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首先明确三个概念
上位机：是指直接发出操控命令的设备，例如PC端界面，工控机触屏，是控制者；
下位机：按照指令驱动底层硬件的设备，例如单片机、PLC，是被控制者；
网口无线通信：指遵守IEEE802.11（局域网WiFi）或802.3（接入运营商2/3/4G网络）标准进行通信的方式
使用者通过HMI（Human Machine Interface）与上位机进行交互，发出控制指令，下位机接收到控制指令（如控制电机、读取传感器采集值、获取设备当前状态），解析指令做出对应响应，并将响应状态返回至上位机。网口无线通信作为众多无线通信方式中的一种，具有响应快、传输量大、传输距离远等优点，缺点在于模块成本高、功耗大。
在以前项目里曾使用过红外、NRF24L01、Zigbee、射频433、4G、WiFi等多种无线通信方式，但是对于远距离通信（＞10km），比如研究生期间做海浪数据采集实验，实验采集器固定在山东威海的一块海岸礁石上，测量一个月数据，当然人不能一直在海边24小时值守，得回到天津。首先实验测的历史数据必须能够在采集器单板上存储，同时考虑到实验环境过于恶劣，单板极易损坏，因此实验采集的实时数据必须要传回。那么这六七百公里距离，除了运营商网络，其他无线通信方式都不灵了（当时考虑过长波电台，但是受无线电管委管制）。
当下比较火的NB-IOT技术，因为构建于窝蜂网络，必须依靠于运营商网络资源，目前中国移动有自己的OneNET物联网平台，所有的数据交互必须通过该平台。一般企业级客户从数据隐私方面考虑是不会允许第三方染指的，所以预感私有组网的LoRa技术会更有市场。当然，一些涉及重要、敏感信息的远距离传输还是得依靠专网，有线的以太网专网或者无线的4G专网SIM卡，本次实验数据即采用4G专网传输。
因此，在下位机端，就需要下位机实现与以太网或者4G DTU的连接。目前嵌入式平台普遍具备以太网接口，例如STM32系列自带以太网模块，通过RMII接口连接PHY芯片LAN8720A可实现以太网通信；市场上成熟的4G DTU模块都有串口接入方式，嵌入式平台只用配置一个USART接口外接232芯片即可实现连接。
在上位机端，PC端必须通过网口才能接入以太网或者4G DSC模块，自己曾分别用Matlab和C#两种方式实现上位机界面对PC端网口控制，上收下发数据与命令，下面分别介绍。
【1】Matlab
选择采用Matlab来做GUI界面，在后台实现网口通信，其原因在于：当设计系统需要对采集的大量多模态数据做实时处理（清洗、插值补齐、滤波）、数据融合、预测等处理时，计算能力强大的Matlab无疑是最合适的。例如，实验采集到的波浪数据，需要后续对波浪进行FIR滤波，能量谱分析，神经网络预测等，这在Matlab工具箱里调用几条语句就能搞定，方便实用。
在用Matlab读取网口时数据时，需要对网口做以下配置。
function jiawangguanshiyan1_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)handles.output = hObject;try %设置网关网口配置 handles.tcpipClient = tcpip('192.168.11.254',8000,... 'NetworkRole','Client');%设置对象属性set(handles.tcpipClient,'OutputBufferSize',1024); %设置缓存长度set(handles.tcpipClient,'InputBufferSize',50000); %设置缓存长度 set(handles.tcpipClient,'Timeout',10); %设置连接时间 set(handles.tcpipClient,'TimerPeriod',10);%设置连接周期set(handles.tcpipClient, 'TimerFcn', {@huidiao,handles}); %定义TimerPeriod事件回调函数 set(handles.tcpipClient,'BytesAvailableFcnMode','byte');%设置网口BytesAvailableFcnMode属性 set(handles.tcpipClient,'BytesAvailableFcnCount',1); fopen(handles.tcpipClient); %打开连接对象catch %进行出错处理 errmsg = lasterr; errordlg(['不能打开网口: ',char(10),'请检查网络连接'],'网口打开错误'); rethrow(lasterror);endnBytes = get(handles.tcpipClient,'BytesAvailable');%数据程序读取放在这里，判断非空后执行disp(nBytes)
【2】C#
目前编程上位机界面使用最多的还是C#语言，原因在于：可以对windows底层操作系统的API进行直接调用，.NET控件类型丰富，同时在数据库与其他基于windows平台开发的软件（例如ArcGIS）数据交互方面更比Matlab更加擅长。可以生成exe可执行文件，方便移植使用，GUI界面也很容易做的更美观人性化。
在VS2010开发环境下读取网口时数据时，本机作为server端，远程的下位机作为client端，程序如下所示
publicpartialclassUDPserverForm : Form { private UdpClient udpserver;//UDP服务器 private Thread udpListenThread;//UDP监听线程 private IPEndPoint remoteIpAndPort;//远程IP地址和端口 publicUDPserverForm() { InitializeComponent(); udpListenThread = new Thread(new ThreadStart(udpListen));//创建监听线程 udpListenThread.IsBackground = true;//设为后台线程 udpListenThread.Start();//启动监听线程for (int i = 0; i < Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList.Length; i++) //显示本机内网IPv4地址 win7系统 {if (Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList.AddressFamily.ToString().Equals("InterNetwork")) {this.textBoxHostIp.Text = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList.ToString(); //↓ 获取本机的IPv4地址，不知道怎么获取，只找到了这个办法break; } } } privatevoidudpListen()//监听，线程的实际代码 {while (true)//循环，端口不可用自动加1 {try { udpserver = new UdpClient(int.Parse(this.textBoxPortNumber.Text));//创建UDP服务器，绑定要监听的端口 break; } catch //发生异常时的处理代码 { this.textBoxPortNumber.Text = (int.Parse(this.textBoxPortNumber.Text) + i++).ToString();//就是将预设的端口号加1 } } while (true) { receivedStr = udpserver.Receive(ref remoteIpAndPort);//读取指定的远程主机的数据 try { //后续处理代码 } } }
【3】
当然，C#与Matlab可以进行混合编程（将Matalb程序封装成dll文件在VS中进行调用），这样可以综合两者优势，但是对于硬件资源、参数传递与数据类型转换、个人编程能力是个极大考验。
【实际选择】
在现场实验前，决定充分利用STM32F407的硬件资源，选择在下位机实现数据采集、处理、融合、预测功能，上位机仅负责数据接收并实时保存。因此，最终选择C#编程一个简单的网口数据接收GUI界面，后台程序中将数据以天为单位自动保存为txt格式文件，方便以后调用。
现场实验中，采集器前端放置在海水里，没到一个月，就由于拍岸浪的冲击力和海水腐蚀共同作用而导致仪器被破坏，数据丢失，未达到实验预期目标。。。。不过就论文而言数据量已然够了。。。。。。
下一篇将介绍STM32F4上神经网络的移植与运用 或 Zigbee组网实战与Z-stack协议分析。 |
