基于J2EE 的氣體安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

向碧群，劉 亮

(重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院計(jì)算機(jī)系，重慶401520)

0 引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，有毒有害氣體已經(jīng)成為我們?cè)谏钪胁坏貌幻鎸?duì)的危險(xiǎn)來(lái)源。對(duì)此，目前國(guó)內(nèi)外是由專人攜帶便攜式毒害、可燃、易爆氣體檢測(cè)儀，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定期抽檢，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)用沖水、通風(fēng)、清淤等手段消除爆炸、泄漏隱患，但這種方法耗費(fèi)人力、物力較大，并常常發(fā)生漏檢，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除危險(xiǎn)，無(wú)法根本解決毒害、可燃、易爆氣體安全預(yù)警問題。

近期國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始嘗試應(yīng)用一些新技術(shù)在容易產(chǎn)生毒害、可燃、易爆氣體地點(diǎn)安裝紅外毒害、可燃、易爆氣體傳感器，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)及時(shí)傳至城市監(jiān)測(cè)中心，并將預(yù)警信息及時(shí)通知相關(guān)人員，達(dá)到迅速準(zhǔn)確消除安全隱患，減少人力投入，實(shí)現(xiàn)精確、敏捷、高效、全時(shí)段、全方位覆蓋的氣體安全管理。

該易爆氣體安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)就是針對(duì)我國(guó)污水處理廠、化糞池、垃圾處理場(chǎng)等容易產(chǎn)生毒害、可燃、易爆氣體的場(chǎng)所而專門研制。

1 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)中采用了紅外線氣體探測(cè)儀來(lái)測(cè)量甲烷濃度。工作時(shí)，氣體采集泵把被監(jiān)測(cè)環(huán)境中的氣體吸進(jìn)檢測(cè)氣室，通過紅外吸收光譜計(jì)算出甲烷氣體濃度值。同時(shí)探測(cè)儀還能檢測(cè)環(huán)境溫度、采集井蓋防盜報(bào)警信號(hào)、自身防盜報(bào)警信號(hào)、污水溢出報(bào)警等信號(hào)。通過無(wú)線分組業(yè)務(wù)(general packet radio service，GPRS)模塊［1］，將檢測(cè)信息實(shí)時(shí)上傳至安全監(jiān)控系統(tǒng)，并與監(jiān)測(cè)中心實(shí)現(xiàn)信息交互。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.1 Network topology of system

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊［2］對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的不同情況，在系統(tǒng)軟件前臺(tái)進(jìn)行展示，同時(shí)對(duì)達(dá)到一定界限值的數(shù)據(jù)進(jìn)行短信發(fā)送，提醒相關(guān)責(zé)任人員。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

氣體采集采用的是紅外甲烷探測(cè)儀。該探測(cè)儀原理如圖2所示。

圖2 紅外甲烷探測(cè)儀電路原理框圖Fig.2 Circuit diagram of infrared detectors

紅外甲烷探測(cè)儀基本原理依據(jù)Lambert-Beer定律［3］，特定波長(zhǎng)的紅外光穿過甲烷氣體時(shí)會(huì)被氣體吸收，氣體吸收紅外光的程度與透射光強(qiáng)度和被測(cè)氣體的濃度關(guān)系遵循(1)式所示

(1)式中:I出為透過被測(cè)氣體的光強(qiáng)度;I入為光源的光強(qiáng)度;K為吸收系數(shù)，為常數(shù);C為被測(cè)氣體濃度;L為光路長(zhǎng)度，其值由探頭氣室結(jié)構(gòu)決定。

由(1)式可得

由于K是常數(shù)、在探頭氣室結(jié)構(gòu)一定的情況下，L也可測(cè)試得出，從(2)式可看出，我們只要測(cè)出I出，I入即可算出氣體濃度 C。

紅外甲烷探測(cè)儀的探測(cè)頭采用單光路雙波長(zhǎng)工作方式。工作時(shí)，被測(cè)環(huán)境中的氣體以擴(kuò)散方式進(jìn)入探測(cè)儀探頭氣室，探頭氣室中有特定波長(zhǎng)的紅外光源，紅外線透過探頭氣室分別到達(dá)參考檢測(cè)單元和測(cè)量檢測(cè)單元，檢測(cè)單元輸出電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字補(bǔ)償、運(yùn)算等過程，最后得出濃度值，根據(jù)需要可以將濃度值轉(zhuǎn)換成LED顯示、頻率顯示或數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)由RS-485接口上傳至遠(yuǎn)程終端［4］，同時(shí)通過鍵盤及微控制單元(micro controller unit，MCU)可設(shè)置報(bào)警點(diǎn)、控制點(diǎn)，并可聲光報(bào)警，輸出控制電平等。該紅外甲烷探測(cè)儀的工作流程圖如圖3所示。

圖3 探測(cè)儀工作流程圖Fig.3 Work flow chart of detector

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用J2EE平臺(tái)的B/S多層架構(gòu)［5］，通過IE瀏覽器進(jìn)行系統(tǒng)訪問。數(shù)據(jù)層采用目前世界上最流行的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)，具有移植性好、使用方便、性能強(qiáng)大等特點(diǎn)。應(yīng)用層采用專門為企業(yè)電子商務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server，它具有良好的靈活性和安全性，同時(shí)還支持關(guān)鍵任務(wù)所必需的擴(kuò)展性和高可用性。軟件系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)對(duì)象通過GPRS或Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離交互，并且提供與其他系統(tǒng)的接口功能［6］，該系統(tǒng)的軟件物理結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件物理結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Physical structure of system software

3.1 系統(tǒng)的軟件平臺(tái)

該系統(tǒng)采用了專門為企業(yè)電子商務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server。webLogic是美國(guó)bea公司出品的一個(gè)webserver，如同我們使用的IIS，Apache，確切的說是一個(gè)基于J2ee架構(gòu)的中間介［6］，webserver是用來(lái)構(gòu)建網(wǎng)站的必要軟件，具有用來(lái)解析發(fā)布網(wǎng)頁(yè)等功能，它是用純java開發(fā)的。該軟件支持Oracle Database 10g Release2 for Linux X86_64 RAC［7］。表1和表2是該系統(tǒng)中的2個(gè)比較典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

表1 終端采集數(shù)據(jù)表Tab.1 Terminal data collection table

表2 終端控制指令表Tab.2 Terminal control command table

3.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程

3.2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換

采集數(shù)據(jù)時(shí)通過監(jiān)控系統(tǒng)首先下達(dá)采集數(shù)據(jù)指令，再通過GPRS模塊上傳至服務(wù)器，通信模塊對(duì)接收的GPRS數(shù)據(jù)進(jìn)行解包并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以供實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和前臺(tái)程序調(diào)用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)圖Fig.5 Data storage of system diagram

3.2.2 數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的不同情況，在系統(tǒng)軟件前臺(tái)進(jìn)行展示，同時(shí)對(duì)達(dá)到一定界限值的數(shù)據(jù)進(jìn)行短信發(fā)送，提醒相關(guān)責(zé)任人員［8］。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理圖Fig.6 Data processing system diagram

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)中采用了自行研發(fā)的紅外甲烷探測(cè)儀，并與專門為企業(yè)電子商務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的weblogic server軟件相結(jié)合。能夠在一定程度上解決特定環(huán)境中危險(xiǎn)氣體的漏檢、誤檢問題。但對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)警的界限值、數(shù)據(jù)報(bào)警的方式等方面還可以進(jìn)一步進(jìn)行研究。

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