第１８卷 第４期 Ｖ０１．１８ Ｎｏ．４ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１０年４月 Ａｐｒ．２０１０ 网络式温湿度监控系统研究 关可，王懿娜，亓淑敏 （长安大学信息工程学院，陕西西安７１００６４） 摘要：提出一种基于网络的温湿度监控系统方案，选取Ｓｃｎｓｉｒｉｏｎ公司生产的数字温湿度传感器ＳＨＴ７５实现温湿度测量， 测量精度可编程调节，控制湿度检测精度在±４％以内，温度检测精度在±０．４℃以内；采用模糊控制技术监控温度和湿 度．减少了系统的状态切换；采用ＡＳＰ．ＮＥＴ和ＡＪＡＸ及ＶＭＬ等技术相结合实现温湿度的网络监控，实现了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ环 境的远程监控与管理方案，以及传感器测量数据的异步传输，使系统的响应速度提高了２０％，对于存在多个节点和测 量频率较高的领域．这种方法更能显示其优势 关键词：网络；监控；ＡＳＰ．ＮＥＴ；ｎＪＡＸ；ＳＨＴ７５ 中图分类号：ＴＰ２７４￣．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１０）０４—００４ｌ一０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ＧＵＡＮ Ｋｅ，ＷＡＮＧ Ｙｉ—Ｈａ，ＱＩ Ｓｈｕ—ｍｉｎ （Ｄｅｐｔ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ￣ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｓｔａｔｅｓ．Ｔｈｅ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ ｃｈｉｐ ＳＨＴ７５ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｓｃｎｓｉｒｉｏｎ ｃｏｍｐａｎｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ＳＯ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．４℃ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ－＋４ ｐｅｒｃｅｎｔ ｆｏｒ ｈｕｍｉｄｉｔｙ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＳＰ．ＮＥＴ，ＡＪＡＸ ａｎｄ ＶＭＬ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｌｏｎｇ—ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ’ｍｏｎｉｔｏｒ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｂｙ ２０ ｐｅｒｃｅｎｔ．Ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｃｈｅｍｅ ｈａｓ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅ ｎｏｄｓ ｅｘｉｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｈｉｇｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ＡＳＰ．ＮＥＴ；ＡＪＡＸ；ＳＨＴ７５ 目前常用的温湿度监控系统基本上都是传统的基于集 中式计算机控制和现场总线技术相结合的温湿度监控系 统… 考虑到模块直接上网的技术趋势和希望能够利用已经 广泛应Ｊｆｊ的以太网资源１２］，本文通过比较和方案论证，确定了 一果．然后通过ｌｎｔｅｒｎｅｔ以网站的方式向客户广播接收到的温 湿度检测数据，并将接收到的数据（测试节点编号、温度、湿 度、测量时间等）存人ＳＱＬ数据库巾，同时客户根据不同的权 限可以通过中心服务器向各个测试控制模块发指令，改变某 个温湿度控制的参数。 种新型的基于网络的温湿度监控系统，即将所采集的一个 或多个温湿度传感器测量结果通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ以网页的形式动 态发布，同时，任意一俞上位机都可以根据管理员的授权通 温湿度测试模块的结构如图２所示，其结构包括：主控 制器（ＭＣＵ）、温湿度传感器、数显及按键、Ｆｌａｓｈ存储器、网络 ｒ— 。 —— ‘ 。 ‘ ———— ——一 过网络对温湿度控制装置下达指令，对任一节点进行控制。 对于这种方案，能接人Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的任何一台ＰＣ机可以实现对 各个传感器工作状态的监控与管理，实现了无距离的测 控网络，非常方便灵活。 ｌ测试控制模块１ ｌ ｌ测试控制模块２ｆ… ｌ测试控制模块Ⅳｌ １系统总体结构 该系统总体结构如图１所示，各个温湿度测试控制模块 都带有网络接Ｅ１，通过路由器与中心服务器相连。中心服务 器包括ＩＩＳ信息服务器系统和ＳＱＬ数据库服务器，前者负责 与处于联机状态的温湿度测试节点通信获取温湿度测量结 圈 圈 图１ 网络式温湿度远程监控系统结构 收稿日期：２００９—１２—０３ 稿件编号：２００９１２００９ ４１— 作者简介：关可（１９６２一），男，北京人，工学硕士，副教授。研究方向：智能交通系统。 一《电子设计工程１２０１０年第４期 传输模块、时钟器件＿引、蜂鸣器。其测试控制过程为：每隔一定 时间ＭＣＵ进行一次温湿度测量，如果与中心服务器连机，将 最后位置及每块的使刷情况，继续写入新的测量信息。当前 记录块写满以后，在系统信息中更新块使用情况记录，找一 个新的块写入。如果存储信息达到系统容量，选择６２块中所 存信息最早的块擦除，晕新使＿｝＝｝ｊ。这种设计参考了ｕ．ＣＯＳ文件 管理系统，但由于传感器测量记录的长度是固定的，简化了 每条记录的读写算法。 ２．３湿度控制算法 对于温湿度的监测和控制，如果仅通过简单的反馈控制 结果通过网络上传至中心服务器，否则将结果和当前时间存 储在板上的Ｆｌａｓｈ；再将湿度测撮值与用户设定值比较，根据 比较的结果进行不同的处理。例如，当测试湿度高于设定值 时，通过控制除湿材料吸收湿气来降低湿度．如果达到设定 湿度值后，通过一定的反馈控制使柜内的湿度保持于设定 范围内。如果温度或者湿度高于危险¨限，系统通过蜂鸣器 报警 驱动板 图２温湿度检测控制模块结构 ２温湿度测试控制模块 ２．１温湿度传感器的选择 由于温湿度测量精度是决定系统性能的关键．因此．这 里选取瑞士Ｓｃｎｓｉｉｆｏｎ公司生产的数字温湿度传感器ＳＨ Ｆ７５ 实现温湿度测量。该器件的特点为： 厂ｆｊｉｆ，每只传感器都存 极为精确的湿度室中做过精密校准，校７伴系数被编成相应的 程序存人校准存储器中；高度集成，内部集成有温度测量、湿 度测量、信号变换、Ａ／Ｄ转换和加热器等功能；提供二线数字 串行接口ＳＣＫ和ＤＡＴＡ，接口简单，支持ＣＲＣ传输校验，传 输可靠性高；测量精度可编程渊节，内置Ａ／Ｄ转换器（分辨率 为８－１２位，可以通过编程设置其内部寄存器进行选择） 测 量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温发补 偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能等， 度精度存± ４％以内，温度精度在±Ｏ，４℃以内 ２．２检测数据存储方案 当温湿度检测控制模块没有与控制主机联机时，需要保 存检测数据，以备检查。因此该系统选片ｊ存储容量为１６ Ｍｂ 的ＳＳＴ２５ＶＦ０１６Ｂ，它属于ＮＡＮＤ型非易失性 速存储器。该 存储器具有速度快、成本低、密度大的特点，广泛应用于传感 器测量系统，其读／写操作是以字 为单位，而擦除操作则以 块为单位进行操作，读、写和擦除操作均通过命令完成：不能 字节擦除，在每次改写操作之前需要先擦除一整块：每一一块 的擦除次数有限，为ｌＯ万次左有。根据系统存储数据类型的 需要，将Ｈａｓｈ分为２部分：一部分（２块，每块３２ ｋ｝Ｉ）存储该 控制块的系统信息，包括编号、温度校＿Ｆ信息、湿度校正信 息、湿度控制范围等；另～部分（６２块，每块３２ ｋ｝１）存储实时 的温度测量结果，包括测量时间、温度、湿度．以及该记录是 否上传。ｎａｓｈ擦、写的控制算法为：＿丌机时，系统读取系统信 息，获得各种控制参数；然后找Ｉ叶Ｊ上…次温湿度记录的存储 －４２－ （即湿度高于设定值．吸湿装置吸收潮气，饱和后将向外排放 潮气．如此反复来达到湿度的控制）很难达到理想的控制，原 因是温度控制器件和吸湿装置的 Ｉ二作曲线通常都是非线性 的，这种非线性使得控制时问的推算变得不确定。经过反复 研究、实验，本文在温湿度检测控制系统中使用了模糊控制 的方法获得较好的效果。即根据监控节点内一段时间内温湿 度测量值。得到吸湿装置和温度控制装置能力的模糊估计 （分为５类：强、较强、中、较弱、弱），并根据湿度和设定范围 的差值，得到目前湿度值的模糊估计（远大于，接近，范围以 内，低于，远低于），然后根据设定的模糊控制规则控制外部 各个固态继电器动作，以达到温湿度的良好控制。 ２．４网络接口实现 温湿度检测控制模块与服务器的网络连接通过 Ｃｏｎｅｘｔｏｐ公司的ＮｅＰｏ￣网络串口转换模块实现．其体积约为 两个标准ＲＪ４５插座，拥有１０ Ｍ／１００ Ｍ的以太网接口，并可 同时传送 ＦＣ￣ＵＤＰ包给多个数据接收设备．提供１～２个高 速串口．波特率可达９２１ ６００ ｂ／ｓ ＭＣＵ通过标准串口同 ＮｅＩ）０ｒｔ连接，Ｎｅ Ｐ（】ｒｔ通过路由器与服务器相连。每个温 湿度监控系统都有唯一－的系统编码．通过一定的命令格式与 服务器连接。主要的功能包括：每隔５ Ｓ上传温湿度测量 信息：每天同步温湿度监控系统时钟和服务器时钟；通过网 络设置温湿度校正信息和湿度控制信息等。 ３网络监控系统的设计 ３．１服务器 服务器架设有ｌｌｓ信息服务器和ＳＱＬ数据库服务 器，用ＡＳＰ．ｎｅｔ语言实现了Ｂ／Ｓ结构的温湿度监控系统和网 络服务。Ｂ，ｓ结构的优势在于系统内任何接人Ｉｎｔｅｍｅｔ的计算 机都能成为监控客户端，并且通过ＩＥ浏览器就可以实现监 控和管理，不需安装任何软件。实现的主要功能有：对各个温 湿度监控系统进行登记管理；将各个温湿度监控系统的温湿 度数据存人数据库并能查『剜和删除．以及产生历史曲线和生 成报表等；通过网页向Ｉｎｔｅｍｅｔ『Ｉ】户报告实时温湿度测量信 息；用户的登记和权限管理等。 ３．２ ＡＪＡＸ实现温湿度数据的异步传输 传统的Ｂ，ｓ结构中．当用户需要某特定信息时，用户通 过浏览器向服务器发送请求（例如点击某项链接），服务器将 此链接指向的网页发送至用户端浏览器，此过程必须有用户 的参与。对于传感器网络监控系统，传感器测量数据实时更 新，只能由服务器端自动定时将新数据发送至浏览器，而不 关可，等 网络式温湿度监控系统研究 能采用点击更新的方法；此外，传统的网页传输过程，是将某 网页内容完全由服务器传送至客户端浏览器，但是传感器的 网络监控页面每次更新的仅仅是部分测量新数据，而监控背 景画面和各台机器的参数信息都是固定的。如果采用传统的 同步更新方法会有大量重复内容被传输，降低了系统的响应 速度。本系统选用了ＡＪＡＸ技术克服了这些问题。 ＡＪＡＸ技术使用了一种异步更新方案，在这种数据传输 方案中允许浏览器可以更新网页中的部分信息。而每次只需 更新传感器测量信息，减轻了网络通信负担，实现了快速刷 新［４１。ＡＪＡＸ的工作原理相当于在用户和服务器之间加了一个 中间层，使用户操作与服务器响应异步化。这样把以前的一 些服务器负担的工作转嫁到客户端．利于客户端闲置的处理 能力来处理，减轻服务器和带宽的负担，从而达到节约带宽 的目的 本系统在实施温湿度监控的页面上用传统的ＨＴＭＵ静 态页面绘制出监控背景，各个温湿度监控节点的参数等静态 内容，后台则用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ来创建ＸＭＬＨｔｔｐＲｅｑｕｅｓｔ类向服务 器定期发送一个Ｈ１丫ｒＰ请求，要求传输当前温湿度的测量结 果。服务器收到该请求后通过一个网络服务（Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ）获 得各个传感器的测量信息．并将结果返回至请求的页面，网 络传输的仅仅是需要更新的测量数据，因此响应速度很快， 不需用户参与。 ３．３ ＶＭＬ实现温湿度数据显示 当浏览器接收到服务器端回传的测量数据后必须以清 晰、友好的界面显示。为了减轻服务器负担，应该避免在服务 器端绘制图表（传统的ＡＳＰ．ＮＥＴ图表实现方法）而应在浏览 器端实现。实现的方案也较多，比如ＡｃｔｉｖｅＸ、Ｊａｖａ ａｐｐｌｅｔ、 ＳＶＧ、ＶＭＬ等 。ＡｃｔｉｖｅＸ和Ｊａｖａ ａｐｐｌｅｔ是在网页上插入二进 制形式的组件实现动态、交互式的多媒体网页，但是二进制 形式的代码对浏览器端是一个安全威胁，因此一般的Ａｃ— ｔｉｖｅＸ或Ｊａｖａ ａｐｐｌｅｔ需要经过数字签名才能被用户接受；此外 微软操作系统的版本改变也会影响对ＡｃｔｉｖｅＸ和Ｊａｖａ ａｐｐｌｅｔ 的支持 而ＳＶＧ和ＶＭＩ 则是通过特定的脚本语言实现在浏 览器端的作 ．其代码对客户端是开放的．因此不存在安全 问题。ＳＶＧ需要浏览器安装相应的插件才能工作，而ＶＭＬ得 到目前主流浏览器ＩＥ的支持不需要任何安装，因此本系统 选取ＶＭＬ的实现方案。ＶＭＬ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）是一 种用矢量手曲述图形的语言．其图形可以任意放大缩小而不损 失质量，在ＶＭＩ 里面，标记使＿【ｆｊ的是ＸＭＬ扩展１６１。结合Ｊａｖａ ｓｃｒｉｐｔ脚本语言，ＶＭＬ可以动态显示图形。ＶＭＬ避免了由第 三方提供数字签名，也不需要安装ＩＥ新插件，实现结果如图 ３和图４所示。图３是将各节点上传的温湿度测量值绘成的 曲线图，客户可以一目了然地了解每个节点在一段时间内的 温湿度变化情况。图４是动态更新的同时显示多节点的实时 温湿度测量值。 ４结束语 本文主要介绍了一种新型的基于网络的温湿度监控传 图３单节点温湿度测量曲线变化图 图４多节点实时温湿度测量值图 输系统的研制，其创新的技术特点体现在：通过采用高性能 的温湿度测量器件达到了更高的测量精度：采用模糊控制技 术进行湿度，减少了系统的状态切换，控制效果好；Ｆｌａｓｈ 文件存储方案，完成了测量数据的保存、擦除。此外，网络监 控方案采用了ＡＪＡＸ技术．实现了传感器测量数据的异步传 输。提高了系统的响应速度：并采用了ＶＭＬ实现了测量数据 的动态显示。这种方案也可以推广应用于其他传感器的网络 监控系统。 参考文献： 【１】高芳．温湿度实时监测与报警系统的设计与实ＺＬ［Ｄ］．保定： 河北大学．２００５． 【２】宋庆国．基于以太网的分布式温湿度智能监控系统【Ｄ】．青 岛：中国海洋大学，２００７． 【３】熊昌会．时钟芯片ＤＳ１３０２在单片机系统中的应用［Ｊ】．电子 制作，２００７（１１）：３９—４０． 『４１冉林仓．基于Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ．Ｎｅｔ和ＡＴＬ的Ｅｍａｉｌ发送组件 开发［Ｊ］．电脑编程技巧与维护，２００２（１０）：５５－５７． 『５１胡智文，陈国龙．在Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ．ＮＥＴ中有效利用Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ资源［Ｊ】．计算机工程与应用，２００４（１２）：１０８一ｌ１１． 【６】俞敏，杨力．Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ．ＮＥＴ和Ｍａｔｌａｈ集成应用【Ｊ】．计算 技术与自动化．２００６（￥２）：６２—６３． －４３－
