基于移動(dòng)互聯(lián)的冷庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

倪曉霜，鄒 鯤

（東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 201620）

0 引言

醫(yī)療事業(yè)的進(jìn)步、對(duì)藥品的儲(chǔ)存提出了更高的要求。現(xiàn)階段的醫(yī)藥存儲(chǔ)方式主要是冷庫存儲(chǔ)。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控和查詢已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的通訊方式具有成本高，傳輸效率低，抗干擾能力差等缺陷，為了打破傳統(tǒng)通信方式的限制[1]，利用LabVIEW可視化編程語言和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)語言PHP設(shè)計(jì)了藥品冷庫實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠準(zhǔn)確地反映當(dāng)前的倉位余量，藥品數(shù)量，批次和溫度等信息，便于及時(shí)調(diào)整，且不限于特定的軟件，用戶只需要在計(jì)算機(jī)或者其他移動(dòng)設(shè)備上瀏覽指定的網(wǎng)頁或者直接登錄微信平臺(tái)就可以查詢更改當(dāng)前信息，隨時(shí)隨地，方便快捷。同時(shí)，此套系統(tǒng)的通用性和可移植性強(qiáng)，能夠很好地適應(yīng)其他工業(yè)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化。

1 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

本文介紹了基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的遠(yuǎn)程信息訪問系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

利用網(wǎng)絡(luò)端口socket將LabVIEW采集的各項(xiàng)信息發(fā)送給由PHP語言編寫的數(shù)據(jù)交換服務(wù)器并存入MySQL數(shù)據(jù)庫，再利用WEB服務(wù)器發(fā)布到WEB頁面進(jìn)行顯示，同時(shí)SAE實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)信息的云存儲(chǔ)，微信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與微信公眾平臺(tái)的交互。為了實(shí)現(xiàn)LabVIEW和PHP之間有效的通信，創(chuàng)建了一個(gè)PHP服務(wù)器端和兩個(gè)客戶端以及兩個(gè)LabVIEW服務(wù)器端和一個(gè)客戶端，它們一一對(duì)應(yīng)，共組成三層“C/S”通信[2]，每層采用不同的端口號(hào)，每一層中的服務(wù)器端都充當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送端，客戶端充當(dāng)數(shù)據(jù)接收端，兩端應(yīng)用基于TCP/IP協(xié)議的socket通訊技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。為了防止數(shù)據(jù)被惡意入侵，在本地采用Access數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信息及入庫時(shí)人工掃描或輸入的數(shù)據(jù)信息；采用LabVIEW中的Database Connectivity Toolkit工具包編寫信息提取程序，將實(shí)時(shí)信息從數(shù)據(jù)庫中讀出，以字符串的形式實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送，并根據(jù)服務(wù)器端和客戶端數(shù)據(jù)的收發(fā)特點(diǎn)，使用條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)VI之間的層次調(diào)用，控制各個(gè)子VI運(yùn)行順序和啟停；采用PHP語言在同一個(gè)程序中集成了數(shù)據(jù)接收端和發(fā)送端，其間調(diào)用延時(shí)函數(shù)使其有序執(zhí)行，并結(jié)合Javascript、HTML5和CSS編寫了用戶注冊(cè)、登錄和操作界面；采用微信公眾開發(fā)平臺(tái)建立了用于查詢，更新，錄入，失溫報(bào)警和物流上傳的服務(wù)公眾號(hào)，并為不同用戶群體提供了不同的操作界面，其中本地Access數(shù)據(jù)庫與WEB服務(wù)器端的MySQL數(shù)據(jù)庫同步更新。從而，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)或者移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控冷庫中各藥品的信息。

2 數(shù)據(jù)交互機(jī)制設(shè)計(jì)

2.1 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)發(fā)送端

LabVIEW由National Instrument公司研制開發(fā)，使用圖形化編程模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文本編程語言，流程化編程思路使程序結(jié)構(gòu)更為清晰，大幅提高了編程的效率[3]。LabVIEW有三種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的方法，分別是Datasocket技術(shù)、郵件傳輸、TCP/IP協(xié)議[4]，本文采用的是第三種通信技術(shù)，因?yàn)門CP/IP協(xié)議是如今使用最為廣泛的通信標(biāo)準(zhǔn)，其編譯的環(huán)境相對(duì)開放，對(duì)于傳輸過程中丟失的信息可以實(shí)現(xiàn)智能回訪，保證系統(tǒng)的安全性，具體傳輸過程如下：發(fā)送端發(fā)送連接請(qǐng)求→接收端監(jiān)聽到請(qǐng)求→建立連接→傳輸數(shù)據(jù)→關(guān)閉連接[5]。

在本系統(tǒng)中，利用LabVIEW中的TCP通信協(xié)議模塊建立了兩個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端和一個(gè)數(shù)據(jù)接收端，分別命名為L(zhǎng)abVIEWserver1、LabVIEWserver2和LabVIEWclient1，下面具體介紹各部分程序的作用。

2.1.1 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫讀取程序

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括以下9個(gè)數(shù)據(jù)表：庫存表、出庫表、入庫表、盤點(diǎn)表、倉庫字典表、產(chǎn)品字典表、供應(yīng)商字典表、客戶字典表和用戶信息表。根據(jù)需求的不同，查詢不同的數(shù)據(jù)表或多表聯(lián)合查詢，具體地說，利用LabVIEW和數(shù)據(jù)庫的接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了LabVIEW和Access數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)通。利用 Database Connectivity Toolkit工具包和SQL基本查詢語句將數(shù)據(jù)表中某一藥品的當(dāng)前信息整行讀出，然后整合成一條具有固定格式的字符串發(fā)送給后續(xù)的處理程序。

2.1.2 數(shù)據(jù)發(fā)送程序

LabVIEW中的TCP函數(shù)包最大程度地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)通信[6,7]，對(duì)其的充分利用實(shí)現(xiàn)了信息的發(fā)送和對(duì)程序運(yùn)行流程的間接控制，數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖2所示。

圖2 信息發(fā)送流程圖

首先，為了保證用戶能隨時(shí)查詢或更改冷庫各藥品的信息，除了關(guān)機(jī)整修外LabVIEW程序必須始終處于運(yùn)行狀態(tài)，便于讀取最新的信息并及時(shí)監(jiān)聽到連接請(qǐng)求，所以當(dāng)沒有請(qǐng)求到達(dá)時(shí)LabVIEW server1一直處于監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)用戶在瀏覽器中打開連接網(wǎng)頁后，WEB端向LabVIEW端提出連接請(qǐng)求，一旦監(jiān)聽到連接請(qǐng)求，TCP監(jiān)聽函數(shù)會(huì)輸出WEB端的計(jì)算機(jī)名，從而進(jìn)入條件結(jié)構(gòu)的指定分支，同時(shí)數(shù)據(jù)庫查詢子VI就會(huì)讀出數(shù)據(jù)表中的相應(yīng)信息發(fā)送給啟停子VI。

當(dāng)收到相應(yīng)的計(jì)算機(jī)名后，開始運(yùn)行啟停子VI，用于控制LabVIEW client1的啟停。具體地說，因?yàn)閃EB服務(wù)器端一旦被開啟后將會(huì)一直工作直到手動(dòng)關(guān)閉Apache服務(wù)器，所以要保證與之相連的LabVIEW客戶端程序在有查詢請(qǐng)求時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，在成功接收到數(shù)據(jù)后自動(dòng)停止。程序后端的局部變量是用于清空傳送過的數(shù)據(jù)信息，避免將上一次查詢到的數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送給WEB端。

最后運(yùn)行收發(fā)綜合子VI，通過“打開TCP連接”函數(shù)設(shè)定服務(wù)器端的IP地址和端口號(hào),再用”讀取TCP數(shù)據(jù)”函數(shù)得到WEB端發(fā)送的“111”指令，從而構(gòu)建了LabVIEW client1并使程序進(jìn)入條件結(jié)構(gòu)的“111”分支中運(yùn)行，使LabVIEW server2開始監(jiān)聽并選擇要發(fā)送的信息，當(dāng)接收到連接請(qǐng)求之后，數(shù)據(jù)信息通過“TCP寫入數(shù)據(jù)”函數(shù)發(fā)送到WEB端。若整個(gè)發(fā)送過程沒有出錯(cuò)，WEB端接收到的數(shù)據(jù)會(huì)被實(shí)時(shí)的存入或更新MySQL數(shù)據(jù)庫中，并且循壞運(yùn)行以上的步驟；若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則LabVIEW發(fā)送程序會(huì)停止運(yùn)行，網(wǎng)頁上會(huì)提示相應(yīng)的錯(cuò)誤。

2.2 基于PHP的數(shù)據(jù)接收端

PHP是一種通用的開源腳本語言，主要應(yīng)用于WEB開發(fā)領(lǐng)域，其混合了C，Java，Perl等多種語言，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的快速開發(fā)。本文選用Appserv作為PHP的運(yùn)行環(huán)境，選用DreamWeaver作為網(wǎng)頁編輯器。基于socket通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套服務(wù)器端和客戶端程序[8～10]，即把三個(gè)獨(dú)立的客戶端和服務(wù)器子程序整合到一個(gè)程序當(dāng)中，并用延時(shí)控制它們的執(zhí)行的順序。

2.2.1 創(chuàng)建服務(wù)器端程序

為了使MySQL數(shù)據(jù)庫能及時(shí)的存入或更新LabVIEW端發(fā)送來信息，必須保證WEB端服務(wù)器始終運(yùn)行，對(duì)網(wǎng)絡(luò)端口保持監(jiān)聽。在編程時(shí)，首先要建立兩個(gè)變量用于設(shè)置服務(wù)器的IP和端口號(hào)并用“create”函數(shù)對(duì)socket進(jìn)行初始化。其次，使用“bind”函數(shù)綁定到指定的IP地址和端口并對(duì)端口創(chuàng)建監(jiān)聽。一旦一個(gè)客戶端的連接被收到，“accept”函數(shù)就會(huì)將客戶端發(fā)來的信息進(jìn)行讀取打包，生成一個(gè)新的子socket，用于后續(xù)信息的處理，也即用“read”和“write”函數(shù)真正實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的通信。最后，用“close”函數(shù)將父子socket都終止。

2.2.2 創(chuàng)建客戶端程序

正常運(yùn)行情況下，在客戶端運(yùn)行之前，指定的端口已經(jīng)處于監(jiān)聽的狀態(tài)，等待著客戶端的連接，只要客服端程序一運(yùn)行即可連接上。在編程時(shí)，首先也要通過兩個(gè)變量和“create”函數(shù)初始化，然后用“connect”函數(shù)向服務(wù)器端程序中指定的IP地址和端口提出連接請(qǐng)求，并用“write”向服務(wù)器發(fā)送命令用于選取用戶需要的溫度信息。最后，用“read”函數(shù)接收服務(wù)器傳回的數(shù)據(jù)，也即用戶需要的信息。

在每個(gè)服務(wù)器端和客戶端程序創(chuàng)建過程中，使用do while語句使程序的“讀”、“寫”可以循環(huán)進(jìn)行，便于發(fā)送不同的命令和數(shù)據(jù)。同時(shí)，將三個(gè)子程序整合到了一起，使一個(gè)程序中既包含服務(wù)器端程序，也包含客戶端程序，它們分別與用LabVIEW創(chuàng)建的服務(wù)器端和客戶端相對(duì)應(yīng)，其間采用“sleep”函數(shù)進(jìn)行延時(shí)，使程序有序運(yùn)行。

3 微信公眾平臺(tái)開發(fā)

3.1 需求分析

針對(duì)冷庫的遠(yuǎn)程監(jiān)控，不同工作崗位的用戶會(huì)有不用的需求，主要分為三類用戶。第一類為冷庫管理員，對(duì)冷庫有直接操作的權(quán)利，需要了解冷庫中藥品的各項(xiàng)信息，所以為其設(shè)計(jì)了完整的監(jiān)控界面，即包括查詢藥品、倉位、溫度等信息，更新和錄入數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)圖片查看。這里，要特別提出的是在查詢的同時(shí)，本文還設(shè)計(jì)了溫度報(bào)警，藥品過期預(yù)警和余量不足預(yù)警[11]的功能。第二類為采購員，會(huì)較為頻繁地查詢冷庫中各類藥品的供應(yīng)商，數(shù)量，失效日期等信息，所以為采購員設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)潔明了的操作界面。第三類用戶為系統(tǒng)維護(hù)員，會(huì)對(duì)使用此套系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行定期審核和統(tǒng)計(jì)，或當(dāng)用戶登錄、注冊(cè)等賬戶服務(wù)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)處理，故為其設(shè)計(jì)了專門用于用戶信息操作界面。

此外，對(duì)于稀缺的或者危險(xiǎn)性較高的藥品設(shè)計(jì)了藥品跟蹤功能，即從供應(yīng)商發(fā)貨到本地收貨，再到冷庫儲(chǔ)存，最后到藥品使用途徑都進(jìn)行了詳細(xì)的跟蹤記錄，當(dāng)有相關(guān)醫(yī)療問題產(chǎn)生時(shí)，可以方便的查詢到出錯(cuò)的環(huán)節(jié)并避免問題的再次發(fā)生。此部分運(yùn)用到了微信的圖片上傳和位置上傳功能，

通過微信服務(wù)器打包后發(fā)送到SAE上，并進(jìn)行進(jìn)一步解析，把實(shí)時(shí)圖片和位置信息存入SAE的共享數(shù)據(jù)庫中。

3.2 公眾號(hào)的建立

現(xiàn)階段的遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)一般采用PC機(jī)，性價(jià)比低，結(jié)構(gòu)笨重，不便于攜帶與轉(zhuǎn)移，微信用戶范圍廣且微信公眾平臺(tái)具有跨平臺(tái)，開發(fā)體系完善，使用方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，故設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)微信公眾服務(wù)號(hào)，為不同手機(jī)平臺(tái)的用戶提供了方便快捷的監(jiān)控方式[12,13]。通過微信公眾平臺(tái)可以在線為注冊(cè)登錄后的用戶提供冷庫中藥品的各項(xiàng)實(shí)時(shí)信息，具體的建立方法是在登錄微信公眾平臺(tái)后，選擇開發(fā)者模式，通過URL和Token與SAE建立連接，并通過自定義菜單接口編寫實(shí)現(xiàn)了如圖3的主界面，分別為“信息查詢”、“產(chǎn)品跟蹤”、“賬戶服務(wù)”，其中“信息查詢”下設(shè)置了四個(gè)子菜單項(xiàng)，分別對(duì)應(yīng)三類用戶和圖片查看，“產(chǎn)品跟蹤”對(duì)應(yīng)物流信息上傳和查看兩項(xiàng)功能，“賬戶服務(wù)”下也設(shè)置了三個(gè)子菜單項(xiàng)，分別對(duì)應(yīng)對(duì)賬戶信息的三中操作，子菜單項(xiàng)采用點(diǎn)擊回復(fù)文本和跳轉(zhuǎn)網(wǎng)頁兩種模式。若后續(xù)有新的用戶需求，可以直接在此公眾號(hào)上添加新的菜單項(xiàng)對(duì)應(yīng)新的用戶需求。

圖3 主界面圖

3.3 具體操作頁面

為了使信息易讀易懂，設(shè)計(jì)了人性化的操作界面。用戶只需要輸入某藥品的兩項(xiàng)特征即藥品名稱和產(chǎn)品批號(hào)，就可以查看此藥品相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。具體方法是首先建立用戶注冊(cè)界面，將用戶輸入的信息存入用戶信息表，注冊(cè)成功后用戶便可以通過登錄進(jìn)入各自的操作界面。

冷庫管理員界面主要運(yùn)用“select from”語句對(duì)指定產(chǎn)品進(jìn)行查詢，運(yùn)用“update set”語句對(duì)指定產(chǎn)品的更新，運(yùn)用“insert into ”語句添加新的產(chǎn)品信息。同時(shí)，余量預(yù)警和失效預(yù)警均在查詢過程中實(shí)現(xiàn)，結(jié)果采用不同的顏色警示。

物流信息上傳功能主要應(yīng)用了微信公眾平臺(tái)自帶的位置上傳功能，當(dāng)點(diǎn)擊“產(chǎn)品跟蹤”下“物流上傳”的子菜單時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的文本提示，然后上傳位置和現(xiàn)場(chǎng)圖片，SAE通過對(duì)數(shù)據(jù)包的解析將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存入SAE共享數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并把要回復(fù)的信息整合成一個(gè)新的XML返回微信服務(wù)器，從而使用戶收到返回信息。具體實(shí)現(xiàn)如圖4(a)所示。

圖4 系統(tǒng)新增功能圖

此外，報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)是通過微信平臺(tái)的客服接口，不同于現(xiàn)有的郵件報(bào)警、短信報(bào)警等報(bào)警方式，而直接微信內(nèi)部實(shí)現(xiàn)循環(huán)報(bào)警，這里的循環(huán)是指當(dāng)溫度超過規(guī)定值后，微信平臺(tái)每5秒主動(dòng)推送一次報(bào)警信息，直到溫度被恢復(fù)到規(guī)定值以下。報(bào)警信息如圖4(b)所示。

3.4 控制功能的實(shí)現(xiàn)

此公眾號(hào)的控制功能主要體現(xiàn)在當(dāng)冷庫中發(fā)生失溫現(xiàn)象的，冷庫管理員可以向公眾號(hào)發(fā)送規(guī)定的指令從而解決失溫問題。指令信息實(shí)現(xiàn)控制的具體過程如圖4所示，移動(dòng)終端發(fā)送的信息通過WEB服務(wù)器解析處理后存入MySQL數(shù)據(jù)庫中，而數(shù)據(jù)交換服務(wù)器會(huì)不斷查詢控制標(biāo)志位是否置位，當(dāng)置位時(shí)，在查詢具體的控制數(shù)據(jù)，送給LabVIEW端，進(jìn)而發(fā)送到控制硬件實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。

4 結(jié)束語

本文首先闡述了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，利用網(wǎng)絡(luò)接口socket實(shí)現(xiàn)以LabVIEW應(yīng)用程序作為客戶端，以PHP網(wǎng)頁程序作為服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信。接著，介紹了LabVIEW程序具體的開發(fā)過程，基于TCP/IP協(xié)議采用TCP函數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)與WEB端的連接，并使用條件結(jié)構(gòu)控制子程序是否運(yùn)行和運(yùn)行的順序。其次，介紹了服務(wù)器端程序的開發(fā)過程，基于“C/S”機(jī)制，使用PHP語言中的“create”、“l(fā)isten”、“bind”、“connect”等函數(shù)完成了服務(wù)器和客戶端的搭建。通過兩個(gè)應(yīng)用程序之間的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，遠(yuǎn)程用戶可以通過瀏覽器訪問相應(yīng)的網(wǎng)頁查詢到所需的信息。同時(shí)，建立了不受系統(tǒng)平臺(tái)限制的微信服務(wù)號(hào)，使用戶可以隨時(shí)隨地更新或查詢所需信息。此外，設(shè)置了用戶注冊(cè)和登錄界面，并利用Session防止用戶直接輸入地址而不通過登錄訪問信息頁面，提高系統(tǒng)了的安全性。物流信息上傳與查詢，現(xiàn)場(chǎng)圖片查看和報(bào)警預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)提高了此遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)綜合性和實(shí)用性。未來還可將多地的冷庫藥品信息發(fā)送到同一個(gè)MySQL數(shù)據(jù)庫中，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，方便統(tǒng)一管理和狀態(tài)分析。當(dāng)然，此套系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)安全方面仍存在一些問題，需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化處理。

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[12]蔣麗麗,姜大慶,沈美.基于微信的農(nóng)業(yè)專家在線服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016,(21)：55-56.

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