甘立成

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

0 引言

根據(jù)高速公路運(yùn)營(yíng)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(shí)監(jiān)控管理附近若干收費(fèi)小站。小站設(shè)備機(jī)房為無(wú)人值守狀態(tài)，如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控室對(duì)各管轄設(shè)備機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)，隨時(shí)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(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)實(shí)際情況分析并編程測(cè)試，開(kāi)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(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度等機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)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(guò)二級(jí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)查看各遠(yuǎn)程機(jī)房?jī)?nèi)視頻情況，但無(wú)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，本文以監(jiān)測(cè)溫濕度為例，設(shè)計(jì)一套機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)檢測(cè)終端、數(shù)據(jù)采集上傳軟件及數(shù)值監(jiān)測(cè)顯示網(wǎng)站三個(gè)功能模塊加中心數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控室現(xiàn)場(chǎng)放置數(shù)據(jù)檢測(cè)終端，上位機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集上傳軟件來(lái)采集下位機(jī)(采集終端)數(shù)據(jù)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到中心數(shù)據(jù)庫(kù)保存。監(jiān)控室通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站實(shí)時(shí)查看各管轄機(jī)房的溫濕度數(shù)據(jù)，達(dá)到集中監(jiān)測(cè)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(cè)終端

數(shù)據(jù)檢測(cè)終端采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用C51語(yǔ)言編程，數(shù)據(jù)檢測(cè)終端放置在機(jī)房，與管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))串口連接，實(shí)現(xiàn)24 h數(shù)據(jù)檢測(cè)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(cè)控領(lǐng)域。采用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行溫度與濕度測(cè)控具有測(cè)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(cè)終端電路圖見(jiàn)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(chǔ)器。DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)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(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 采集終端電路圖

數(shù)據(jù)檢測(cè)終端通過(guò)DHT11檢測(cè)溫濕度數(shù)值并把結(jié)果實(shí)時(shí)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(dòng)蜂鳴器發(fā)出告警聲音。數(shù)據(jù)檢測(cè)終端通過(guò)4針串口線接到上位機(jī)串口，把當(dāng)前數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(yǔ)言設(shè)計(jì)，軟件運(yùn)行于機(jī)房管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))，界面如圖3所示。系統(tǒng)24 h實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)指定串口，接收串口數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫濕度。軟件通過(guò)ODBC數(shù)據(jù)源連接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔及入庫(kù)規(guī)則，定時(shí)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(guò)網(wǎng)絡(luò)保存至集中監(jiān)控室遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，供監(jiān)測(cè)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(kù)

考慮到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、并發(fā)訪問(wèn)量小等因素，所以采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之一，MySQL所使用的SQL語(yǔ)言是用于訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的最常用標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。由于其體積小、跨平臺(tái)、速度快、總體擁有成本低，尤其是開(kāi)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(kù)使用。

本系統(tǒng)設(shè)置StationInfo和CheckData兩個(gè)數(shù)據(jù)表，分別存儲(chǔ)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(cè)網(wǎng)站訪問(wèn)操作。StationInfo數(shù)據(jù)表用來(lái)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(lái)保存機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的監(jiān)測(cè)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(cè)日期時(shí)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(cè)顯示網(wǎng)站

為配合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)使用，數(shù)值監(jiān)測(cè)顯示網(wǎng)站采用PHP編程語(yǔ)言編寫(xiě)，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(jì)算機(jī)平臺(tái)上，由于其跨平臺(tái)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(jiǎn)單、速度快、性能穩(wěn)定，并可做代理服務(wù)器來(lái)使用。PHP是一種通用開(kāi)源腳本語(yǔ)言，語(yǔ)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(kāi)發(fā)領(lǐng)域，PHP支持幾乎所有流行的數(shù)據(jù)庫(kù)以及操作系統(tǒng)。

機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值監(jiān)測(cè)顯示網(wǎng)站主頁(yè)定時(shí)查詢讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中機(jī)房運(yùn)行環(huán)境數(shù)值的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示各機(jī)房最新檢測(cè)數(shù)值，通過(guò)與設(shè)定值對(duì)比分析，給出相應(yīng)提示。如采集超時(shí)、溫度過(guò)高/低、濕度過(guò)高/低等，內(nèi)容閃爍或聲音提醒操作人員注意，然后及時(shí)通知維護(hù)人員對(duì)告警機(jī)房進(jìn)行檢查。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)終端24 h監(jiān)測(cè)采樣，數(shù)據(jù)采集上傳軟件定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)終端的數(shù)值并上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控室運(yùn)行環(huán)境數(shù)值監(jiān)測(cè)網(wǎng)站實(shí)時(shí)查詢監(jiān)測(cè)最新數(shù)值，通過(guò)三個(gè)功能模塊的配合使用，集中監(jiān)控室能實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)部署，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各聯(lián)網(wǎng)電腦都可以通過(guò)Web瀏覽器訪問(wèn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，輕松實(shí)現(xiàn)多用戶聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)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(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)終端還可以增加煙霧濃度檢測(cè)、紅外檢測(cè)、電源檢測(cè)等功能。聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)可通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)更多現(xiàn)場(chǎng)有用數(shù)據(jù)，方便管理者實(shí)時(shí)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(yǔ)言教程：入門、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.