傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)監(jiān)測軟件研究與開發(fā)

周越　周嘉盈　吳勃辰　董晨陽

【摘 要】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式連接而成，能夠?qū)崟r感知、監(jiān)測和采集覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息，并進(jìn)行處理后報(bào)告給感興趣的用戶。其具有部署靈活、可靠性強(qiáng)、擴(kuò)展方便、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，在軍事安全、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，分析了傳感器參數(shù)監(jiān)測軟件的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種B/S與C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的系統(tǒng)軟件。通過各個功能模塊，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，并為監(jiān)測數(shù)據(jù)提供了高效的查詢分析功能，為監(jiān)測工作提供了一個有效的信息化管理平臺。

【關(guān)鍵詞】傳感器參數(shù)監(jiān)測；C/S架構(gòu)；B/S架構(gòu)

【Abstract】The status of sensor monitoring software is analyzed， and a software system of combining B/S with C/S is designed. Of the various functional modules， the realization of the real-time monitoring of environmental parameters， and for monitoring data provide efficient query function analysis， provides an effective information management platform for monitoring.

【Key words】Sensor monitoring； C/S architecture； B/S architecture

0 引言

電力系統(tǒng)作為關(guān)系經(jīng)濟(jì)、民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，其安全運(yùn)行是非常重要的，其中電力設(shè)備自身的安全運(yùn)行問題是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要方面，而變壓器作為電力系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備一旦發(fā)生事故將造成嚴(yán)重的損失并且需要較長時間去修復(fù)。長期以來，電力系統(tǒng)內(nèi)對變電站中變壓器的運(yùn)行和維護(hù)主要是采用事后維修、預(yù)防型維修和計(jì)劃檢修等方式，但是，這些檢修方式都存在著一些不可避免的弊端。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備由定期檢修逐漸向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變已成為了一種發(fā)展趨勢，于是設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，因此對變壓器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測對于電網(wǎng)來說意義重大，傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多在空間上分布的自動裝置組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器協(xié)作，監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況（比如溫度、濕度、聲音、振動、壓力、運(yùn)動或污染物）。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場監(jiān)測等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如溫濕度監(jiān)測、環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動化、以及交通控制等。

1 關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用B/S與C/S相結(jié)合的架構(gòu)模數(shù)。C/S結(jié)構(gòu)用于數(shù)據(jù)采集，能更好的保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性與準(zhǔn)確性，兩者結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。B/S模式中，除數(shù)據(jù)采集模塊之外的功能都予以實(shí)現(xiàn)，如：實(shí)時監(jiān)測、歷史查詢與分析等。

編程工具采用基于Windows平臺的Visual Studio2010軟件開發(fā)，包含.NET Framework及ASP.NET程序開發(fā)服務(wù)器，并支持Windows7操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)，可以將結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化文檔的數(shù)據(jù)直接存儲到數(shù)據(jù)庫中，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、搜索、同步、報(bào)告和分析。

通信方式為串口通信（Serial Communications），它的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對于兩個進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)結(jié)合溫度監(jiān)測管理系統(tǒng)，參考相關(guān)程序軟件的設(shè)計(jì)，在管理平臺中設(shè)置不同的權(quán)限管理，具有數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測、采集、查詢分析等功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)E-R（實(shí)體—聯(lián)系）圖分析，最終確定了數(shù)據(jù)庫表，主要包括：實(shí)時節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表、基礎(chǔ)設(shè)置表、用戶表、角色表、用戶角色關(guān)系表等。實(shí)時節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表：日期、時間、節(jié)點(diǎn)信息等；基礎(chǔ)設(shè)置表：數(shù)據(jù)采集周期、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、檢測節(jié)點(diǎn)編號、比特率等；用戶表：用戶ID，用戶名，密碼，姓名等。

3.2 主題結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

3.2.1 登錄模塊

登錄模塊通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中用戶信息來驗(yàn)證用戶名和密碼，同時判斷用戶的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)操作。

3.2.2 實(shí)時監(jiān)測功能模塊

在C/S架構(gòu)中，實(shí)時監(jiān)測的同時，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，將有效的實(shí)時信息添加到數(shù)據(jù)庫中。如有數(shù)據(jù)在設(shè)定的溫度范圍之外的，用紅色高亮顯示。在B/S架構(gòu)中，實(shí)時監(jiān)測模塊讀取數(shù)據(jù)庫中當(dāng)前最新一條數(shù)據(jù)，當(dāng)作實(shí)時數(shù)據(jù)。

這個功能模塊中，通過serialPort控件進(jìn)行串口通信，傳輸前，由程序控制，自動打開傳輸接口，傳輸結(jié)束時，立刻關(guān)閉，以免影響下一下傳輸工作。同時結(jié)合了pictureBox控件，每秒更新pictureBox中的折線圖數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時顯示的目的。動態(tài)顯示的表格則結(jié)合了dataGridView控件。

在B/S結(jié)構(gòu)中，使用的數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)庫中讀取的最新一條數(shù)據(jù)當(dāng)作當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)（只考慮正在監(jiān)測時），故不存在通信模塊。這里的繪圖控件highcharts，顯示原理是：每秒給highcharts的數(shù)據(jù)源添加一個新的對值，即[時間，節(jié)點(diǎn)溫度]，該控件將剔除最早的一個數(shù)據(jù)，加入最新的這個數(shù)據(jù)，形成一個新的動態(tài)實(shí)時監(jiān)測圖形。

3.2.3 歷史數(shù)據(jù)查詢與圖表分析模塊

歷史數(shù)據(jù)查詢分為單節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)查詢。根據(jù)節(jié)點(diǎn)號、日期、時間進(jìn)行精確查詢，對于查詢結(jié)果，可以選擇性打印。此外，便于用戶更直觀的了解節(jié)點(diǎn)的信息，對于可以選擇打印，或生成對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖。

4 結(jié)束語

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)（溫度）監(jiān)測系統(tǒng)可用于生產(chǎn)生活中的環(huán)境監(jiān)測，24小時實(shí)時動態(tài)監(jiān)控，進(jìn)行分析和預(yù)警。用戶可通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，更好的提高作業(yè)效率或做好相應(yīng)措施。該系統(tǒng)通過全面的測試與實(shí)際運(yùn)行，效果良好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

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[責(zé)任編輯：王楠]