传感器网络节点参数监测软件研究与开发

周越　周嘉盈　吴勃辰　董晨阳

【摘 要】无线传感器网络由大量低成本、低功耗的微型传感器节点通过自组织方式连接而成，能够实时感知、监测和采集覆盖区域内的各种环境信息，并进行处理后报告给感兴趣的用户。其具有部署灵活、可靠性强、扩展方便、经济性好等特点，在军事安全、工业控制、医疗卫生及环境监测等领域具有广泛的应用前景，受到学术界和工业界的高度重视，分析了传感器参数监测软件的现状，设计了一种B/S与C/S结构相结合的系统软件。通过各个功能模块，实现了对环境参数的实时监测，并为监测数据提供了高效的查询分析功能，为监测工作提供了一个有效的信息化管理平台。

【关键词】传感器参数监测；C/S架构；B/S架构

【Abstract】The status of sensor monitoring software is analyzed， and a software system of combining B/S with C/S is designed. Of the various functional modules， the realization of the real-time monitoring of environmental parameters， and for monitoring data provide efficient query function analysis， provides an effective information management platform for monitoring.

【Key words】Sensor monitoring； C/S architecture； B/S architecture

0 引言

电力系统作为关系经济、民生的基础性行业，其安全运行是非常重要的，其中电力设备自身的安全运行问题是影响电力系统安全稳定运行的一个重要方面，而变压器作为电力系统中的主要电气设备一旦发生事故将造成严重的损失并且需要较长时间去修复。长期以来，电力系统内对变电站中变压器的运行和维护主要是采用事后维修、预防型维修和计划检修等方式，但是，这些检修方式都存在着一些不可避免的弊端。随着电力系统的不断发展，电力设备由定期检修逐渐向状态检修转变已成为了一种发展趋势，于是设备的在线监测系统就应运而生，因此对变压器的状态进行实时监测对于电网来说意义重大，传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作，监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、湿度、声音、振动、压力、运动或污染物）。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如温湿度监测、环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。

1 关键技术

系统采用B/S与C/S相结合的架构模数。C/S结构用于数据采集，能更好的保证数据采集的实时性与准确性，两者结合，发挥各自的优势。B/S模式中，除数据采集模块之外的功能都予以实现，如：实时监测、历史查询与分析等。

编程工具采用基于Windows平台的Visual Studio2010软件开发，包含.NET Framework及ASP.NET程序开发服务器，并支持Windows7操作系统。数据库采用SQL Server2008实现整个系统的数据交互业务，可以将结构化、半结构化和非结构化文档的数据直接存储到数据库中，并对数据进行查询、搜索、同步、报告和分析。

通信方式为串口通信（Serial Communications），它的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

2 系统功能结构分析

系统结合温度监测管理系统，参考相关程序软件的设计，在管理平台中设置不同的权限管理，具有数据实时监测、采集、查询分析等功能。

3 系统设计

3.1 数据库设计

系统通过数据E-R（实体—联系）图分析，最终确定了数据库表，主要包括：实时节点数据表、基础设置表、用户表、角色表、用户角色关系表等。实时节点数据表：日期、时间、节点信息等；基础设置表：数据采集周期、节点数量、检测节点编号、比特率等；用户表：用户ID，用户名，密码，姓名等。

3.2 主题结构与功能设计

3.2.1 登录模块

登录模块通过调用数据库中用户信息来验证用户名和密码，同时判断用户的权限，实现相关业务操作。

3.2.2 实时监测功能模块

在C/S架构中，实时监测的同时，进行数据的存储，将有效的实时信息添加到数据库中。如有数据在设定的温度范围之外的，用红色高亮显示。在B/S架构中，实时监测模块读取数据库中当前最新一条数据，当作实时数据。

这个功能模块中，通过serialPort控件进行串口通信，传输前，由程序控制，自动打开传输接口，传输结束时，立刻关闭，以免影响下一下传输工作。同时结合了pictureBox控件，每秒更新pictureBox中的折线图数据，从而达到实时显示的目的。动态显示的表格则结合了dataGridView控件。

在B/S结构中，使用的数据是由数据库中读取的最新一条数据当作当前节点数据（只考虑正在监测时），故不存在通信模块。这里的绘图控件highcharts，显示原理是：每秒给highcharts的数据源添加一个新的对值，即[时间，节点温度]，该控件将剔除最早的一个数据，加入最新的这个数据，形成一个新的动态实时监测图形。

3.2.3 历史数据查询与图表分析模块

历史数据查询分为单节点和多节点查询。根据节点号、日期、时间进行精确查询，对于查询结果，可以选择性打印。此外，便于用户更直观的了解节点的信息，对于可以选择打印，或生成对应的统计图。

4 结束语

传感器网络节点参数（温度）监测系统可用于生产生活中的环境监测，24小时实时动态监控，进行分析和预警。用户可通过对历史数据的分析，更好的提高作业效率或做好相应措施。该系统通过全面的测试与实际运行，效果良好，数据稳定。

【参考文献】

[1]孙燮华.Visual C#.NET编程与实验[M].机械工业出版社，2010：428-459.

[2]马浇波，王国胜，张石磊.C#程序开发实用教程[M].清华大学出版社，2013：32-45.

[3]尚凤军.无线传感器网络通信协议[M].电子工业出版社，2011：28-45.

[责任编辑：王楠]