基于Internet和瀏覽器的遠程監控系統

周 力，吳康雄

（長沙理工大學 汽車與機械工程學院，湖南 長沙 410114）

隨著計算機的普及和網絡技術的發展，網絡化數據采集和遠程監控的應用范圍越來廣，而且隨著網絡基礎建設和網絡設備水平的提高，網絡傳輸速率和質量越來越好，在工業自動化領域，某些任務以往因實時性要求太高而不能采用網絡化控制，現在也開始廣泛采用網絡監控。

我國目前正進行著新一輪的基礎設施大建設，各地在建的新公路、橋梁、隧道有很多，工程質量與健康檢測的任務繁重。對于一些如橋梁、隧道等工程的質量和健康監測，往往要涉及應力應變的測量，用人工方式檢查效率低，精度及實時性難以保證，尤其是對地處偏僻無人地區的工程來說，長期的人工檢測更是難以完成的任務。本文針對這一問題，提出了一種基于普通商用Internet網絡的簡便易用的工程應力應變遠程觀測系統。

1 系統整體工作過程

系統的整體工作流程圖如圖1所示。

圖1 系統工作流程圖

其中，數據采集、數據處理、數據發送三部分子系統各自相對獨立，之間靠保存在服務器計算機特定位置的臨時數據文件交換信息，最終經處理的數據保存在系統數據庫中。這樣做的好處，是可以方便地進行程序編寫調試，便于擴展系統功能。

系統硬件方面，本方案采用的主要是長沙金碼高科生產的傳感器、檢測儀器和現場檢測模塊組成底層數據采集的硬件系統。長沙金碼高科技實業有限公司是專業從事工程質量與健康監測設備生產的專業化企業，生產工藝規范，工程檢測產品種類齊全，產品已在數千個工程中成功應用，深得用戶好評。最重要的是，該公司的產品已經全面智能化，以現場綜合測試模塊來說，可以自動分辨各自通道上所接的傳感器種類、編號及其他各項參數，因此可以極大地提高系統組建效率，方便系統管理和維護。

系統軟件方面，本方案采用底層數據采集、數據處理、數據網絡發布三部分獨立設計，各部分通過緩存數據交換信息的設計方案，見后文詳述。

2 系統的硬件組成

系統的硬件簡圖如圖2所示。主要儀器部件介紹如下：

圖2 系統硬件簡圖

JMZX-300X綜合測試儀是一種便攜式智能型多功能檢測儀，可配合各種振弦傳感器、電感調頻類位移傳感器、半導體集成溫度傳感器使用，可直接測量構件的應力、應變、壓力、位移、溫度、水位等物理量。

JMM-268索力動測儀，是一種便攜式微振動信號的單通道或雙通道振動檢測分析儀。其工作原理是：對于兩端嵌固且自由振動的弦（索），由于其張力與其自振頻率（基頻）的平方成正比。索力動測儀的功能為采集弦（索）的多諧振動曲線，然后通過頻譜分析（FFT）求取纜索張力。該儀器可應用于纜索、鋼絲、吊桿、系桿的拉力測量，也可應用于機械、建筑、交通、鐵路、冶金和運輸等行業微振動信號的采集分析。JMZX-300X和JMM-268均可自動識別智能傳感器型號、編號，直接給出傳感器量測的物理量。對于無法識別具體型號的其他廠商生產（國產、進口）的鋼弦傳感器，也可以測得頻率，通過手動設置傳感器參數同樣可以得到測量值，因此兼容性很強。

JMZX-32A綜合采集模塊有32個輸入口，可以同時獲取32個傳感器的測量數據，能自動識別傳感器型號，模塊內能實現自動測量和數據的自動保存。可以和上位機通訊，若上位機程序編寫得當，可以實現上位機對模塊測量功能的完全控制。通訊使用的是USB接口，若有需要，也可以通過加裝無線通訊模塊，使用普通手機SIM卡即可通過中國移動通信網絡和上位機實現無線通訊。

這套系統硬件方案有著工作穩定、組建效率高、擴展性好、功能靈活、兼容性好的特點。其中，JMZX-32A功能是完成測量系統底層自動數據采集任務，而JMM-268便攜式索力測試儀和JMZX-300X綜合測試儀可供現場人員手動檢測用，同樣可以一次性檢查多個傳感器，之后通過RS232口或USB口，將保存在測試儀中的數據上傳給系統服務器端計算機，交由上位機軟件進行分析處理和分類保存。

3 軟件設計

3.1 總體思路

考慮到每個傳感器的測量頻率不高（至多數次/min），而工程中使用的傳感器種類和品牌眾多。為了保證系統的兼容性和可擴展性，盡量減少編程困難，這里將系統軟件分為3個部分：

首先是負責操縱測量儀器或模塊讀取傳感器測量數據的底層應用程序，此部分程序能讀取測量數據，并以規定的格式存儲到特定的文件中；

然后是數據后處理程序，此程序能分辨哪些測量數據是數據庫中已有的數據，哪些是新的數據，然后將新數據存儲到數據庫相應的位置，有需要時也可提供數據修正功能；

最后是服務器端程序，該程序從數據庫中讀取數據將其顯示在網頁的表格當中，讓用戶瀏覽和下載測量數據。

3.2 底層程序

金碼公司生產的測試模塊和測試儀器與上位機通訊的具體方式，雖然隨儀器的不同而有所不同，但總的來說通訊過程分為兩個步驟：

上位機向與儀器連接的接口（如USB接口）寫入代表命令內容的特定字符，然后接收儀器通過接口傳來的連續字符數據。

具體命令格式可以參閱金碼公司的產品說明。以JMZX綜合采集模塊的測量全部傳感器數據的命令為例，其具體格式為：

命令：#mAy！

返回值格式：$x1y1x2y2x3y3x4y4x5y5……！

其中，#和$為命令和返回值的引導碼，！為結束碼，x1、x2、x3、x4、x5分別為傳感器所在通道號、傳感器型號、絕對應變值、相對應變值、溫度值，這些返回值均為字符的ASCⅡ碼形式，如日期返回值T200907301346的實際接收的數據為84504848574855514849515254。據此可編寫出實現具體測量功能的底層程序。例如，實現以一定的時間間隔控制測量模塊，實現自動測量功能的程序框圖如圖3所示。

圖3 自動測量底層程序框圖

3.3 數據后處理程序

經過底層程序數據采集之后，數據已經按照一定格式順序保存在特定的文本文件中。具體格式可以視情況而定，但各項數值之間應用特定符號隔開，例如：

序號，編號，參數1，參名，參數2，參名，溫度，時間

1，385000，249.9 με，應變，1900kN，壓力，27.4，2008-07-0107：01，

2，385000，249.9 με，應變，1900kN，壓力，27.4，2008-07-0107：02，

這樣后處理程序可以方便地提取數據，將每條數據中的測量時間分離出來，與數據庫中的記錄比較，找出數據庫中沒有的新的數據，并將其存入數據庫中。同時還應該生成一個與數據庫中內容完全相同的文件，用于給用戶下載歷史數據。還有，程序應當有讓用戶選擇是否開啟自動更新數據功能等的設置項，這些設置參數同樣需要保存。于是，后處理程序的主程序流程框圖如圖4。

圖4 后處理程序主程序流程圖

后處理程序可以使用任何一種高級語言編寫。可以在此基礎上根據工程應用的需要添加程序以實現相應的功能，如設置安全應變極限，報警功能等。圖5為使用VB編寫的后處理程序運行效果圖。

3.4 服務器端程序

圖5 后處理程序運行效果圖

這一部分程序的主要任務，是從數據庫中讀取數據，并顯示在網站特定網頁的給定位置上。這部分內容使用微軟的服務器端腳本開發環境ASP（ActiveServerPages）可以輕易實現。只要按照實際需要構建網站，然后在要顯示數據的網頁上添加ASP腳本程序讀取數據庫內容，并顯示在相應位置即可。同樣，可以根據用戶的需要添加程序，實現其他功能，如顯示數據變化趨勢圖等。

4 應用實例

本例為此遠程監控系統在懸索橋索力測量方面的應用。可將設置在橋索上的振弦式傳感器的測量結果，由JMZX-32A綜合采集模塊收集之后，按順序編號并保存到數據庫相應的表單中，即可讓用戶通過瀏覽特定網頁，來直觀地查看所選橋索的索力測量結果。若需要人工現場檢測，則可以使用JMM-268便攜式索力測試儀一次性按編號順序測量，并在測試儀中保存所有的索力，然后將全部數據導入到服務端計算機中，系統軟件自會將導入的數據按索號分類保存，以供遠程用戶查看。系統遠程訪問結果如圖6所示。

圖6 遠程訪問結果圖

5 結束語

綜上所示，此工程質量與健康的遠程監控解決方案，具有投入低、系統組建方便、易于功能擴展和易于使用的特點。即使那些技術力量不強的中小施工單位，也可輕易組建和使用。

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