基于J2EE 的氣體安全監控系統的設計

向碧群，劉 亮

(重慶郵電大學移通學院計算機系，重慶401520)

0 引言

隨著工業化的發展，有毒有害氣體已經成為我們在生活中不得不面對的危險來源。對此，目前國內外是由專人攜帶便攜式毒害、可燃、易爆氣體檢測儀，對重點區域進行定期抽檢，發現問題后及時用沖水、通風、清淤等手段消除爆炸、泄漏隱患，但這種方法耗費人力、物力較大，并常常發生漏檢，不能及時發現、排除危險，無法根本解決毒害、可燃、易爆氣體安全預警問題。

近期國內已經開始嘗試應用一些新技術在容易產生毒害、可燃、易爆氣體地點安裝紅外毒害、可燃、易爆氣體傳感器，通過無線網絡將數據及時傳至城市監測中心，并將預警信息及時通知相關人員，達到迅速準確消除安全隱患，減少人力投入，實現精確、敏捷、高效、全時段、全方位覆蓋的氣體安全管理。

該易爆氣體安全監測預警系統就是針對我國污水處理廠、化糞池、垃圾處理場等容易產生毒害、可燃、易爆氣體的場所而專門研制。

1 系統工作原理

該系統中采用了紅外線氣體探測儀來測量甲烷濃度。工作時，氣體采集泵把被監測環境中的氣體吸進檢測氣室，通過紅外吸收光譜計算出甲烷氣體濃度值。同時探測儀還能檢測環境溫度、采集井蓋防盜報警信號、自身防盜報警信號、污水溢出報警等信號。通過無線分組業務(general packet radio service，GPRS)模塊［1］，將檢測信息實時上傳至安全監控系統，并與監測中心實現信息交互。該系統的網絡結構如圖1所示。

圖1 系統組網拓撲圖Fig.1 Network topology of system

實時監控模塊［2］對采集到的數據進行分析，根據數據呈現的不同情況，在系統軟件前臺進行展示，同時對達到一定界限值的數據進行短信發送，提醒相關責任人員。

2 系統硬件設計

氣體采集采用的是紅外甲烷探測儀。該探測儀原理如圖2所示。

圖2 紅外甲烷探測儀電路原理框圖Fig.2 Circuit diagram of infrared detectors

紅外甲烷探測儀基本原理依據Lambert-Beer定律［3］，特定波長的紅外光穿過甲烷氣體時會被氣體吸收，氣體吸收紅外光的程度與透射光強度和被測氣體的濃度關系遵循(1)式所示

(1)式中:I出為透過被測氣體的光強度;I入為光源的光強度;K為吸收系數，為常數;C為被測氣體濃度;L為光路長度，其值由探頭氣室結構決定。

由(1)式可得

由于K是常數、在探頭氣室結構一定的情況下，L也可測試得出，從(2)式可看出，我們只要測出I出，I入即可算出氣體濃度 C。

紅外甲烷探測儀的探測頭采用單光路雙波長工作方式。工作時，被測環境中的氣體以擴散方式進入探測儀探頭氣室，探頭氣室中有特定波長的紅外光源，紅外線透過探頭氣室分別到達參考檢測單元和測量檢測單元，檢測單元輸出電信號，電信號經過放大、A/D轉換、數字補償、運算等過程，最后得出濃度值，根據需要可以將濃度值轉換成LED顯示、頻率顯示或數字信號，這些信號由RS-485接口上傳至遠程終端［4］，同時通過鍵盤及微控制單元(micro controller unit，MCU)可設置報警點、控制點，并可聲光報警，輸出控制電平等。該紅外甲烷探測儀的工作流程圖如圖3所示。

圖3 探測儀工作流程圖Fig.3 Work flow chart of detector

3 系統的軟件設計

系統軟件采用J2EE平臺的B/S多層架構［5］，通過IE瀏覽器進行系統訪問。數據層采用目前世界上最流行的大型關系數據庫管理系統來存儲管理數據，具有移植性好、使用方便、性能強大等特點。應用層采用專門為企業電子商務應用系統開發的weblogic server，它具有良好的靈活性和安全性，同時還支持關鍵任務所必需的擴展性和高可用性。軟件系統與監測對象通過GPRS或Internet網絡進行數據遠距離交互，并且提供與其他系統的接口功能［6］，該系統的軟件物理結構圖如圖4所示。

圖4 系統軟件物理結構圖Fig.4 Physical structure of system software

3.1 系統的軟件平臺

該系統采用了專門為企業電子商務應用系統開發的weblogic server。webLogic是美國bea公司出品的一個webserver，如同我們使用的IIS，Apache，確切的說是一個基于J2ee架構的中間介［6］，webserver是用來構建網站的必要軟件，具有用來解析發布網頁等功能，它是用純java開發的。該軟件支持Oracle Database 10g Release2 for Linux X86_64 RAC［7］。表1和表2是該系統中的2個比較典型的數據結構。

表1 終端采集數據表Tab.1 Terminal data collection table

表2 終端控制指令表Tab.2 Terminal control command table

3.2 系統的數據流程

3.2.1 數據存儲轉換

采集數據時通過監控系統首先下達采集數據指令，再通過GPRS模塊上傳至服務器，通信模塊對接收的GPRS數據進行解包并存入數據庫，以供實時監控模塊進行數據分析和前臺程序調用。數據存儲轉換圖如圖5所示。

圖5 系統數據存儲圖Fig.5 Data storage of system diagram

3.2.2 數據處理轉換

實時監控模塊對采集到的數據進行分析，根據數據呈現的不同情況，在系統軟件前臺進行展示，同時對達到一定界限值的數據進行短信發送，提醒相關責任人員［8］。系統的數據處理如圖6所示。

圖6 系統數據處理圖Fig.6 Data processing system diagram

4 結束語

本系統中采用了自行研發的紅外甲烷探測儀，并與專門為企業電子商務應用系統開發的weblogic server軟件相結合。能夠在一定程度上解決特定環境中危險氣體的漏檢、誤檢問題。但對于數據報警的界限值、數據報警的方式等方面還可以進一步進行研究。

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