基于多线程的环境监控系统下位机的设计

　　0 引言

　　随着国民经济及工业技术的发展， 环境保护越来越受到重视。现在市场上已经出现了多种环境监控系统， 但性能不稳定。现场监控终端大多采用工控机或单片机， 前者抗干扰性能好， 但成本较高; 后者处理能力低， 人机界面不友好， 不利于现场人员的监控管理。针对上述问题， 笔者设计了一种基于多线程的环境监控系统。该系统采用多线程技术有效地实现了监控过程中数据的采集与存储、实时数据显示、下位机( 监控终端) 与上位机( 监控中心) 的通信、实时报警等功能。本文重点介绍该系统下位机的设计。

　　1 系统总体结构

　　基于多线程的环境监控系统由现场监控终端( 下位机) 、传输网络、监控中心( 上位机) 3 个部分组成，其结构如图1 所示。

图1 基于多线程的环境监控系统结构

　　下位机是一个基于A RM9 的嵌入式系统， 用于定时采集、处理、存储被监测的特征数据。经过下位机处理后的数据， 按照相关协议， 经GPRS 模块发送给上位机。上位机由一台PC 机担任， 负责接收多个下位机发送的数据， 并对这些数据进行分析、处理和显示。环保部门可通过上位机监控其辖区内的污染排放状况。上位机基于VB. NET 开发。

　　2 下位机硬件设计

　　下位机的硬件核心部分由S3C2410、NandFLASH 和SDRAM 组成，如图2 所示。S3C2410是三星公司生产的一款基于ARM920T 内核的32 位RISC 嵌入式微处理器， 带有独立的16 KB 指令Cache 和16 KB 数据Cache、LCD 控制器、RAM控制器、N and FLASH 控制器、并行I/ O 口、8 路10 位ADC, 其运行频率可达203 MHz.8 位64 MB的Nand FLASH 选用的芯片为K9F1208, 64 MB的SDRAM 由2 片HY57V561620 组成。下位机通过以太网控制器CS8900A 扩展了一个网口， 数据既可以通过无线传输， 也可以通过有线传输; 通过I/ O接口扩展了8 个DI 口( 数字量输入) 、4 个AI 口( 模拟量输入) 、4 个DO 口( 数字量输出) , 下位机通过这些接口与被监控设备通信。

图2 下位机硬件组成

　　3 下位机的需求与结构设计

　　下位机定时采集、处理现场数据， 并存储在数据库中， 把实时数据发送给上位机， 并响应上位机发送的控制命令。因此， 下位机需要同时处理多个任务，这些任务并发执行。若使用单线程来完成这些任务， 则需要使用多个定时器来触发， 而过多的定时器会导致系统不稳定。Window s 是抢先式多任务的操作系统， 启动了一个应用程序就等于启动了一个进程。一个进程通常拥有一个线程， 在系统资源管理中， 每一个线程被分配一定的时间片。采用多线程的设计方法可以使程序拥有多个线程， 这样程序就能同时处理更多的任务。因此， 若使用多个进程来协作完成， 能避免上述缺点且系统比较稳定， 但系统对进程的频繁调度会占用过多资源， 程序的可读性也不好。