本文中将实现基本的HTTP1.1协议.经过分析研究，找出了一种比较简单且有效的实现.下面通过 一个具体例子说明实现的HTTP协议包格式.

　　GET /com2http/test.aspx HTTP/1.1CRLF

　　Host: 127.0.0.1CRLF

　　Content-Length: 86CRLF

　　Connection: Keep-AliveCRLF

　　CRLF

　　000000C8420000C8420000C8420000C8420000C8420000C8420000C8420000C8420000C8420000C84251AD

　　通过工具截获的数据以16进制显示如下：

　　00000000:47 45 54 20 2F 63 6F 6D 32 68 74 74 70 2F 74 65 GET /com2http/te

　　00000010:73 74 2E 61 73 70 78 20 48 54 54 50 2F 31 2E 31 st.aspx HTTP/1.1

　　00000020:0D 0A 48 6F 73 74 3A 20 31 32 37 2E 30 2E 30 2E ..Host: 127.0.0.

　　00000030:31 0D 0A 43 6F 6E 74 65 6E 74 2D 4C 65 6E 67 74 1..Content-Lengt

　　00000040:68 3A 20 38 36 0D 0A 43 6F 6E 6E 65 63 74 69 6F h: 86..Connectio

　　00000050:6E 3A 20 4B 65 65 70 2D 41 6C 69 76 65 0D 0A 0D n: Keep-Alive...

　　00000060:0A 30 30 30 30 30 30 43 38 34 32 30 30 30 30 43 .000000C8420000C

　　00000070:38 34 32 30 30 30 30 43 38 34 32 30 30 30 30 43 8420000C8420000C

　　00000080:38 34 32 30 30 30 30 43 38 34 32 30 30 30 30 43 8420000C8420000C

　　00000090:38 34 32 30 30 30 30 43 38 34 32 30 30 30 30 43 8420000C8420000C

　　000000A0:38 34 32 30 30 30 30 43 38 34 32 30 30 30 30 43 8420000C8420000C

　　000000B0:38 34 32 35 31 41 44 84251AD

　　上面显示的便是一个合法的HTTP协议的数据包实例，从0x61开始为真正的有效数据信息，数据包括一个字节的采集站地址，本例中为“00”，10个符合IEEE-754标准的单精度四字节浮点数，本例中为10个100.0（16进制表示为0000C842），和2个字节的CRC16的循环检验码，本例中为“51AD”.HTTP协议传送的数据一般都是文本格式，所以总共43字节二进制数据经过转化成为86字节的16进制字符串数据.在HTTP包的封装中，除了数据域以外，0x4开始的“/com2http/test.aspx”和0x43开始86会根据实际需要在下位机中由程序自动设置，分别表示处理该数据的处理页面和提交的有效数据字节数.由此可以看出，只要在有效数据的前面加上HTTP请求头，就可以实现简单的HTTP1.1协议，在单片机系统中实现这种功能和写普通的串口发送程序一样简单.

　　3.2 网络模块

　　该模块在该系统中起着承上启下的作用，实现了TCP/IP协议栈，完成把485线上串行传送的HTTP包数据转化为在交换式以太网中的以太网帧，真正向Web服务器发出HTTP请求.

　　3.3 Web Server And Real Database

　　网络模块转化后的HTTP请求最终到达Web服务器，可用任何服务器端动态网页技术实现数据的处理和保存，实验方案采用微软最新的动态网页技术ASP.Net.通过编写程序获取有效数据，转化为原始二进制数据形式，验证校验码，如果无误根据数据的对应写入实时数据库，如果实时性要求不高以及数据存储量不大，可以使用ACCESS数据库，不然可以使用专用的数据库服务器，如Oracle和SQL Server.

4 优点

　　本文中数据采集方案有以下优点：

　　（1）可以很方便的集成现有设备和仪表的数据采集.只要知道仪表设备的通讯协议，在下位机实现数据通讯，把采集到的数据封装为HTTP协议包通过串口发出即可.

　　（2）采用工业交换以太网，基于HTTP协议，同时满足局域和远程采集的需要.可以把该系统连至Internet，Web Server And Real Database和采集系统不在同一地理位置，而且服务器可以同时处理多个不同地理位置的数据，方便实现数据集中，能更好的管理和使用数据.

　　（3）方便维护和升级，方便增加采样点.可以根据需要随意增加下位机，做到需要几个模块调试增加几个模块.

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