基于WinCE的嵌入式消防数据终端设计

林玮 白冰

(1.广东倍思控制技术有限公司 2.广东新粤交通投资有限公司)

1 引言

目前我国城市中的大中型建筑及公共场所的独立楼宇火灾自动报警系统及消防设施已逐渐普及、完善，并在防火救灾中起到了关键作用。但与此同时，对于各个独立的楼宇火灾自动报警系统，其联网控制设备监控功能的相关标准还在研究阶段。在建立城市规模的火灾自动报警监控联网系统的过程中，由于楼宇火灾探测报警系统设备生产厂家众多、型号多样、采用的通讯协议各异，而这些设备基本不具备联网通信功能。因此，研发智能消防数据终端，将各独立系统纷繁复杂的通讯协议、数据格式进行统一转换，是大规模实施城市火灾报警监控系统关键环节。

2 系统总体架构

惠普重庆软件研发基地火灾报警联网监控系统基于多层级系统架构，形成从公安消防局、重庆市级总队、沙坪坝支队，到软件研发基地火灾报警联网监控系统的防控一体化监控管理网络。系统的最大特点是利用统一通讯技术，支持分布式数据处理和跨系统融合机制，使研发基地、沙坪坝支队、重庆市级总队各系统之间可根据级别、权限，实现实时监控、联动通信、数据汇总、按需巡检等消防管理功能。

图1 系统总体架构

为确保的研发中心火灾报警系统数据实时准确地被采集，并通过Internet上传到各级消防监控中心，需要在系统配置嵌入式消防数据终端，兼容各主流消防厂家的通讯协议，使其转换为统一的国家标准通讯协议，通过Internet、GSM实现与各级消防监控中心的联网。系统总体架构如图1所示。

3 硬件平台设计

嵌入式消防数据终端的主控设备采用研华公司UNO-1019嵌入式PC。它基于微软WinCE嵌入式操作系统，集成Intel®XScale PXA-255200MHZ CPU，64MB SDRAM，16MB Flash，2个RS-232和2个RS-232/422/485串口，2个10/100 Mb/s 以太网口，1个CompactFlash插槽，4个DI/DO通道，3个可编程控制LED(用户自定义)，0-70°C工作温度[1]。

RS-232/422/485串口和10/100Mb/s以太网口用于连接楼宇的火灾探测报警系统，实现嵌入式消防数据终端与各消防报警系统的数据通讯。数据终端把采集到的数据转换为统一的数据格式，采用VPN方式，通过互联网上传到消防监控中心。同时，数据终端的RS-232口连接GSM Modern，通过发送AT命令到GSM Modern，使其发送相应的报警短信息到监控中心。数据终端硬件结构如图2所示。

图2 数据终端硬件结构图

4 软件平台定制

WinCE嵌入式操作系统特点是使用了分层结构技术，使系统具有更好的实时性、可靠性、开放性，使应用程序和操作系统独立于具体硬件，以适应各种特殊的应用环境。操作系统从逻辑上分为硬件层，OEM 层，操作系统层，应用程序层[2]。基于嵌入式WinCE开发平台的定制主要是对操作系统层、OEM层进行定制。

微软提供PB（Platform. Builder）作为定制WinCE操作系统的集成开发环境。PB环境支持多种功能模块和硬件接口，可以根据目标设备的具体硬件配置进行WinCE的裁剪和定制。首先，通过安装和创建设备驱动程序对以太网口、RS-232//485串口、显示驱动、和电源驱动等硬件进行定制；然后，定制系统组件和服务，包括TCP/IP、FTP、Telnet等，并根据硬件配置和操作系统的应用特性修改配置文件；最后生成操作系统映像文件，将其下载到目标设备中运行。

5 消防报警数据采集

消防报警数据采集是整个数据终端的核心环节，通过 RS232/485/LAN等多种通讯接口方式，与各品牌的楼宇火灾报警系统联网。为了兼容不同厂家的通信协议，嵌入式消防数据终端的采用周期设为250ms。

以海湾公司的GST5000火灾报警控制器为例，它采用的是目前在消防火灾报警系统中比较常见的MODBUS RTU协议。每个回路可接240个设备，设备二次码（共六位）编码按照***001～***240设置，其中第三位为设备区号，后三位为设备一次码，与寄存器对应关系为：设备区号*240+设备一次码，对应相应的寄存器，001号设备对应寄存器0×40001。嵌入式消防数据终端通过RS485与GST5000连接，向其发送MODBUS通讯码，可以查询相应设备的工作状态和控制它们的启停。通过CRC-16校验算法，确保通讯数据的可靠性，从而达到抗干扰的目的。

6 TCP/IP数据通讯

数据通讯用于完成嵌入式消防数据终端与上层服务器之间的通信，其主要功能包括：传输采集数据，接受远程控制命令，控制消防系统设备运行状态，同步更新数据终端配置文件。数据通讯程序采用基于WinCE 的TCP/IP 协议，能够保证在传输过程中数据的准确性和可靠性[3]。

在基于WinCE的TCP/IP协议中，当接收到监控中心服务器控制命令时，数据终端首先调用 socket()函数建立流式套接字，然后调用bind()绑定本地地址，调用listen()函数进行通讯连接，连接成功后，服务器就调用 accept()函数接收连接请求，并建立连接，同时服务器启动一个新线程，建立单独的套接字实例与数据终端进行通讯。通信协议格式为：命令名称，参数表。

数据终端与服务器进行数据传输和配置文件(主要关于数据终端连接的火灾报警系统类型，数据通讯协议名称及其它系统配置信息)。更新时，数据终端调用 socket()函数建立流式套接字，再调用 connect()函数，请求与服务器建立 TCP连接，成功建立连接后，同服务器进行数据传输和配置文件更新。

7 GSM数据通讯

数据终端通过RS232与GSM Modern连接，采用德国西门子公司的TC35i模块，具备GSM无线通信的全部功能，支持文本和PDU 模式的短消息编码方式，基于相应的AT指令集对模块进行控制。文本模式比较简单，PDU模式是发送、接收手机SMS信息的一种通用方法，短信息正文经过十六进制进行编码后被传送。由于嵌入式消防数据终端需要把火灾报警信息以及设备运行情况通过 GSM Modern发送出去，所以考虑采用PDU方式。

将RS232和GSM Modern用相连，并设置好各项参数。然后设置短信息发送格式 AT＋CMGF＝1<回车>，这里的“1”表明采用PDU模式。打开串行端口设备所使用的名称要遵循一定的准则。即 COM后接要相应的端口号，后面加一个冒号。冒号是Windows CE 所必需的，它是为了区别于在Windows NT中用于设备驱动程序的命名规则[4]。以下是部分代码段：

8 结论

通过嵌入式消防数据终端的研制开发，运用嵌入式技术及多种网络通讯技术，实现对惠普重庆软件研发基地火灾报警系统设备状态及报警信息的数据采集、协议转换及网络传输，使软件研发中心与各级消防管理中心之间建立起高效的联网监控机制，并为同类系统的建设应用奠定了坚实的基础。系统自 2008年3月正式投运以来，一直稳定运行，满足用户需求。

[1]研华公司. UNO-1019用户手册

[2]邓川云,樊庆文.基于嵌入式WinCE的远程数据采集系统.http://www.21ic.com/app/embed/200912/52183.htm, 2009.12

[3]Jeremy Bentham. 嵌入式系统Web 服务器：TCP/IP Lean.北京:机械工业出版社,2003.5:134～135

[4]周毓林,宁杨,付林林.Windows CE.net 内核定制及应用开发[M].北京:电子工业出版社,2005:159～160