摘要：本文主要介紹了溫室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和具體的軟件實(shí)現(xiàn)。給出了以客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器模式為基礎(chǔ)，以溫室為監(jiān)控對(duì)象的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，討論了用MSComm控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和用Winsock控件實(shí)現(xiàn)C/S通信的關(guān)鍵技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；C/S；溫室；數(shù)據(jù)采集
　　0引言
　　目前，我國(guó)是設(shè)施園藝栽培面積最大的國(guó)家，溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，其目的是提高控制作業(yè)精度。將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)應(yīng)用于溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)分布于不同地理位置的溫室監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送給計(jì)算機(jī)，便于技術(shù)人員及時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，并且能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的集中管理和分析，將提高溫室操作人員的工作效率，開(kāi)發(fā)這樣一套具有特色的溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上，都有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)的總體框圖如圖1.1所示
　　
　　1.1數(shù)據(jù)采集硬件結(jié)構(gòu)
　　溫室參數(shù)監(jiān)測(cè)儀是以單片微處理器為核心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫室運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量與記錄主要包括溫度、濕度、光照、CO2等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。并通過(guò)I/O接口電路，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)溫室的各參數(shù)，其框圖如圖1.1所示。
　　考慮到溫室終端數(shù)量多，分布廣的因素，數(shù)據(jù)采集采用RS-485雙層總線結(jié)構(gòu)。集中控制器與儀表間采用RS-485總線結(jié)構(gòu)，集中控制器作為主機(jī)，監(jiān)測(cè)儀表作為從機(jī)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與集中控制器也是采用RS-485總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為主機(jī)，集中控制器作為從機(jī)。由于PC機(jī)只帶有RS-232接口，集中控制器用的是RS-485接口，兩者的通信接口標(biāo)準(zhǔn)形式不同，不能直接連接使用，因此加入一個(gè)RS232/485轉(zhuǎn)換器。
　　1.2C/S結(jié)構(gòu)
　　溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題主要集中在通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，考慮到溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)量較多，通信的數(shù)據(jù)量較大，如果采用傳統(tǒng)的單機(jī)控制，同一計(jì)算機(jī)控制眾多下位機(jī)，這就要求較高性能的計(jì)算機(jī)，受到存儲(chǔ)容量和CPU速度的限制，所以采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（如圖1.3所示）。客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)可以方便地增加客戶(hù)機(jī)或服務(wù)器，采用開(kāi)放系統(tǒng),能夠擺脫對(duì)于專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)的依賴(lài),應(yīng)用程序便于移植。
　　
　　圖1.3客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
　　服務(wù)器端可由多臺(tái)不同功能的服務(wù)器組成，服務(wù)器端可以連上一個(gè)區(qū)域的溫室監(jiān)測(cè)儀。服務(wù)器端的主要任務(wù)是要實(shí)時(shí)的接收現(xiàn)場(chǎng)溫室監(jiān)測(cè)儀傳送的數(shù)據(jù)，并接受客戶(hù)端發(fā)送過(guò)來(lái)的請(qǐng)求命令，并將溫室監(jiān)測(cè)儀傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)傳送到用戶(hù)端。其次，出于網(wǎng)絡(luò)安全的考慮，服務(wù)器端還要進(jìn)行用戶(hù)的身份鑒定和權(quán)限設(shè)置，來(lái)區(qū)分管理專(zhuān)家和普通用戶(hù)。它能提供網(wǎng)絡(luò)共享資源和負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的安全管理。系統(tǒng)中提供給各個(gè)工作站的共享數(shù)據(jù)都存放在服務(wù)器中，存儲(chǔ)各種聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和定時(shí)數(shù)據(jù)。用于個(gè)人操作環(huán)境的計(jì)算機(jī)，提供各類(lèi)操作的人機(jī)界面，并可以根據(jù)需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)用途�？蛻�(hù)端分普通用戶(hù)和管理專(zhuān)家，通過(guò)不同的密碼和權(quán)限，瀏覽各項(xiàng)數(shù)據(jù)、圖形、報(bào)表。普通用戶(hù)只能查看一定的數(shù)據(jù)，而管理專(zhuān)家不但可以訪問(wèn)服務(wù)器，查看溫室的實(shí)時(shí)參數(shù)和歷史參數(shù)，更重要的是能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。
　　2系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
　　系統(tǒng)軟件實(shí)施分服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)兩塊，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通訊、實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表輸出等功能。系統(tǒng)的軟件總體框圖如圖2.1。
　　
　　2.1數(shù)據(jù)采集模塊
　　VB或VC提供了通信控件MSCOMM，該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,對(duì)串口狀態(tài)及串行通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。它提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序。每個(gè)通信控件對(duì)應(yīng)一個(gè)串口,如果要訪問(wèn)多個(gè)通信口,則要設(shè)計(jì)多個(gè)通信控件。
　　MSComm處理數(shù)據(jù)的方式有事件驅(qū)動(dòng)(Event—driver)、查詢(xún)法(Inquire)兩種，在使用事件驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)程序時(shí)，每當(dāng)有新字符到達(dá)、端口狀態(tài)變化或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，MSComm控件將激發(fā)OnComm事件，而應(yīng)用程序在捕獲該事件后，通過(guò)檢查MSComm控件的CommEvent屬性可以獲知所發(fā)生的事件或錯(cuò)誤，從而采取相應(yīng)的操作。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高；而查詢(xún)法則是每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性以檢查執(zhí)行結(jié)果或者檢查某一事件是否發(fā)生�？紤]到可靠性和響應(yīng)的快速性，數(shù)據(jù)采集程序采用事件驅(qū)動(dòng)。
　　2.2C/S通信模塊
　　1) 基本原理
　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）創(chuàng)建了ISO（OpenSystemInterconnection,開(kāi)放式系統(tǒng)互連）模型，OSI模型被分解為層，每層都不需要依賴(lài)于操作系統(tǒng)或其他因素。分層方法可以建立在其他層現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上，將開(kāi)發(fā)工作集中在自己的適用層上。
　　在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間交換信息需要遵循某種協(xié)議,當(dāng)今最為通用的應(yīng)當(dāng)是TCP／IP協(xié)議了。Winsock控件工作在傳輸層，在這一層上，TCP／IP協(xié)議包括TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP（數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）兩種：TCP協(xié)議適用于那些對(duì)于數(shù)據(jù)的可靠性要求比較高的情況；UDP協(xié)議適用于對(duì)數(shù)據(jù)可靠性要求不高而對(duì)速度要求比較高的情況。在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)必須可靠的從服務(wù)器端傳送到客戶(hù)端，所以在這里必須選用TCP傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（TCP）允許創(chuàng)建和維護(hù)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的連接。連接這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)就可彼此進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2) 具體實(shí)現(xiàn)
　　Winsock控件對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，它提供了訪問(wèn)TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方便途徑。通過(guò)設(shè)置控件的屬性并調(diào)用其方法就可輕易連接到一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上去，并且還可以雙向交換數(shù)據(jù)。利用套接字控件（Winsock）可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)建立連接，套接字由IP地址，端口和端口號(hào)組成�？蛻�(hù)端程序主動(dòng)向處于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)服務(wù)器端程序發(fā)起連接，利用套接字

　　構(gòu)筑一條TCP鏈路．通信前首先要知道服務(wù)器計(jì)算機(jī)名或者IP地址（RemoteHost屬性），還要知道進(jìn)行“偵聽(tīng)”的端口（RemotePort屬性），然后調(diào)用Connect方法。客戶(hù)斷設(shè)置一個(gè)收聽(tīng)端口（LocalPort屬性）并調(diào)用Listen方法。當(dāng)客戶(hù)計(jì)算機(jī)需要連接時(shí)就會(huì)發(fā)生ConnectionRequest事件。為了完成連接，可調(diào)用ConnectionRequest事件內(nèi)的Accept方法。建立連接后，任何一方計(jì)算機(jī)都可以收發(fā)數(shù)據(jù)。為了發(fā)送數(shù)據(jù)，可調(diào)用SendData方法。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)生DataArrival事件。調(diào)用DataArrival事件內(nèi)的GetData方法就可獲取數(shù)據(jù)。Winsock控件連接流程圖如圖2.2所示。
　　2.3數(shù)據(jù)庫(kù)模塊
　　數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本原則是實(shí)用性,冗余度小,獨(dú)立性強(qiáng),可兼容性，存取快速方便，安全性好。VisualBasic事實(shí)上可以支持各種數(shù)據(jù)庫(kù)，只要在系統(tǒng)中安裝了該種數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)，VB就可以直接打開(kāi)擴(kuò)展名為MDB的Access數(shù)據(jù)庫(kù)。在面向?qū)ο髮?duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，最簡(jiǎn)單的映射模型就是將邏輯分析中的類(lèi)映射成數(shù)據(jù)庫(kù)中的表。通過(guò)分析設(shè)計(jì)溫室監(jiān)控系統(tǒng)客戶(hù)端數(shù)據(jù)庫(kù)表單包含：監(jiān)測(cè)站點(diǎn)管理表，用戶(hù)信息表，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表（動(dòng)態(tài)表，由程序每天創(chuàng)建一個(gè)以日期為名的表），登陸日志表，查詢(xún)?nèi)罩颈�，越限信息表，通信故障表，日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表，周/月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)表單包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表，客戶(hù)端管理表（用于查看客戶(hù)通信連接。）VB中可以用ADO和ADOX訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合DataGrid控件和Mschart控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時(shí)圖形顯示，方便客戶(hù)端技術(shù)人員查看溫室實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。另外還可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)和圖形的查詢(xún)。
　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：服務(wù)器選擇監(jiān)測(cè)儀號(hào)，設(shè)置串口，然后打開(kāi)串口接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按下通信按鈕后，設(shè)置端口號(hào)開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)，等待客戶(hù)端連接。遠(yuǎn)程客戶(hù)首先運(yùn)行客戶(hù)端程序，按照提示輸入用戶(hù)密碼，再輸入服務(wù)器IP地址和端口號(hào)，等待連接狀態(tài)，若成功連接，服務(wù)器開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，客戶(hù)端接收數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和圖形顯示。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試和試驗(yàn)表明，遠(yuǎn)程溫室監(jiān)控系統(tǒng)能夠全天不間斷地采集環(huán)境指標(biāo)，用戶(hù)可以足不出戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)可監(jiān)控到溫室環(huán)境的重要變化特征以及一些重要的調(diào)控過(guò)程。
　　4結(jié)論
　　溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通迅技術(shù)等諸多方面的技術(shù)融合�；�于C/S模式的溫室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠充分地利用同種設(shè)備的故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障診斷的自學(xué)習(xí)，大幅減少專(zhuān)家人力資源，提高故障診斷能力，能夠最大限度地縮短溫室故障的修復(fù)時(shí)間，減少損失。由于時(shí)間、經(jīng)驗(yàn)和多方面條件的限制，系統(tǒng)仍有許多地方有待提高和改善，進(jìn)一步可考慮B/S（瀏覽器與客戶(hù)機(jī)）模式來(lái)進(jìn)行溫室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
　　
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