梁志宏

摘 要： 設(shè)計動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其包括監(jiān)控端、嵌入式Web服務(wù)器以及遠程監(jiān)控客戶端。監(jiān)控端通過AT89S51單片機采集現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等數(shù)據(jù)并對部件進行調(diào)控。系統(tǒng)通過Web服務(wù)器端對監(jiān)控端獲取的數(shù)據(jù)進行分析，若發(fā)現(xiàn)動態(tài)Web變異數(shù)據(jù)，則說明現(xiàn)場部件存在異常問題，向監(jiān)控端和遠程客戶端傳遞報警信號。遠程客戶端用戶采用IE瀏覽器實時監(jiān)測Web變異信息。系統(tǒng)通過XML以及HTML等語言實現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器功能，并給出系統(tǒng)監(jiān)控端的軟件構(gòu)建過程。實驗結(jié)果說明，所設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測效率和精度都較高，并且魯棒性強。

關(guān)鍵詞： 動態(tài)Web變異信息； 遠程監(jiān)測； 系統(tǒng)設(shè)計； 數(shù)據(jù)傳遞

中圖分類號： TN911?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）11?0014?04

Design of real?time remote monitoring system for dynamic Web variation information

LIANG Zhihong

（China Southern Power Grid Co.， Ltd.， Guangzhou 510623， China）

Abstract： A real?time remote monitoring system for dynamic Web variation information was designed， in which there are monitoring terminal， embedded Web server and remote monitoring client. The monitoring terminal acquires the data of site environmental temperature， humidity and smoke degree through AT89S51 to control its components. The data obtained by the monitoring terminal is analyzed in the system through Web server. If the dynamic Web variation data is discovered， it means that the site component is abnormal， and the alarm signal is send to the monitoring terminal and remote client. The users at the remote client monitor the Web variation information in real time by means of IE browser. The embedded Web server function is realized with XML， HTML and other languages. The software construction process of the system monitoring terminal is given. The experimental result shows that the monitoring system has high monitoring efficiency， high accuracy and strong robustness.

Keywords： dynamic Web variation information； remote monitoring； system design； data transmission

0 引 言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，Web技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用價值逐漸提升。動態(tài)Web信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)可通過遠程客戶端對現(xiàn)場部件發(fā)出管理命令，確保生產(chǎn)的順利運行，增強企業(yè)生產(chǎn)力和競爭力[1]。而傳統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的遠程控制端同企業(yè)信息網(wǎng)間的數(shù)據(jù)無法進行有效傳遞，同時存在動態(tài)Web變異信息監(jiān)測誤差高的缺陷，使得網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)安全性降低，數(shù)據(jù)容易受到攻擊和竊取，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)的性能大大降低[2]。因此，設(shè)計一個更安全、更高效的動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。

1 動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文基于嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，系統(tǒng)的監(jiān)控端對現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并且對現(xiàn)場部件進行管理；USB攝像頭用于采集現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)；嵌入式Web服務(wù)器實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的采集、操作和存儲，同時對數(shù)據(jù)操作結(jié)果進行分析，若發(fā)現(xiàn)變異信息，則傳遞出警報信號[3]，同時將監(jiān)控端反饋的數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)傳遞到遠程客戶端；遠程客戶端用戶采用IE瀏覽器對現(xiàn)場進行監(jiān)控。

系統(tǒng)模塊的功能如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集和部件管理功能。系統(tǒng)監(jiān)控端可對現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并且對現(xiàn)場部件的強電部件和遙控部件進行管理和報警?，F(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)主要為環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等。

（2） RS 485 串口通信功能模塊。RS 485接口是監(jiān)控端同Web服務(wù)器間進行信息溝通的紐帶，監(jiān)控端采用RS 485串口總線將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳遞給Web服務(wù)器。

（3） 遠程網(wǎng)絡(luò)訪問控制功能。系統(tǒng)通過瀏覽器端/服務(wù)器端（Brower/Server）的結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)接入部件，將嵌入式Web服務(wù)器同客戶端PC機連接[4]。遠程客戶端可采用IE瀏覽器訪問遠程數(shù)據(jù)并且完成遠程管理。

（4） 遠程視頻監(jiān)控功能。系統(tǒng)通過嵌入式Web服務(wù)器端中的USB攝像頭獲取監(jiān)控現(xiàn)場圖像，通過UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將視頻數(shù)據(jù)反饋給遠程客戶端[5]，確?？蛻舳擞脩敉ㄟ^IE瀏覽器完成監(jiān)控現(xiàn)場視頻的及時監(jiān)測。

（5） 報警功能。系統(tǒng)通過Web服務(wù)器端對監(jiān)控端獲取的數(shù)據(jù)進行分析，若發(fā)現(xiàn)動態(tài)Web變異數(shù)據(jù)，則說明現(xiàn)場部件存在異常情況，此時在監(jiān)控端和遠程客戶端都傳遞出報警信號。

1.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

1.2.1 監(jiān)控端的硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控端的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2中可以看出，監(jiān)控端采用AT89S51單片機采集現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等數(shù)據(jù)并對部件進行調(diào)控。監(jiān)控端中的紅外收發(fā)電路對空調(diào)等遙控部件的紅外信號進行處理，并且將處理后的結(jié)果保存到嵌入式Web服務(wù)器中。系統(tǒng)中的遠程客戶端會向監(jiān)控端傳遞出控制指令，實現(xiàn)對遙控部件的控制。溫度、濕度傳感器可采集現(xiàn)場環(huán)境的溫度和濕度信號[6]。煙霧傳感器對現(xiàn)場環(huán)境的煙霧指標進行檢測，若超標，則輸出該接點。其中，濕度信號是被測量線性變化的模擬信號，應(yīng)進行A/D變換，再通過單片機進行采集。當(dāng)報警電路在嵌入式Web服務(wù)器發(fā)現(xiàn)監(jiān)控端反饋的環(huán)境數(shù)據(jù)為變異數(shù)據(jù)時，向遠程客戶端用戶傳遞出報警信號，其電路連接圖如圖3所示。

1.2.2 嵌入式Web服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中的嵌入式Web服務(wù)器硬件采用FS2410開發(fā)平臺，其中集成了ARM9系列的S3C2410微處理器，64 MB的SDRAM和FLASH，RS 232和RS 485串口，并采用以太網(wǎng)控制芯片CS8900擴展成的10 MB以太網(wǎng)接口，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

S3C2410的核心處理器為ARM920T，其耗能量較低，可工作在203 MHz頻率下運行不同的操作系統(tǒng)，并且完成大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理工作。其中的64 MB SDRAM以及FLASH用于存儲現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)，RS 485串口可實現(xiàn)監(jiān)控端間數(shù)據(jù)的交互，以太網(wǎng)口可完成監(jiān)控端同客戶端間信息的交流[7]，USB可獲取監(jiān)控現(xiàn)場的視頻信息。

2 動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 嵌入式Web服務(wù)器實現(xiàn)

嵌入式Web服務(wù)器可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測部件以及數(shù)據(jù)集成部件的原始設(shè)置、動態(tài)控制。其通過Linux網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的SOCKET以及HTTP等技術(shù)[8]封裝用戶申請，同時將封裝后的信息反饋給現(xiàn)場采集部件。

2.1.1 嵌入式Web服務(wù)器運行機制

嵌入式Web服務(wù)器運行過程中，其主進程通過TCP/IP不間斷操作模塊，對網(wǎng)絡(luò)中的用戶申請進行檢測，將自身狀態(tài)變換成阻塞，監(jiān)聽客戶端的連接申請。獲取申請信息后塑造新線程，用新線程操作連接申請，同時反饋阻塞狀態(tài)[9]。申請?zhí)幚砭€程通過HTTP消息操作模塊對HTTP POST申請進行解析，同時將解析結(jié)果反饋給消息操作模塊，得到申請服務(wù)的類型和相關(guān)參數(shù)，具體流程如圖5所示。

圖5 嵌入式Web服務(wù)器程序流程圖

2.1.2 嵌入式Web服務(wù)器的實現(xiàn)

基于圖5描述的Web服務(wù)器程序流程圖，系統(tǒng)通過QT/Embedded，XML以及HTML等語言實現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器功能。該服務(wù)器操作界面由系統(tǒng)介紹、初始化配置、動態(tài)監(jiān)控和退出構(gòu)成。系統(tǒng)介紹描述了動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計目標、功能以及操作流程，該部分采用HTML語言塑造的靜態(tài)網(wǎng)頁。而其他部分采用XML封裝手段以及XSLT解析手段塑造動態(tài)網(wǎng)頁。

動態(tài)監(jiān)控對系統(tǒng)運行狀態(tài)實時檢索，對動態(tài)Web變異信息監(jiān)測過程進行控制，對監(jiān)控端傳遞的數(shù)據(jù)進行分析，獲取動態(tài)Web變異信息。該過程需要同系統(tǒng)中的XML文件進行動態(tài)交互。系統(tǒng)中的定時器依據(jù)固定間隔時間，將不同部件的運行情況存儲到XML文件內(nèi)，如果用戶對部件的運行狀態(tài)進行檢索，則通過XSLT解析XML文件，采用嵌入式Web服務(wù)器將解析結(jié)果（也就是最終獲取的動態(tài)Web變異信息）呈現(xiàn)在瀏覽器中的頁面上，方便用戶查看。

定時器間隔kurm時間通過QT/Embedded內(nèi)中的QDOM類對存儲部件運行狀態(tài)的XML文件進行調(diào)整。其中，Emoment類的聲明為：

class Emoment{

public：

Emoment（）；

?QTime（）；

reenonRune（）const；

Int drive（int msec，reensshot=FALSE）；

void stop（）；

}；

2.2 監(jiān)控端的軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控端的軟件需要實現(xiàn)溫度、濕度數(shù)據(jù)以及煙霧狀態(tài)的采集，驅(qū)動MAX144采集UPS電壓和濕度信號，規(guī)劃合理的紅外接收以及傳遞程序，實現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器的有效通信，完成部件的控制和變異信息報警，具體的流程圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)控端軟件結(jié)構(gòu)

3 實驗分析

通過實驗驗證所設(shè)計的動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。實驗在Xen虛擬機內(nèi)的Hadoop平臺上完成測試。實驗環(huán)境中存在5臺虛擬機，其中1臺為主控機，其他為節(jié)點機。

實驗一：對某物流公司的現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，采用Websitew Watcher工具對物流現(xiàn)場的Web變異信息進行檢查，并分別采用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)對該物流系統(tǒng)進行一個月的監(jiān)測，結(jié)果用表1描述。

分析表1可得，本文監(jiān)測到的物流現(xiàn)場Web變異信息的平均準確率為95.70%，而傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的平均準確率為87.06%，可以看出本文系統(tǒng)具有較高的監(jiān)測精度，能夠確保物流運輸?shù)捻樌\行，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

實驗二：檢測不同監(jiān)測系統(tǒng)的報警靈敏度，分別采用本文監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)對實驗環(huán)境中不同節(jié)點機的Web變異信息進行監(jiān)測，結(jié)果如表2所示。

表2描述了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不同部件出現(xiàn)動態(tài)Web變異的警告信息，可以看出發(fā)出的時間、對應(yīng)的虛擬機序號和IP地址。依據(jù)該Web變異信息，用戶可通過遠程控制端瀏覽器查看對應(yīng)的現(xiàn)場部件，進而及時調(diào)整和維修，確保系統(tǒng)正常運行。

圖7和圖8分別描述了在四組實驗中本文監(jiān)測系統(tǒng)以及傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的報警時延，可以看出本文系統(tǒng)報警時間同檢測出Web變異信息的時間基本一致，并且隨著虛擬機數(shù)量的增加，報警時延也會不斷增加，說明本文系統(tǒng)具有較高的監(jiān)測效率和魯棒性。而傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的報警時延遠遠高于本文系統(tǒng)，并且變化幅度較高，魯棒性較差。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了動態(tài)Web變異信息實時遠程監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)的監(jiān)控端對現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，并且對現(xiàn)場部件進行管理。嵌入式Web服務(wù)器實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的采集、操作和存儲，同時對數(shù)據(jù)操作結(jié)果進行分析，若發(fā)現(xiàn)變異信息，則傳遞出警報信號，并將監(jiān)控端反饋的數(shù)據(jù)傳遞到遠程客戶端，確保遠程客戶端用戶采用IE瀏覽器對現(xiàn)場進行監(jiān)控。實驗結(jié)果說明，所設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測效率和精度都較高，并且魯棒性也較高。

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