基于Internet和浏览器的远程监控系统

周 力，吴康雄

（长沙理工大学 汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410114）

随着计算机的普及和网络技术的发展，网络化数据采集和远程监控的应用范围越来广，而且随着网络基础建设和网络设备水平的提高，网络传输速率和质量越来越好，在工业自动化领域，某些任务以往因实时性要求太高而不能采用网络化控制，现在也开始广泛采用网络监控。

我国目前正进行着新一轮的基础设施大建设，各地在建的新公路、桥梁、隧道有很多，工程质量与健康检测的任务繁重。对于一些如桥梁、隧道等工程的质量和健康监测，往往要涉及应力应变的测量，用人工方式检查效率低，精度及实时性难以保证，尤其是对地处偏僻无人地区的工程来说，长期的人工检测更是难以完成的任务。本文针对这一问题，提出了一种基于普通商用Internet网络的简便易用的工程应力应变远程观测系统。

1 系统整体工作过程

系统的整体工作流程图如图1所示。

图1 系统工作流程图

其中，数据采集、数据处理、数据发送三部分子系统各自相对独立，之间靠保存在服务器计算机特定位置的临时数据文件交换信息，最终经处理的数据保存在系统数据库中。这样做的好处，是可以方便地进行程序编写调试，便于扩展系统功能。

系统硬件方面，本方案采用的主要是长沙金码高科生产的传感器、检测仪器和现场检测模块组成底层数据采集的硬件系统。长沙金码高科技实业有限公司是专业从事工程质量与健康监测设备生产的专业化企业，生产工艺规范，工程检测产品种类齐全，产品已在数千个工程中成功应用，深得用户好评。最重要的是，该公司的产品已经全面智能化，以现场综合测试模块来说，可以自动分辨各自通道上所接的传感器种类、编号及其他各项参数，因此可以极大地提高系统组建效率，方便系统管理和维护。

系统软件方面，本方案采用底层数据采集、数据处理、数据网络发布三部分独立设计，各部分通过缓存数据交换信息的设计方案，见后文详述。

2 系统的硬件组成

系统的硬件简图如图2所示。主要仪器部件介绍如下：

图2 系统硬件简图

JMZX-300X综合测试仪是一种便携式智能型多功能检测仪，可配合各种振弦传感器、电感调频类位移传感器、半导体集成温度传感器使用，可直接测量构件的应力、应变、压力、位移、温度、水位等物理量。

JMM-268索力动测仪，是一种便携式微振动信号的单通道或双通道振动检测分析仪。其工作原理是：对于两端嵌固且自由振动的弦（索），由于其张力与其自振频率（基频）的平方成正比。索力动测仪的功能为采集弦（索）的多谐振动曲线，然后通过频谱分析（FFT）求取缆索张力。该仪器可应用于缆索、钢丝、吊杆、系杆的拉力测量，也可应用于机械、建筑、交通、铁路、冶金和运输等行业微振动信号的采集分析。JMZX-300X和JMM-268均可自动识别智能传感器型号、编号，直接给出传感器量测的物理量。对于无法识别具体型号的其他厂商生产（国产、进口）的钢弦传感器，也可以测得频率，通过手动设置传感器参数同样可以得到测量值，因此兼容性很强。

JMZX-32A综合采集模块有32个输入口，可以同时获取32个传感器的测量数据，能自动识别传感器型号，模块内能实现自动测量和数据的自动保存。可以和上位机通讯，若上位机程序编写得当，可以实现上位机对模块测量功能的完全控制。通讯使用的是USB接口，若有需要，也可以通过加装无线通讯模块，使用普通手机SIM卡即可通过中国移动通信网络和上位机实现无线通讯。

这套系统硬件方案有着工作稳定、组建效率高、扩展性好、功能灵活、兼容性好的特点。其中，JMZX-32A功能是完成测量系统底层自动数据采集任务，而JMM-268便携式索力测试仪和JMZX-300X综合测试仪可供现场人员手动检测用，同样可以一次性检查多个传感器，之后通过RS232口或USB口，将保存在测试仪中的数据上传给系统服务器端计算机，交由上位机软件进行分析处理和分类保存。

3 软件设计

3.1 总体思路

考虑到每个传感器的测量频率不高（至多数次/min），而工程中使用的传感器种类和品牌众多。为了保证系统的兼容性和可扩展性，尽量减少编程困难，这里将系统软件分为3个部分：

首先是负责操纵测量仪器或模块读取传感器测量数据的底层应用程序，此部分程序能读取测量数据，并以规定的格式存储到特定的文件中；

然后是数据后处理程序，此程序能分辨哪些测量数据是数据库中已有的数据，哪些是新的数据，然后将新数据存储到数据库相应的位置，有需要时也可提供数据修正功能；

最后是服务器端程序，该程序从数据库中读取数据将其显示在网页的表格当中，让用户浏览和下载测量数据。

3.2 底层程序

金码公司生产的测试模块和测试仪器与上位机通讯的具体方式，虽然随仪器的不同而有所不同，但总的来说通讯过程分为两个步骤：

上位机向与仪器连接的接口（如USB接口）写入代表命令内容的特定字符，然后接收仪器通过接口传来的连续字符数据。

具体命令格式可以参阅金码公司的产品说明。以JMZX综合采集模块的测量全部传感器数据的命令为例，其具体格式为：

命令：#mAy！

返回值格式：$x1y1x2y2x3y3x4y4x5y5……！

其中，#和$为命令和返回值的引导码，！为结束码，x1、x2、x3、x4、x5分别为传感器所在通道号、传感器型号、绝对应变值、相对应变值、温度值，这些返回值均为字符的ASCⅡ码形式，如日期返回值T200907301346的实际接收的数据为84504848574855514849515254。据此可编写出实现具体测量功能的底层程序。例如，实现以一定的时间间隔控制测量模块，实现自动测量功能的程序框图如图3所示。

图3 自动测量底层程序框图

3.3 数据后处理程序

经过底层程序数据采集之后，数据已经按照一定格式顺序保存在特定的文本文件中。具体格式可以视情况而定，但各项数值之间应用特定符号隔开，例如：

序号，编号，参数1，参名，参数2，参名，温度，时间

1，385000，249.9 με，应变，1900kN，压力，27.4，2008-07-0107：01，

2，385000，249.9 με，应变，1900kN，压力，27.4，2008-07-0107：02，

这样后处理程序可以方便地提取数据，将每条数据中的测量时间分离出来，与数据库中的记录比较，找出数据库中没有的新的数据，并将其存入数据库中。同时还应该生成一个与数据库中内容完全相同的文件，用于给用户下载历史数据。还有，程序应当有让用户选择是否开启自动更新数据功能等的设置项，这些设置参数同样需要保存。于是，后处理程序的主程序流程框图如图4。

图4 后处理程序主程序流程图

后处理程序可以使用任何一种高级语言编写。可以在此基础上根据工程应用的需要添加程序以实现相应的功能，如设置安全应变极限，报警功能等。图5为使用VB编写的后处理程序运行效果图。

3.4 服务器端程序

图5 后处理程序运行效果图

这一部分程序的主要任务，是从数据库中读取数据，并显示在网站特定网页的给定位置上。这部分内容使用微软的服务器端脚本开发环境ASP（ActiveServerPages）可以轻易实现。只要按照实际需要构建网站，然后在要显示数据的网页上添加ASP脚本程序读取数据库内容，并显示在相应位置即可。同样，可以根据用户的需要添加程序，实现其他功能，如显示数据变化趋势图等。

4 应用实例

本例为此远程监控系统在悬索桥索力测量方面的应用。可将设置在桥索上的振弦式传感器的测量结果，由JMZX-32A综合采集模块收集之后，按顺序编号并保存到数据库相应的表单中，即可让用户通过浏览特定网页，来直观地查看所选桥索的索力测量结果。若需要人工现场检测，则可以使用JMM-268便携式索力测试仪一次性按编号顺序测量，并在测试仪中保存所有的索力，然后将全部数据导入到服务端计算机中，系统软件自会将导入的数据按索号分类保存，以供远程用户查看。系统远程访问结果如图6所示。

图6 远程访问结果图

5 结束语

综上所示，此工程质量与健康的远程监控解决方案，具有投入低、系统组建方便、易于功能扩展和易于使用的特点。即使那些技术力量不强的中小施工单位，也可轻易组建和使用。

[1]荆蕾.基于USB和以太网的数据采集系统的设计[D].成都：西华大学，2008.

[2]尹贵虎.基于Web的实时控制系统的研究 [D].杭州：浙江大学，2003.

[3]Zhen Zhu，Jiacun Liu.Remote Monitoring System of Urban Sewage Treatment Based on Internet[C].International Conference on Automation and Logistics，Qingdao：Civil Engineering and Environmental Systems，2008.