基于嵌入式WEB的電站數據動態監控軟件設計

李月恒，張一飛，孫德輝，揚 揚

（北方工業大學 現場總線及自動化北京市重點實驗室，北京 100144）

監控系統分2種，C/S模式和B/S模式。C/S模式需要在PC安裝客戶端，在嵌入式系統上還需要安裝服務端，這在設計上不僅加大了開發工作量，而且還得配備專用電腦，但有時候在工業現場上是沒有辦法做到的。而B/S模式則顯得其靈活性和成本低廉性。首先在B/S模式下面我們只需要開發單個WEB應用，客戶端和服務端程序都不需要。其次還可以用具備瀏覽器的終端設備來隨時隨地瀏覽察看和控制后端設備。另外還可以省下其他監控硬件設備，有效降低了成本，增強整套系統市場競爭力。

綜合考慮本系統采用B/S方式。監控系統以ARM11微處理器（SC6410）為硬件核心，嵌入式Linux為軟件核心的綜合平臺方案。在此平臺上設計了基于Linux嵌入式Web太陽能監控系統。此監控系統以Ajax為網頁前端通訊方式，Cgi進程、Php進程、485進程為后端數據處理方式。監控系統只在設備上運行，在和設備聯網的任何地方，僅通過瀏覽器就可以直接監控太陽能設備，打破了距離的限制，提高了軟件的保密性。

1 監控系統的硬件結構

監控系統硬件分為核心板和底板2個部分。核心板使用S3C6410處理器，外擴128MB SDRAM和256MB FLASH外部存儲器。底板采用的是RS485采集接口，3線RS232串口，SD卡存儲接口以及以太網控制器和RJ45組成的以太網接口，硬件結構如圖1所示。

RS485通訊接口按照協議把太陽能設備參數讀取并發送主控芯片（S3C6410）。主控芯片接受485采集數據并存放Sqlite3數據庫。經程序處理、分析后的數據在網頁上以動態曲線和表格形式顯示，除此之外實現網頁上發送指令修改太陽能設備參數。該監控系統完成參數以表格和曲線等多種形式的展示以及太陽能設備參數的配置，極大方便了客戶，提高了客戶使用友好性。

2 監控系統運行環境移植

2.1 嵌入式CGI的C庫移植

2.1.1 下載cgic205.tar.gz

下載地址：http://www.boutell.com/cgic/#obtain

2.1.2 解 壓

解壓壓縮文件到/home/cgic/目錄

#tar－czvf cgic205.tar.gz

#cd cgic205

2.1.3 編 譯

修改其makefile里面的編譯參數

CC=arm－linux－gcc

AR=arm－linux－ar

RANLIB=arm－linux－ranlib。

#make

拷貝libcgic.a庫到設備/usr/lib/目錄下。

2.2 嵌入式數據庫Sqlite3移植

2.2.1 下載sqlite3-autoconf-3070900.tar.gz

下載地址：http://www.sqlite.org/download.html

2.2.2 解 壓

解壓壓縮文件到/home/sqlite3/目錄

#tar －czvf sqlite3－autoconf－3070900.tar.gz

#cd sqlite3－autoconf－3070900

2.2.3 編 譯

#./configure

－－host=arm－linux－

－－prefix=/opt/sqlite3/install3.7.4

－－disable－tc

#make

#make install

拷貝/opt/sqlite3/install3.7.4目錄下lib和bin文件到設備上對應目錄。

2.3 WEB服務器Appweb軟件移植

2.3.1 下載Appweb3.3.0.tar.gz

下載地：http://appwebserver.org/downloads/appweb/download.ejs

2.3.2 解 壓

解壓文件到/home/appweb/目錄

#tar－czvf appweb3.3.0.tar.gz

#cd appweb3.3.0

2.3.3 編 譯

#./configure

－－prefix=/home/my

－－target=arm－sc6410－linux

－－build=i686－pc－linux

－－enable－log

－－static

－－port=80

－－with－php=/home/cgi－php ；

#make TRACE=1

#make ROOT_DIR=/home/my install

在/home/cgi－php目錄里面要有編譯好的php5動態庫，編譯的Appweb服務器才會支持php功能。

拷貝home/my目錄里面的文件到設備對應目錄，同時拷貝php動態庫到/usr/lib目錄，至此監控系統運行環境移植完畢。

2.3.4 驗證Appweb服務器

編寫以下代碼并保存為文件test.php，放至設備/www/目錄下

＜?php

if（extension_loaded（'sqlite'）） {echo'ok php'；

}else{echo'sorry php'；

}

?＞

在PC機瀏覽器地址上輸入設備地址：192.168.0.80/test.php.如果瀏覽器網頁中顯示“ok php”，就證明嵌入式Appweb帶php開發功能且支持Sqlite3數據庫軟件運行環境已經移植完畢。現在Web服務器能支持Cgi和Php這兩項功能，而類似boa，shttpd等嵌入式Web只是支持Cgi，在后臺的處理上功能比較弱，不能完成較復雜的數據處理。

3 監控系統軟件的設計與實現

監控系統軟件基于Linux操作系統，主要分為Cgi模塊、Php模塊、485進程模塊。Cgi模塊主要是要負責密碼驗證、修改、以及發送消息給485掃描進程進行對太陽能設備參數進行配置。Php模塊主要負責從數據庫中提取出數據分析、處理后送給前臺。485進程模塊主要是自定義通訊協議，掃描在線太陽能逆變器來獲取其基本屬性參數并且經過處理后存放在設備sqlite3數據庫里，一切圖形顯示和圖表顯示以及參數修改等數據全部是從數據庫中取得。監控系統軟件架構及其功能模塊如圖2所示。

圖2 軟件架構及功能模塊圖Fig.2 Diagram of software architecture and function block

3.1 監控系統軟件設計技術

3.1.1 軟件通訊技術

軟件通訊方式是Ajax，她是結合了Java技術、XML以及JavaScript等編程技術，可以讓開發人員構建基于Java技術的Web應用，并打破了使用頁面重載的慣例。用戶可以創建接近本地桌面應用的直接、更豐富、更動態的Web用戶界面。

3.1.2 軟件Javascipt基礎庫

整個系統軟件前端軟件開發主要是基于Javascipt的庫JQuery。她簡化了前端開發的工作，提供了豐富的函數接口。

3.1.3 軟件曲線顯示插件技術

系統曲線顯示部分主要是由Flot插件來完成的。Flot是一個非常強大的利用js來畫出圖表的jquery插件，并且支持幾乎所有主流瀏覽器，包括IE6+。在本系統中主要采用此插件來完成歷史和實時曲線的繪制

3.1.4 軟件圖表顯示插件技術

系統圖表顯示部分主要是由JGrid插件實現。她能完成大部分常用工作的表格和分頁功能的表單，在本系統中主要用來顯示和實時更新在線太陽能設備的基本參數。

3.2 監控系統軟件Cgi模塊

Cgi模塊分為前端和后端兩個部分，前端主要是html元素的編寫和布局以及相關元素對應事件函數的編寫，后端是負責處理html網頁傳送過來的數據并且處理完畢返回給網頁調用函數需要的數據，網頁利用得到的數據更新原來網頁上的數據。圖3是Cgi功能模塊。

圖3 Cgi模塊程序功能圖Fig.3 Diagram of Cgi module program function

3.2.1 Cgi前端編程

Html網頁js函數提交數據有post和get兩種方式，本系統采用方式是post方式[5]。前臺（html）調用cgi程序實例：

……

＜input type="button"name="addr"id="addr"value="查詢"onclick="query（）"/＞

……

在js文件里面需要編寫類似函數：

function query （）{

………………………….

$.ajax（{

type:"POST"，

url:"cgi－bin/config.cgi"，

dataType:xml，

timeout:4000，

data:{ID:addr ，Value:value}，

success:function（msg）{

//處理cgi成功返回的數據

}，

error:function（）{

//cgi出錯處理

}

}）；

}

Cgi程序通過cgic庫提供的api函數獲取從前臺網頁傳過來的數據{ID:addr，Value:value}，處理數據后依需求發送消息給485進程，并查詢數據庫檢查命令是否設置成功，當然也有獨立的查詢數據庫來驗證密碼或者修改密碼之類的操作。

3.2.2 Cgi后端編程

……………………

int cgiMain（）

{

//接受前端數據、處理數據庫、發送消息

………………….

cgiHeaderContentType（"application/xml"）；

fprintf（cgiOut， "＜solar＞ "）；

…………………..

fprintf（cgiOut， "＜/solar＞ "）；

return 0；

}

3.3 監控系統軟件Php模塊

Php模塊從數據庫提取需要的數據整理處理后以JSON格式發送前臺[6]。圖4是Php功能模塊。

圖4 Php模塊程序功能圖Fig.4 Diagram of Php module program function

3.3.1 Php前端編程

這個部分和Cgi部分是一樣的，編寫調用Php模塊js

函數。

3.3.2 后端php編程

＜?php

//接受前端數據、處理數據庫

……………………

try{

…………………

echo json_encode（ $data ）；

}catch （PDOException$e）{

echo'Connection failed:'；

$e－＞getMessage（）；

$dbh=null；

}

?＞

4 運行效果

測試滿足實際現場需求，如圖5和圖6以及圖7所示。

圖5 逆變器運行數據表格Fig.5 Data table of running inverter

圖6 逆變器運行實時曲線Fig.6 Real-time curve of running inverter

圖7 逆變器歷史查詢顯示Fig.7 Chart of inverter history data querying and displaying

5 結束語

文中介紹了基于ARM嵌入式電站動態數據監控的一種新設計方案[7]，給出了詳細的硬件和軟件組成和設計實現，并且針對電站數據的實時顯示和歷史數據的查詢以及電站基本參數的配置等核心問題，提出了一套可靠的設計方法，實際長期運行證明該監控軟件運行穩定、實際占用資源少、界面易于操作、符合現場要求，具有十分廣泛的應用前景。

[1]王海燕.基于ARM的無線嵌入Web服務器設計 [J].上海電力學院學報 2011，5（5）:25－28.WANG Hai-yan.Design of wireless embedded web server based on ARM[J].Journal of Shanghai University of Electric Power，2011，5（5）:25－28.

[2]劉新平，王慶至.基于嵌入式Web服務器的動態歷史曲線研究[J].電子設計工程，2010，31（1）：27－32.LIU Xin-ping，WANG Qing-zhi.Implementation of embedded Web server and its application of CGI[J].Electronic Design Engineering，2010，31（1）：27－32.

[3]安佰秀，曹景龍，史大光.基于以太網和嵌入式Web服務器的監控系統設計[J].工礦自動化，2011，1（5）：79－83.AN Bai-xiu，CAO Jing-long，SHI Da-guang.Desig n of a monitor ing and control system based on ethernet and embedded Web server[J].Industry and Mine Automation，2011，1（5）：79－83.

[4]車飛鋒，孟開元，曹慶年.基于ARM的嵌入式Web服務器的研究與實現[J].微計算機信息，2008，24（26）：86－89.CHE Fei-feng，MENG Kai-yuan，CAO Qing-nian.Embedded Web server research and realization based on ARM[J].Microcomputer Information，2008，24（26）:86－89.

[5]關沫，趙海，王小英.基于Web的嵌入式設備監控模型的設計與實現[J].計算機工程，2005，31（15）：189－191.GUAN Mo，ZHAO Hai，WANG Xiao-ying.Design and implementation of monitored control model Web-based for embedded devices[J].Computer Engineering，2005，31（15）:189－191.

[6]曹建，李文斌，張劍峰，等.Perl5、PHP4與CGI實例教程[M].北京:電子工業出版社，2000.

[7]李鐵成，張立，郝曉光，等.智能化變電站網絡傳輸延時分析[J].陜西電力，2011（4）：65－67.LI Tie-cheng，ZHANG Li，HAO Xiao-guang，et al.Analysis of network transmission delay in intelligent substation[J].Shaanxi Electric Power，2011（4）：65－67.