馬 聰，華 亮，羌予踐

(南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南通 226019)

水質(zhì)安全問題關(guān)系到國計民生，但水質(zhì)保護和管理工作中存在的一些問題卻依然仍令人擔憂。雖然國家已建成了“以水環(huán)境監(jiān)測中心為中心，監(jiān)測站為節(jié)點”的覆蓋全國主要江河湖庫的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，但是依然存在同一水域歸不同部門管轄，監(jiān)測內(nèi)容重復(fù)等問題，造成監(jiān)測工程的重復(fù)投資[1]。把監(jiān)測內(nèi)容形成一個獨立節(jié)點，通過授權(quán)進行訪問，拿到監(jiān)測數(shù)據(jù)將是未來水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[2]。如何結(jié)合當前互聯(lián)網(wǎng)＋技術(shù)，設(shè)計出一整套的物聯(lián)網(wǎng)水資源監(jiān)控系統(tǒng)，也成為當前水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的重點和難點。

傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計一般采用C/S 架構(gòu)，采用應(yīng)用程序設(shè)計或者通過組態(tài)軟件二次開發(fā)技術(shù)進行實現(xiàn)，僅適合在局域網(wǎng)中運行，為典型的C/S 系統(tǒng)，通信采用TCP/IP 通信技術(shù)，在數(shù)據(jù)庫存儲方面采用本地數(shù)據(jù)庫存儲。而當前的組態(tài)軟件在解決高并發(fā)、大數(shù)據(jù)存儲方面，尚存在技術(shù)支撐不足，使得以此為平臺的監(jiān)控系統(tǒng)，很難滿足容納百萬級別監(jiān)控終端的大型監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求。同時C/S 模式下的程序設(shè)計，每臺監(jiān)控電腦都要安裝客戶端，雖然組態(tài)軟件也與時俱進，引入瀏覽器發(fā)布模式，但是使用時，必須下載專用的動態(tài)鏈接庫及OCX 控件，相當于對C/S架構(gòu)的縫縫補補，沒有從根本上解決系統(tǒng)架構(gòu)問題。也不能從根本上解決大數(shù)據(jù)監(jiān)控問題存在的技術(shù)難題。隨著電商等行業(yè)的興起，B/S 開發(fā)模式逐漸成為了當前軟件開發(fā)的主流模式，互聯(lián)網(wǎng)＋的開發(fā)模式也被國家提到科技升級的戰(zhàn)略高度。以B/S 開發(fā)模式的系統(tǒng)架構(gòu)，對傳統(tǒng)的水資源監(jiān)控系統(tǒng)進行重新架構(gòu)設(shè)計，通過前后端分離技術(shù)，把數(shù)據(jù)獲取設(shè)計為獨立的后端數(shù)據(jù)中心，前端通過網(wǎng)絡(luò)API 接口獲取后端數(shù)據(jù)，能夠把數(shù)據(jù)與顯示分離出來，利用互聯(lián)網(wǎng)＋的思想，解決傳統(tǒng)C/S 模式下水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的不足，實現(xiàn)B/S 模式下新型的水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)[2－3]。

在設(shè)計中，結(jié)合當前Web 技術(shù)的發(fā)展，隨著網(wǎng)站功能的日趨復(fù)雜，前后端分離逐漸成為大型Web 項目開發(fā)的主流模式。雖然當前微軟、亞馬遜、阿里、騰訊、百度等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也推出了物聯(lián)網(wǎng)平臺，但是這些物聯(lián)網(wǎng)平臺只能在公網(wǎng)運行，不適于專網(wǎng)設(shè)計。本設(shè)計借鑒物聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)計風(fēng)格，采用了前后端分離的微服務(wù)技術(shù)，可以使得前端設(shè)計人員更注重前端設(shè)計與用戶體驗，后端人員更注重服務(wù)器管理的開發(fā)，前后端分離的設(shè)計思想可以使軟件開發(fā)并行化，加快軟件開發(fā)的速度。在前后端分離技術(shù)中，Spring 技術(shù)做為輕量級的容器，在Java 開發(fā)中得到廣泛贊譽，其SpringBoot 帶來了全新的軟件設(shè)計自動化配置及解決方案，使得SpringBoot 可以快速搭建生產(chǎn)級的獨立應(yīng)用程序，解決傳統(tǒng)Java EE 項目中遇到的多種問題。因此本設(shè)計采用SpringBoot 對MQTT 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進行快速整合，后端采用SpringBoot 技術(shù)設(shè)計監(jiān)控數(shù)據(jù)服務(wù)器，前端采用Vue 技術(shù)設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)，從而完成微型物聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建[4－5]。

在服務(wù)器與水質(zhì)監(jiān)測終端通信方面，可以采用TCP 通信，把服務(wù)器設(shè)計為TCP Server，采用非阻塞式以太網(wǎng)通信技術(shù)，但是考慮到每個水質(zhì)監(jiān)測終端為動態(tài)IP，當系統(tǒng)掉電后，一段時間不與網(wǎng)絡(luò)連接，其IP 地址就有可能會發(fā)生變化，則又需要把新的IP 地址重新報備給后端服務(wù)器，完成用戶與設(shè)備新動態(tài)IP 通訊的再次綁定。此方法可以采用SpringBoot 集成Netty 及數(shù)據(jù)庫更新進行實現(xiàn)，但是相對較復(fù)雜。采用HTTP 協(xié)議長連接進行通訊，不需要考慮設(shè)備掉電后的新動態(tài)IP 問題，其采用GET方法提交數(shù)據(jù)，接口簡單，但是HTTP 報文數(shù)據(jù)量較大，占用帶寬資源較高，不利于解決高并發(fā)問題。而采用MQTT 通信報文精簡、數(shù)據(jù)先發(fā)布到MQTT 消息代理服務(wù)器，通過發(fā)布/訂閱模式進行消息發(fā)送及獲取，無需考慮設(shè)備端聯(lián)網(wǎng)動態(tài)IP 問題，更適合于解決高并發(fā)問題。

考慮到未來系統(tǒng)的擴容及集群式部署，本設(shè)計采用MQTT 協(xié)議。MQTT 協(xié)議為物聯(lián)網(wǎng)重要中間件，是一種輕量級物物互聯(lián)消息協(xié)議，被譽為最適合物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的通信協(xié)議。MQTT 協(xié)議幾乎支持所有編程語言的開發(fā)平臺，通過移植相關(guān)代碼，可以把所有的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與服務(wù)器連接起來，同時MQTT 協(xié)議相對于HTTP 協(xié)議，消息報文簡短，雙向通信，有利于窄帶互聯(lián)及瀏覽器端對設(shè)備的控制。因此本設(shè)計中，引入MQTT 通信協(xié)議，對引入物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計思路，對傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)進行重新設(shè)計[6－7]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及平臺部署

本水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括水質(zhì)監(jiān)測終端設(shè)備及云服務(wù)器。云服務(wù)器包括MQTT 消息服務(wù)器、后端服務(wù)器、前端服務(wù)器、Mysql 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

水質(zhì)監(jiān)測終端包括多參數(shù)水質(zhì)檢測儀及4G DTU 模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 水質(zhì)在線監(jiān)測終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

水質(zhì)監(jiān)測終端負責完成水質(zhì)參數(shù)及GPS 信息的采集工作，并由STM32F103 單片機進行系統(tǒng)管理，采用串口通信技術(shù)，按照GSON 字符串形式，定時通過串口向4G DTU 模塊提交水質(zhì)采集數(shù)據(jù)，4G DTU 采用MQTT 通訊模式，連接MQTT 消息代理服務(wù)器，把該主題消息發(fā)布到消息代理服務(wù)器上，本消息代理服務(wù)器采用ActiveMQ 進行服務(wù)器端消息服務(wù)器部署[7－8]。

后端服務(wù)器:訂閱來自ActiveMQ 消息服務(wù)器的消息，采用SpringBoot 技術(shù)，對訂閱主題消息進行解析，然后把消息字符串轉(zhuǎn)換為JSON 數(shù)據(jù)，納入Mysql 數(shù)據(jù)庫；在后根據(jù)登錄人員級別，把相關(guān)數(shù)據(jù)推送給前端服務(wù)器。在SpringBoot 數(shù)據(jù)服務(wù)器開發(fā)中，集成Swagger2 組件，方便自動生成前端接口文檔，提高開發(fā)速度；集成Mybatis-plus 組件，方便對數(shù)據(jù)庫進行增刪改查操作；集成Logback 組件，有利于生成操作日志。

前端開發(fā)工作主要是完成數(shù)據(jù)顯示及用戶操作，權(quán)限管理、地圖標注、系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)庫管理。在前端開發(fā)中，Vue 以數(shù)據(jù)驅(qū)動和組件化開發(fā)為核心，更適合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綁定，因此在開發(fā)工具選擇方面，選擇Vue 技術(shù)為前端開發(fā)技術(shù)支撐。開發(fā)平臺采用Node.js＋Webpack＋Vue＋ElementUI＋Axios 搭建。Vue 組件對數(shù)據(jù)進行視圖的綁定，其Model-View-View Model(MVVM)的開發(fā)模式也使得前端開發(fā)從原來的DOM 操作解放出來，只需關(guān)注數(shù)據(jù)的變化，代碼更易維護。ElementUI 方便本系統(tǒng)對視圖的渲染，Axios 用于連接前后臺數(shù)據(jù)互換；由于本設(shè)計監(jiān)控主要應(yīng)用于網(wǎng)頁端，如果應(yīng)用于手機端，可以引入MintUI 進行布局，生成手機端APP，更方便手機瀏覽。前端開發(fā)引入Echart 組件及高德地圖組件，通過Vue 引入數(shù)據(jù)，方便進行曲線顯示、地圖定位標注，從而增強數(shù)據(jù)可視化及人機體驗。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及調(diào)試

水質(zhì)監(jiān)控終端，考慮要與云服務(wù)器進行通信，設(shè)計中選擇MQTT 協(xié)議，其水質(zhì)監(jiān)測終端的軟件流程參考圖3 所示，其通訊數(shù)據(jù)流采用Gson 字符串格式。

圖3 水質(zhì)監(jiān)測終端軟件流程圖

2.2 消息代理服務(wù)器

采用ActiveMQ，安裝部署在云端服務(wù)器上，根據(jù)MQTT 協(xié)議發(fā)布/訂閱通信原理，設(shè)計相應(yīng)的主題Topic。

設(shè)備主題(Topic)為:water/{deviceID}，一級主題代表水質(zhì)，二級主題為設(shè)備唯一序列號ID；

后端SpringBoot 數(shù)據(jù)服務(wù)器訂閱主題:water/，則后端服務(wù)器可以訂閱所有water 主題下的消息。

2.3 后端數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)計

在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中，其數(shù)據(jù)庫設(shè)計，參考工控組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，工控組態(tài)軟件一般包括實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、報警設(shè)定表、報警數(shù)據(jù)表，管理人員數(shù)據(jù)表；本數(shù)據(jù)庫設(shè)計在吸收工控系統(tǒng)優(yōu)點的情況下，增加用戶與設(shè)備綁定表，用于把管理員與其管理區(qū)域、權(quán)限進行綁定；用戶菜單表，根據(jù)用戶權(quán)限推送不同的操作菜單。如下為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

(1)用戶數(shù)據(jù)表

包含字段為用戶ID(userid)、用戶名(name)、手機號(tel)、管理權(quán)限(level)、管理區(qū)域(zone)、創(chuàng)建時間(createtime)字段，該表相當于組態(tài)軟件中用戶管理。

(2)設(shè)備實時數(shù)據(jù)表

表結(jié)構(gòu)包含設(shè)備唯一序列號ID，所處區(qū)域、IP地址、MAC 地址、各種水質(zhì)參數(shù)、GPS 經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)。當水質(zhì)監(jiān)測終端發(fā)布主題消息，因后端數(shù)據(jù)服務(wù)器訂閱了來自water 主題下的所有消息，所有可以收到來自消息代理服務(wù)器ActiveMQ 的所有該主題消息推送；后端服務(wù)器在偵聽到相應(yīng)主題消息，把數(shù)據(jù)刷新到設(shè)備實時數(shù)據(jù)表，該表相當于組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)詞典。

(3)歷史數(shù)據(jù)表

當設(shè)備實時數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)刷新時，采用Mysql 觸發(fā)器把實時數(shù)據(jù)表該記錄根據(jù)當前時間增添到歷史數(shù)據(jù)表中。歷史數(shù)據(jù)表設(shè)計為當前時間、設(shè)備ID、各種水質(zhì)參數(shù)、GPS 經(jīng)緯度；該表主要用于每臺在線設(shè)備歷史數(shù)據(jù)存儲，供數(shù)據(jù)前端可視化查詢。該表相當于組態(tài)軟件數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫。

(4)報警設(shè)定表

該數(shù)據(jù)表根據(jù)用戶所處區(qū)域，對該區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的參數(shù)上限、下限、上上限、下下限，進行設(shè)定。后臺服務(wù)器偵聽消息服務(wù)器推送消息，把消息解析后，根據(jù)設(shè)備ID 查詢該表，把數(shù)據(jù)與參數(shù)的報警值進行比較，當觸及報警限制時，把報警數(shù)據(jù)插入報警數(shù)據(jù)表，該表相當于組態(tài)軟件中報警設(shè)置。

(5)設(shè)備用戶綁定表

用于記錄用戶與設(shè)備的映射關(guān)系，設(shè)備唯一序列號devicesID、用戶唯一標識userID，當后端服務(wù)器偵聽到消息服務(wù)器推送消息，對消息進行解析，獲取設(shè)備ID，查設(shè)備用戶綁定表，可獲取用戶ID、權(quán)限、區(qū)域，根據(jù)具體要求向前端推送數(shù)據(jù)，達到精確推送的要求。

(6)報警實時數(shù)據(jù)表

數(shù)據(jù)庫字段包括報警時間、報警設(shè)備、報警參數(shù)、報警級別，報警處理字段。該表相當于組態(tài)軟件中實時報警。

當數(shù)據(jù)報警時候，納入報警記錄，將報警處理值設(shè)置為0，當報警處理結(jié)束，報警處理值設(shè)為1，表示已經(jīng)處理該報警。網(wǎng)頁端通過Axios 的Get 方法，調(diào)用后臺數(shù)據(jù)中心接口，查詢報警數(shù)據(jù)表，獲取報警數(shù)據(jù)，渲染到網(wǎng)頁上。

(7)報警歷史數(shù)據(jù)表

該表用于記錄系統(tǒng)報警歷史數(shù)據(jù)，通過報警實時數(shù)據(jù)表刷新觸發(fā)插入報警歷史數(shù)據(jù)，供前端進行報警歷史分析及查詢，該表相當于組態(tài)軟件報警歷史數(shù)據(jù)庫。

(8)用戶菜單表

根據(jù)用戶注冊信息，當用戶登錄后，根據(jù)權(quán)限、區(qū)域，獲取用戶個性化導(dǎo)航欄相關(guān)數(shù)據(jù)、顏色等菜單數(shù)據(jù)，該表用于個性化前端導(dǎo)航欄，傳統(tǒng)組態(tài)軟件無法實現(xiàn)。

2.4 后端服務(wù)器開發(fā)

在后端服務(wù)器，主要負責消息訂閱/發(fā)布，根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)定信息，進行相關(guān)邏輯業(yè)務(wù)操作，并把數(shù)據(jù)推送給前端服務(wù)器。后端服務(wù)器采用SpringBoot 技術(shù)，SpringBoot 采用AOP 開發(fā)理念，采用注解編程，采用容器技術(shù)，把需要的模塊添加到相應(yīng)的容器中。開發(fā)中，采用Maven 技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫，通過pom.xml 引入相關(guān)依賴。在本項目中，注入ActiveMQ client、SpringBoot-web-starter、Mybatis-Plus、Mysql-Connector、Swagger2、Lombok 等組件。

(1)新建config 類，利用mybatis-plus 自動代碼生成器創(chuàng)建部分通用代碼[9]。

對于SpringBoot 軟件開發(fā)，其對數(shù)據(jù)庫的操作，正常包括增刪改查操作、采用步驟基本一樣，首先配置數(shù)據(jù)庫:

在application.property 文件中配置數(shù)據(jù)庫基本信息及消息服務(wù)器配置及其他信息。

創(chuàng)建實體類:為每個數(shù)據(jù)表格創(chuàng)建實體類，通過Lombok 插件的＠ Data 注解自動設(shè)置Setter，Getter方法。用于存放我們的實體類，與數(shù)據(jù)庫中的屬性值基本保持一致。

創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫接口DAO 層，通過＠Repository 注解對數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)持久化操作，完成數(shù)據(jù)庫操作的邏輯映射。通過＠MapperScan 注解，注入主程序管理。

為每個實體類創(chuàng)建Services 接口及Services 執(zhí)行方法。

為每個實體類創(chuàng)建控制層Controller；通過＠RestController、＠ GetMapping、＠ Postmapping 注解的使用，完成接收前端傳過來的參數(shù)進行業(yè)務(wù)操作，再將處理結(jié)果返回到前端，實現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞。

在配置完application.property 后，可以采用Mybatis-Plus 代碼生成器[10]，自動生成通用的的數(shù)據(jù)庫操作部分代碼，把軟件開發(fā)人員從重復(fù)勞動中解脫出來。通過test 類執(zhí)行代碼，自動生成上述操作代碼。配置Swagger2，采用注解的方式自動生成前端接口文檔，省去編寫前端接文檔的麻煩，提高工作效率。

(2)注入消息偵聽處理邏輯

當偵聽到所訂閱的消息主題，解析消息內(nèi)容:首先把消息字符串由設(shè)備端的ASCII 碼轉(zhuǎn)UTF－8 碼，消息內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)定為Gson 字符串形式，把Gson 字符串解析為Gson 數(shù)據(jù)，調(diào)用設(shè)備實時數(shù)據(jù)表Services 接口中插入方法，插入方法調(diào)用DAO 層數(shù)據(jù)庫操作映射邏輯，把數(shù)據(jù)寫入設(shè)備實時數(shù)據(jù)表，同時在數(shù)據(jù)庫中，實時數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)刷新將觸發(fā)數(shù)據(jù)插入到歷史數(shù)據(jù)表的操作，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)保存；查詢設(shè)備報警設(shè)定表，把Gson 數(shù)據(jù)與報警設(shè)定數(shù)據(jù)進行比較，當滿足報警條件，把報警數(shù)據(jù)寫入報警實時數(shù)據(jù)庫，為報警實時數(shù)據(jù)庫配置插入數(shù)據(jù)觸發(fā)寫入報警歷史數(shù)據(jù)庫方法，實現(xiàn)報警歷史數(shù)據(jù)庫保存。

(3)在控制層，編寫控制層Controller 接口:

用戶登錄后，根據(jù)權(quán)限，采用Get 方法，查詢用戶菜單表，個性化生成操作界面。

①根據(jù)用戶權(quán)限及分管區(qū)域，通過添加設(shè)備，通過錄入設(shè)備SN，設(shè)備SN 也就是設(shè)備內(nèi)部MQTT 消息主題號，插入更新到設(shè)備用戶綁定表，完成設(shè)備與用戶的綁定。

②為每臺設(shè)備做報警設(shè)置接口，定義監(jiān)控參數(shù)的上限、上上限、下限、下下限，以記錄形式插入報警設(shè)置表，為其編寫接口方法。

③定時查詢設(shè)備實時數(shù)據(jù)表，返回當前最新的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶分管區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對其管轄區(qū)域內(nèi)設(shè)備精確數(shù)據(jù)條件查詢。

通過上述程序模塊的定義，及程序化，配置Swagger2 類，統(tǒng)一生成用戶后端API 接口，為進一步前端開發(fā)做完準備工作。通過Swagger2 生成的接口文檔如圖4 所示。

圖4 通過Swagger2 生成數(shù)據(jù)中心接口文檔

2.5 Web 前端關(guān)鍵功能整合

前端開發(fā)任務(wù)為監(jiān)控數(shù)據(jù)的可視化。首先利用Visual Studio Code 平臺，采用Vue＋ElementUI＋Axios＋Echart＋高德地圖等插件，完成前端開發(fā)平臺搭建。然后統(tǒng)一外部數(shù)據(jù)接口、跨域設(shè)置、狀態(tài)存儲的定義，實現(xiàn)如下功能:

(1)人員登錄管理:對管理人員進行增添、刪除、權(quán)限分配操作；該功能實現(xiàn)通過Axios 傳參，調(diào)用后臺用戶SpringBoot 的API 接口獲取數(shù)據(jù)，渲染到網(wǎng)頁模塊上，通過SpringBoot 實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互。

(2)設(shè)備配置:根據(jù)設(shè)備唯一序列號SN，完成設(shè)備添加，設(shè)備報警參數(shù)設(shè)定，設(shè)備人員綁定設(shè)定，通過API 接口，寫入數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的表中。當數(shù)據(jù)中心偵聽到MQTT 消息后，獲取消息內(nèi)容、解析消息后，將根據(jù)設(shè)備唯一序列號SN 查詢報警設(shè)定表數(shù)據(jù)，與之比較，決定數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生報警信息，納入報警數(shù)據(jù)庫，而后根據(jù)權(quán)限或地域把設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)進行網(wǎng)頁精準推送。前端設(shè)備配置界面如圖5 所示，包括設(shè)備添加、報警設(shè)置、設(shè)備人員綁定配置。

圖5 設(shè)備配置頁面

(3)設(shè)備數(shù)據(jù)前端顯示，根據(jù)權(quán)限，通過調(diào)用數(shù)據(jù)中心設(shè)備實時數(shù)據(jù)表的API 查詢接口，完成實時數(shù)據(jù)獲取，渲染到網(wǎng)頁上；通過調(diào)用數(shù)據(jù)中心歷史數(shù)據(jù)表的API 查詢接口，獲取不同設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，渲染到網(wǎng)頁的Echart 組件上，完成歷史曲線等圖形化顯示；獲取設(shè)備的GPS 位置信息，通過調(diào)用網(wǎng)頁中的高德地圖組件，標記在高德在線地圖上，完成地圖上設(shè)備的標定。如圖6 所示。

圖6 設(shè)備地圖在線標記

3 系統(tǒng)分析與展望

本系統(tǒng)設(shè)計的亮點為采用前后端分離的軟件設(shè)計模式，搭建基于微服務(wù)的監(jiān)測中心，后端數(shù)據(jù)中心與前端顯示分別架構(gòu)，突破傳統(tǒng)C/S 模式下監(jiān)控中心封閉性、其他系統(tǒng)無法接入的難題，本系統(tǒng)架構(gòu)為新的開放式架構(gòu)。其后端數(shù)據(jù)中心只要通過授權(quán)，即可通過API 接口訪問該中心數(shù)據(jù)；其前端視圖頁面可以接口各種互聯(lián)網(wǎng)資源，與組態(tài)軟件二次開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)比較，參考表1。

表1 與組態(tài)軟件二次開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)比較

與架構(gòu)在公網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺比較，本設(shè)計方法更靈活、可以布局在專用網(wǎng)絡(luò)中，避免網(wǎng)絡(luò)攻擊，安全性更好；同時也避免了對其他資源平臺的技術(shù)依賴。

前后端分離的服務(wù)器開發(fā)模式，在前端采用Vue 技術(shù)，ElementUI 組件設(shè)計頁面，其人機體驗遠高于傳統(tǒng)工控組態(tài)軟件開發(fā)的頁面布局。

由于項目處于系統(tǒng)測試階段，設(shè)備較少，在后端SpringBoot 架構(gòu)中，涉及內(nèi)存數(shù)據(jù)庫操作沒有引入Redis 模塊進行服務(wù)器內(nèi)存管理，隨著未來設(shè)備的擴容，將引入Redis 技術(shù)作為補充，以減輕關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢壓力，提高系統(tǒng)的處理速度及解決高并發(fā)問題的能力，在前后端通訊方面，如采用Websocket 技術(shù)，實現(xiàn)后臺采集數(shù)據(jù)的前端推送，將優(yōu)化系統(tǒng)性能。

在測試階段，沒有引入設(shè)備自動注冊的思路，采用出廠唯一序列號作為標識，在設(shè)備大批量生產(chǎn)階段，將造成出廠前，每次燒寫程序都要修改芯片中序列號，不利于大批量生產(chǎn)，在后期將引入設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)自動注冊方法，由服務(wù)器分配序列號，傳給設(shè)備，自動寫入STM32 單片機的NAND 存儲器，也就是分配其MQTT 通信的主題，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。

4 總結(jié)

在本設(shè)計中采用工廠化軟件設(shè)計思路，探索一種采用互聯(lián)網(wǎng)＋的模式下改造傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。測試結(jié)果表明，該方法可以完全替代傳統(tǒng)的基于組態(tài)軟件的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，相當于充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源對傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。此設(shè)計方法同樣適用于其他智慧環(huán)保，智慧城市、智慧工廠等大型自動化項目的工程設(shè)計。