基于單片機(jī)的機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測方法

甘立成

(廣西交通投資集團(tuán)柳州高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 柳州 545005)

0 引言

根據(jù)高速公路運(yùn)營管理需要，目前廣西高速公路基本采用集中監(jiān)控的模式。監(jiān)控室設(shè)置在中心站，同時監(jiān)控管理附近若干收費(fèi)小站。小站設(shè)備機(jī)房為無人值守狀態(tài)，如何通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控室對各管轄設(shè)備機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值進(jìn)行實時有效監(jiān)測，隨時掌握各機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境狀況，是高速公路機(jī)電管理人員比較關(guān)心的問題。

本文通過對實際情況分析并編程測試，開發(fā)一套基于單片機(jī)的機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫濕度等機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速公路各收費(fèi)站機(jī)房設(shè)備24 h運(yùn)行，集中監(jiān)控室通過二級視頻監(jiān)控系統(tǒng)查看各遠(yuǎn)程機(jī)房內(nèi)視頻情況，但無法掌握室內(nèi)溫度、濕度及煙霧濃度等運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的實時數(shù)據(jù)。根據(jù)對現(xiàn)場實際情況分析，本文以監(jiān)測溫濕度為例，設(shè)計一套機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)檢測終端、數(shù)據(jù)采集上傳軟件及數(shù)值監(jiān)測顯示網(wǎng)站三個功能模塊加中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控室現(xiàn)場放置數(shù)據(jù)檢測終端，上位機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集上傳軟件來采集下位機(jī)(采集終端)數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)上傳到中心數(shù)據(jù)庫保存。監(jiān)控室通過數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)站實時查看各管轄機(jī)房的溫濕度數(shù)據(jù)，達(dá)到集中監(jiān)測各管轄收費(fèi)站機(jī)房溫濕度等環(huán)境數(shù)值的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)檢測終端

數(shù)據(jù)檢測終端采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，采用C51語言編程，數(shù)據(jù)檢測終端放置在機(jī)房，與管理計算機(jī)(上位機(jī))串口連接，實現(xiàn)24 h數(shù)據(jù)檢測并發(fā)送至上位機(jī)串口。單片機(jī)具有功能強(qiáng)大、安全性能高、穩(wěn)定性強(qiáng)、體積較小、經(jīng)濟(jì)性較好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于多種測控領(lǐng)域。采用單片機(jī)來進(jìn)行溫度與濕度測控具有測量精度高、靈活性強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，而且還可大幅度降低能耗。采集終端主要有STC89C52RC芯片、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和LCD液晶模塊等元器件構(gòu)成，數(shù)據(jù)檢測終端電路圖見圖2。STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，產(chǎn)品具有可靠性高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 采集終端電路圖

數(shù)據(jù)檢測終端通過DHT11檢測溫濕度數(shù)值并把結(jié)果實時顯示在LCD1602液晶模塊，如數(shù)據(jù)超出設(shè)定的溫濕度范圍則驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出告警聲音。數(shù)據(jù)檢測終端通過4針串口線接到上位機(jī)串口，把當(dāng)前數(shù)據(jù)實時上傳到上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件。

3 數(shù)據(jù)采集上傳軟件

數(shù)據(jù)采集上傳軟件采用Delphi語言設(shè)計，軟件運(yùn)行于機(jī)房管理計算機(jī)(上位機(jī))，界面如圖3所示。系統(tǒng)24 h實時監(jiān)聽指定串口，接收串口數(shù)據(jù)并實時顯示當(dāng)前溫濕度。軟件通過ODBC數(shù)據(jù)源連接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，根據(jù)設(shè)定的時間間隔及入庫規(guī)則，定時從待上傳列表中讀取數(shù)值，經(jīng)拆分處理后把合適數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)保存至集中監(jiān)控室遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，供監(jiān)測網(wǎng)站讀取調(diào)用。

圖3 數(shù)據(jù)采集軟件示例圖

4 數(shù)據(jù)庫

考慮到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)比較簡單、并發(fā)訪問量小等因素，所以采用Mysql數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件存儲數(shù)據(jù)。MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，MySQL所使用的SQL語言是用于訪問數(shù)據(jù)庫的最常用標(biāo)準(zhǔn)化語言。由于其體積小、跨平臺、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點(diǎn)，在WEB應(yīng)用方面，MySQL被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫使用。

本系統(tǒng)設(shè)置StationInfo和CheckData兩個數(shù)據(jù)表，分別存儲機(jī)房站點(diǎn)信息和機(jī)房采集數(shù)據(jù)信息，供各機(jī)房的數(shù)據(jù)采集軟件和集中監(jiān)控室數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)站訪問操作。StationInfo數(shù)據(jù)表用來保存機(jī)房的基本參數(shù)數(shù)據(jù)，表結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括機(jī)房所在收費(fèi)站代碼、站名、溫濕度上下限值及網(wǎng)站顯示位置坐標(biāo)等字段。CheckData數(shù)據(jù)表用來保存機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括機(jī)房所在記錄ID、收費(fèi)站代碼、檢測日期時間及溫濕度值等字段。

圖4 StationInfo數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 CheckData數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)示意圖

5 數(shù)值監(jiān)測顯示網(wǎng)站

為配合MySQL數(shù)據(jù)庫使用，數(shù)值監(jiān)測顯示網(wǎng)站采用PHP編程語言編寫，Web服務(wù)器軟件采用Apache服務(wù)器軟件。Apache可以運(yùn)行在幾乎所有廣泛使用的計算機(jī)平臺上，由于其跨平臺和安全性被廣泛使用，是最流行的Web服務(wù)器端軟件之一。Apache的特點(diǎn)是簡單、速度快、性能穩(wěn)定，并可做代理服務(wù)器來使用。PHP是一種通用開源腳本語言，語法吸收了C、Java和Perl的特點(diǎn)，利于學(xué)習(xí)，使用廣泛，主要適用于Web開發(fā)領(lǐng)域，PHP支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫以及操作系統(tǒng)。

機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值監(jiān)測顯示網(wǎng)站主頁定時查詢讀取數(shù)據(jù)庫中機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的檢測數(shù)據(jù)，實時顯示各機(jī)房最新檢測數(shù)值，通過與設(shè)定值對比分析，給出相應(yīng)提示。如采集超時、溫度過高/低、濕度過高/低等，內(nèi)容閃爍或聲音提醒操作人員注意，然后及時通知維護(hù)人員對告警機(jī)房進(jìn)行檢查。

6 結(jié)語

現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測終端24 h監(jiān)測采樣，數(shù)據(jù)采集上傳軟件定時采集現(xiàn)場檢測終端的數(shù)值并上傳至中心數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控室運(yùn)行環(huán)境數(shù)值監(jiān)測網(wǎng)站實時查詢監(jiān)測最新數(shù)值，通過三個功能模塊的配合使用，集中監(jiān)控室能實時掌握各管轄收費(fèi)站機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)部署，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各聯(lián)網(wǎng)電腦都可以通過Web瀏覽器訪問監(jiān)測網(wǎng)站，輕松實現(xiàn)多用戶聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測各機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值。

另外，根據(jù)單片機(jī)易擴(kuò)展特性，現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測終端還可以增加煙霧濃度檢測、紅外檢測、電源檢測等功能。聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)可通過訪問網(wǎng)站系統(tǒng)實時監(jiān)測更多現(xiàn)場有用數(shù)據(jù)，方便管理者實時掌控各機(jī)房運(yùn)行環(huán)境各種數(shù)值，快速作出判斷并采取相關(guān)措施。

[1]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程：入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.