基于嵌入式WEB的電站數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

李月恒，張一飛，孫德輝，揚(yáng) 揚(yáng)

（北方工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)場(chǎng)總線及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100144）

監(jiān)控系統(tǒng)分2種，C/S模式和B/S模式。C/S模式需要在PC安裝客戶端，在嵌入式系統(tǒng)上還需要安裝服務(wù)端，這在設(shè)計(jì)上不僅加大了開發(fā)工作量，而且還得配備專用電腦，但有時(shí)候在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)上是沒有辦法做到的。而B/S模式則顯得其靈活性和成本低廉性。首先在B/S模式下面我們只需要開發(fā)單個(gè)WEB應(yīng)用，客戶端和服務(wù)端程序都不需要。其次還可以用具備瀏覽器的終端設(shè)備來隨時(shí)隨地瀏覽察看和控制后端設(shè)備。另外還可以省下其他監(jiān)控硬件設(shè)備，有效降低了成本，增強(qiáng)整套系統(tǒng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

綜合考慮本系統(tǒng)采用B/S方式。監(jiān)控系統(tǒng)以ARM11微處理器（SC6410）為硬件核心，嵌入式Linux為軟件核心的綜合平臺(tái)方案。在此平臺(tái)上設(shè)計(jì)了基于Linux嵌入式Web太陽能監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)以Ajax為網(wǎng)頁前端通訊方式，Cgi進(jìn)程、Php進(jìn)程、485進(jìn)程為后端數(shù)據(jù)處理方式。監(jiān)控系統(tǒng)只在設(shè)備上運(yùn)行，在和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的任何地方，僅通過瀏覽器就可以直接監(jiān)控太陽能設(shè)備，打破了距離的限制，提高了軟件的保密性。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)硬件分為核心板和底板2個(gè)部分。核心板使用S3C6410處理器，外擴(kuò)128MB SDRAM和256MB FLASH外部存儲(chǔ)器。底板采用的是RS485采集接口，3線RS232串口，SD卡存儲(chǔ)接口以及以太網(wǎng)控制器和RJ45組成的以太網(wǎng)接口，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RS485通訊接口按照協(xié)議把太陽能設(shè)備參數(shù)讀取并發(fā)送主控芯片（S3C6410）。主控芯片接受485采集數(shù)據(jù)并存放Sqlite3數(shù)據(jù)庫。經(jīng)程序處理、分析后的數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁上以動(dòng)態(tài)曲線和表格形式顯示，除此之外實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁上發(fā)送指令修改太陽能設(shè)備參數(shù)。該監(jiān)控系統(tǒng)完成參數(shù)以表格和曲線等多種形式的展示以及太陽能設(shè)備參數(shù)的配置，極大方便了客戶，提高了客戶使用友好性。

2 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境移植

2.1 嵌入式CGI的C庫移植

2.1.1 下載cgic205.tar.gz

下載地址：http://www.boutell.com/cgic/#obtain

2.1.2 解 壓

解壓壓縮文件到/home/cgic/目錄

#tar－czvf cgic205.tar.gz

#cd cgic205

2.1.3 編 譯

修改其makefile里面的編譯參數(shù)

CC=arm－linux－gcc

AR=arm－linux－ar

RANLIB=arm－linux－ranlib。

#make

拷貝libcgic.a庫到設(shè)備/usr/lib/目錄下。

2.2 嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite3移植

2.2.1 下載sqlite3-autoconf-3070900.tar.gz

下載地址：http://www.sqlite.org/download.html

2.2.2 解 壓

解壓壓縮文件到/home/sqlite3/目錄

#tar －czvf sqlite3－autoconf－3070900.tar.gz

#cd sqlite3－autoconf－3070900

2.2.3 編 譯

#./configure

－－h(huán)ost=arm－linux－

－－prefix=/opt/sqlite3/install3.7.4

－－disable－tc

#make

#make install

拷貝/opt/sqlite3/install3.7.4目錄下lib和bin文件到設(shè)備上對(duì)應(yīng)目錄。

2.3 WEB服務(wù)器Appweb軟件移植

2.3.1 下載Appweb3.3.0.tar.gz

下載地：http://appwebserver.org/downloads/appweb/download.ejs

2.3.2 解 壓

解壓文件到/home/appweb/目錄

#tar－czvf appweb3.3.0.tar.gz

#cd appweb3.3.0

2.3.3 編 譯

#./configure

－－prefix=/home/my

－－target=arm－sc6410－linux

－－build=i686－pc－linux

－－enable－log

－－static

－－port=80

－－with－php=/home/cgi－php ；

#make TRACE=1

#make ROOT_DIR=/home/my install

在/home/cgi－php目錄里面要有編譯好的php5動(dòng)態(tài)庫，編譯的Appweb服務(wù)器才會(huì)支持php功能。

拷貝home/my目錄里面的文件到設(shè)備對(duì)應(yīng)目錄，同時(shí)拷貝php動(dòng)態(tài)庫到/usr/lib目錄，至此監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境移植完畢。

2.3.4 驗(yàn)證Appweb服務(wù)器

編寫以下代碼并保存為文件test.php，放至設(shè)備/www/目錄下

＜?php

if（extension_loaded（'sqlite'）） {echo'ok php'；

}else{echo'sorry php'；

}

?＞

在PC機(jī)瀏覽器地址上輸入設(shè)備地址：192.168.0.80/test.php.如果瀏覽器網(wǎng)頁中顯示“ok php”，就證明嵌入式Appweb帶php開發(fā)功能且支持Sqlite3數(shù)據(jù)庫軟件運(yùn)行環(huán)境已經(jīng)移植完畢。現(xiàn)在Web服務(wù)器能支持Cgi和Php這兩項(xiàng)功能，而類似boa，shttpd等嵌入式Web只是支持Cgi，在后臺(tái)的處理上功能比較弱，不能完成較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件基于Linux操作系統(tǒng)，主要分為Cgi模塊、Php模塊、485進(jìn)程模塊。Cgi模塊主要是要負(fù)責(zé)密碼驗(yàn)證、修改、以及發(fā)送消息給485掃描進(jìn)程進(jìn)行對(duì)太陽能設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置。Php模塊主要負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫中提取出數(shù)據(jù)分析、處理后送給前臺(tái)。485進(jìn)程模塊主要是自定義通訊協(xié)議，掃描在線太陽能逆變器來獲取其基本屬性參數(shù)并且經(jīng)過處理后存放在設(shè)備sqlite3數(shù)據(jù)庫里，一切圖形顯示和圖表顯示以及參數(shù)修改等數(shù)據(jù)全部是從數(shù)據(jù)庫中取得。監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)及其功能模塊如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)及功能模塊圖Fig.2 Diagram of software architecture and function block

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)

3.1.1 軟件通訊技術(shù)

軟件通訊方式是Ajax，她是結(jié)合了Java技術(shù)、XML以及JavaScript等編程技術(shù)，可以讓開發(fā)人員構(gòu)建基于Java技術(shù)的Web應(yīng)用，并打破了使用頁面重載的慣例。用戶可以創(chuàng)建接近本地桌面應(yīng)用的直接、更豐富、更動(dòng)態(tài)的Web用戶界面。

3.1.2 軟件Javascipt基礎(chǔ)庫

整個(gè)系統(tǒng)軟件前端軟件開發(fā)主要是基于Javascipt的庫JQuery。她簡(jiǎn)化了前端開發(fā)的工作，提供了豐富的函數(shù)接口。

3.1.3 軟件曲線顯示插件技術(shù)

系統(tǒng)曲線顯示部分主要是由Flot插件來完成的。Flot是一個(gè)非常強(qiáng)大的利用js來畫出圖表的jquery插件，并且支持幾乎所有主流瀏覽器，包括IE6+。在本系統(tǒng)中主要采用此插件來完成歷史和實(shí)時(shí)曲線的繪制

3.1.4 軟件圖表顯示插件技術(shù)

系統(tǒng)圖表顯示部分主要是由JGrid插件實(shí)現(xiàn)。她能完成大部分常用工作的表格和分頁功能的表單，在本系統(tǒng)中主要用來顯示和實(shí)時(shí)更新在線太陽能設(shè)備的基本參數(shù)。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件Cgi模塊

Cgi模塊分為前端和后端兩個(gè)部分，前端主要是html元素的編寫和布局以及相關(guān)元素對(duì)應(yīng)事件函數(shù)的編寫，后端是負(fù)責(zé)處理html網(wǎng)頁傳送過來的數(shù)據(jù)并且處理完畢返回給網(wǎng)頁調(diào)用函數(shù)需要的數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁利用得到的數(shù)據(jù)更新原來網(wǎng)頁上的數(shù)據(jù)。圖3是Cgi功能模塊。

圖3 Cgi模塊程序功能圖Fig.3 Diagram of Cgi module program function

3.2.1 Cgi前端編程

Html網(wǎng)頁js函數(shù)提交數(shù)據(jù)有post和get兩種方式，本系統(tǒng)采用方式是post方式[5]。前臺(tái)（html）調(diào)用cgi程序?qū)嵗?/p>

……

＜input type="button"name="addr"id="addr"value="查詢"onclick="query（）"/＞

……

在js文件里面需要編寫類似函數(shù)：

function query （）{

………………………….

$.ajax（{

type:"POST"，

url:"cgi－bin/config.cgi"，

dataType:xml，

timeout:4000，

data:{ID:addr ，Value:value}，

success:function（msg）{

//處理cgi成功返回的數(shù)據(jù)

}，

error:function（）{

//cgi出錯(cuò)處理

}

}）；

}

Cgi程序通過cgic庫提供的api函數(shù)獲取從前臺(tái)網(wǎng)頁傳過來的數(shù)據(jù){ID:addr，Value:value}，處理數(shù)據(jù)后依需求發(fā)送消息給485進(jìn)程，并查詢數(shù)據(jù)庫檢查命令是否設(shè)置成功，當(dāng)然也有獨(dú)立的查詢數(shù)據(jù)庫來驗(yàn)證密碼或者修改密碼之類的操作。

3.2.2 Cgi后端編程

……………………

int cgiMain（）

{

//接受前端數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)庫、發(fā)送消息

………………….

cgiHeaderContentType（"application/xml"）；

fprintf（cgiOut， "＜solar＞ "）；

…………………..

fprintf（cgiOut， "＜/solar＞ "）；

return 0；

}

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件Php模塊

Php模塊從數(shù)據(jù)庫提取需要的數(shù)據(jù)整理處理后以JSON格式發(fā)送前臺(tái)[6]。圖4是Php功能模塊。

圖4 Php模塊程序功能圖Fig.4 Diagram of Php module program function

3.3.1 Php前端編程

這個(gè)部分和Cgi部分是一樣的，編寫調(diào)用Php模塊js

函數(shù)。

3.3.2 后端php編程

＜?php

//接受前端數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)庫

……………………

try{

…………………

echo json_encode（ $data ）；

}catch （PDOException$e）{

echo'Connection failed:'；

$e－＞getMessage（）；

$dbh=null；

}

?＞

4 運(yùn)行效果

測(cè)試滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)需求，如圖5和圖6以及圖7所示。

圖5 逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)表格Fig.5 Data table of running inverter

圖6 逆變器運(yùn)行實(shí)時(shí)曲線Fig.6 Real-time curve of running inverter

圖7 逆變器歷史查詢顯示Fig.7 Chart of inverter history data querying and displaying

5 結(jié)束語

文中介紹了基于ARM嵌入式電站動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控的一種新設(shè)計(jì)方案[7]，給出了詳細(xì)的硬件和軟件組成和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并且針對(duì)電站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢以及電站基本參數(shù)的配置等核心問題，提出了一套可靠的設(shè)計(jì)方法，實(shí)際長期運(yùn)行證明該監(jiān)控軟件運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)際占用資源少、界面易于操作、符合現(xiàn)場(chǎng)要求，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

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