基于嵌入式WEB的電站數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

摘要：采用ARM11微處理器SC6410結(jié)合485及以太網(wǎng)通信構(gòu)建了嵌入式Linux上的WEB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對太陽能發(fā)電站監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、存儲和顯示。實(shí)際長期運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定完整地監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，具有系統(tǒng)運(yùn)行占用資源少、不需要額外的客戶端、用戶界面友好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：嵌入式Web服務(wù)器；Linux；ARM；Appweb

    監(jiān)控系統(tǒng)分2種，C／S模式和B／S模式。C／S模式需要在PC安裝客戶端，在嵌入式系統(tǒng)上還需要安裝服務(wù)端，這在設(shè)計(jì)上不僅加大了開發(fā)工作量，而且還得配備專用電腦，但有時(shí)候在工業(yè)現(xiàn)場上是沒有辦法做到的。而B／S模式則顯得其靈活性和成本低廉性。首先在B／S模式下面我們只需要開發(fā)單個(gè)WEB應(yīng)用，客戶端和服務(wù)端程序都不需要。其次還可以用具備瀏覽器的終端設(shè)備來隨時(shí)隨地瀏覽察看和控制后端設(shè)備。另外還可以省下其他監(jiān)控硬件設(shè)備，有效降低了成本，增強(qiáng)整套系統(tǒng)市場競爭力。
    綜合考慮本系統(tǒng)采用B／S方式。監(jiān)控系統(tǒng)以ARM11微處理器(SC6410)為硬件核心，嵌入式Linux為軟件核心的綜合平臺方案。在此平臺上設(shè)計(jì)了基于Linux嵌入式Web太陽能監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)以Ajax為網(wǎng)頁前端通訊方式，Cgi進(jìn)程、Php進(jìn)程、485進(jìn)程為后端數(shù)據(jù)處理方式。監(jiān)控系統(tǒng)只存設(shè)備上運(yùn)行，在和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的任何地方，儀通過瀏覽器就可以直接監(jiān)控太陽能設(shè)備，打破了距離的限制，提高了軟件的保密性。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
    監(jiān)控系統(tǒng)硬件分為核心板和底板2個(gè)部分。核心板使用S3C6410處理器，外擴(kuò)128MB SDRAM和256MB FLASH外部存儲器。底板采用的是RS4 85采集接口，3線RS232串口，SD卡存儲接口以及以太網(wǎng)控制器和RJ45組成的以太網(wǎng)接口，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    RS485通訊接口按照協(xié)議把太陽能設(shè)備參數(shù)讀取并發(fā)送主控芯片(S3C6410)。主控芯片接受485采集數(shù)據(jù)并存放Sqlite3數(shù)據(jù)庫。經(jīng)程序處理、分析后的數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁上以動態(tài)曲線和表格形式顯示，除此之外實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁上發(fā)送指令修改太陽能設(shè)備參數(shù)。該監(jiān)控系統(tǒng)完成參數(shù)以表格和曲線等多種形式的展示以及太陽能設(shè)備參數(shù)的配置，極大方便了客戶，提高了客戶使用友好性。

2 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境移植
2．1 嵌入式CGI的C庫移植
2．1．1 下載cgic205．tar．gz
    下載地址：http：／／www．boutell．com／cgic／#0btain
2．1．2 解壓
    解壓壓縮文件到／home／cgic／目錄
     #tar -czvf cgic205．tar．gz
     #cd cgic205
2．1．3 編譯
    修改其makefile里面的編譯參數(shù)
    CC=arm-linux-gcc
    AR=arm-linux-ar
    RANLIB=arm-linux-ranlib。
    #make
    拷貝libcgic．a(chǎn)庫到設(shè)備／usr／lib／目錄下。
2．2 嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite3移植
2．2．1 下載sqlite3-autoconf-3070900．tar．gz
    下載地址：http：／／www．sqlite．org／download．html
2．2．2 解壓
    解壓壓縮文件到／home／sqlite3／目錄
    #tar -czvf sqlite3-autoconf-3070900．tar．gz
    #cd sqlite3-autoconf-3070900
2．2．3 編譯
    #．／configure      ＼
    --host=arm-linux-       ＼
    --prefix=／opt／sqlite3／install3．7．4      ＼
    --disable--tc      ＼
    #make
    #make install
    拷貝／opt／sqlite3／install3．7．4目錄下lib和bin文件到設(shè)備上對應(yīng)目錄。
2．3 WEB服務(wù)器Appweb軟件移植
2．3．1 下載Appweb3．3．0．tar．gz
    下載地：http：／／appwebserver.org／downloads／appweb／download．ejs
2．3．2 解壓
    解壓文件到／home／appweb／目錄
    #tar -czvf appweb3．3．0．tar．gz
    #cd appweb3．3．0
2．3．3 編譯
    #．／configure       ＼
    --prefix=／home／my      ＼
    --target=arm-sc6410-linux     ＼
    --build=i686-pc-linux            ＼
    --enable-log                        ＼
    --static                       ＼
    --port=80                          ＼
    --with-php=／home／cgi-php；      ＼
    #make TRACE=1
    #make ROOT_DIR=／home／my install
    在／home／cgi-php目錄里面要有編譯好的php5動態(tài)庫，編譯的Appweb服務(wù)器才會支持php功能。
    拷貝home／my目錄里面的文件到設(shè)備對應(yīng)目錄，同時(shí)拷貝php動態(tài)庫到／usr／lib目錄，至此監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境移植完畢。
2．3．4 驗(yàn)證Appweb服務(wù)器
    編寫以下代碼并保存為文件test．php，放至設(shè)備／www／目錄下
    
    在PC機(jī)瀏覽器地址上輸入設(shè)備地址：192．168．0．80／test．php．如果瀏覽器網(wǎng)頁中顯示“ok php”，就證明嵌入式Appweb帶php開發(fā)功能且支持Sqlite3數(shù)據(jù)庫軟件運(yùn)行環(huán)境已經(jīng)移植完畢?，F(xiàn)在Web服務(wù)器能支持Cgi和Php這兩項(xiàng)功能，而類似boa，shttpd等嵌入式Web只是支持Cgi，在后臺的處理上功能比較弱，不能完成較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    監(jiān)控系統(tǒng)軟件基于Linux操作系統(tǒng)，主要分為Cgi模塊、Php模塊、485進(jìn)程模塊。Cgi模塊主要是要負(fù)責(zé)密碼驗(yàn)證、修改、以及發(fā)送消息給485掃描進(jìn)程進(jìn)行對太陽能設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置。Php模塊主要負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫中提取出數(shù)據(jù)分析、處理后送給前臺。485進(jìn)程模塊主要是自定義通訊協(xié)議，掃描在線太陽能逆變器來獲取其基本屬性參數(shù)并且經(jīng)過處理后存放在設(shè)備sqlite3數(shù)據(jù)庫里，一切圖形顯示和圖表顯示以及參數(shù)修改等數(shù)據(jù)全部是從數(shù)據(jù)庫中取得。監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)及其功能模塊如圖2所示。

3．1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)
3．1．1 軟件通訊技術(shù)
    軟件通訊方式是Ajax，她是結(jié)合了Java技術(shù)、XML以及JavaScriDt等編程技術(shù)，可以讓開發(fā)人員構(gòu)建基于Java技術(shù)的Web應(yīng)用，并打破了使用頁面重載的慣例。用戶可以創(chuàng)建接近本地桌面應(yīng)用的直接、更豐富、更動態(tài)的Web用戶界面。
3．1．2 軟件Javascipt基礎(chǔ)庫
    整個(gè)系統(tǒng)軟件前端軟件開發(fā)主要是基于Jayascipt的庫JQuery。她簡化了前端開發(fā)的工作，提供了豐富的函數(shù)接口。
3．1．3 軟件曲線顯示插件技術(shù)
    系統(tǒng)曲線顯示部分主要是由Flot插件來完成的。Flot是一個(gè)非常強(qiáng)大的利用js來畫出圖表的jquery插件，并且支持幾乎所有主流瀏覽器，包括IE6+。在本系統(tǒng)中主要采用此插件來完成歷史和實(shí)時(shí)曲線的繪制。
3．1．4 軟件圖表顯示插件技術(shù)
    系統(tǒng)圖表顯示部分主要是由JGrid插件實(shí)現(xiàn)。她能完成大部分常用工作的表格和分頁功能的表單，在本系統(tǒng)中主要用來顯示和實(shí)時(shí)更新在線太陽能設(shè)備的基本參數(shù)。
3．2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件Cgi模塊
    Cgi模塊分為前端和后端兩個(gè)部分，前端主要是html元素的編寫和布局以及相關(guān)元素對應(yīng)事件函數(shù)的編寫，后端是負(fù)責(zé)處理html網(wǎng)頁傳送過來的數(shù)據(jù)并且處理完畢返回給網(wǎng)頁調(diào)用函數(shù)需要的數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁利用得到的數(shù)據(jù)更新原來網(wǎng)頁上的數(shù)據(jù)。圖3是Cgi功能模塊。

3．2. 1 Cgi前端編程
    Html網(wǎng)頁js函數(shù)提交數(shù)據(jù)有post和get兩種方式，本系統(tǒng)采用方式是post方式。前臺(html)調(diào)用cgi程序?qū)嵗?br />
    
    Cgi程序通過cgic庫提供的api函數(shù)獲取從前臺網(wǎng)頁傳過來的數(shù)據(jù){ID：addr，Value：value}，處理數(shù)據(jù)后依需求發(fā)送消息給485進(jìn)程，并查詢數(shù)據(jù)庫檢查命令是否設(shè)置成功，當(dāng)然也有獨(dú)立的查詢數(shù)據(jù)庫來驗(yàn)證密碼或者修改密碼之類的操作。
3．2．2 Cgi后端編程
    
3．3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件Php模塊
    Php模塊從數(shù)據(jù)庫提取需要的數(shù)據(jù)整理處理后以JSON格式發(fā)送前臺。圖4是Php功能模塊。

3．3．1 Php前端編程
    這個(gè)部分和Cgi部分是一樣的，編寫調(diào)用Php模塊js函數(shù)。
3．3．2 后端php編程
    
   

4 運(yùn)行效果
    測試滿足實(shí)際現(xiàn)場需求，如圖5和圖6以及圖7所示。

5 結(jié)束語
    文中介紹了基于ARM嵌入式電站動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控的一種新設(shè)計(jì)方案，給出了詳細(xì)的硬件和軟件組成和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并且針對電站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢以及電站基本參數(shù)的配置等核心問題，提出了一套可靠的設(shè)計(jì)方法，實(shí)際長期運(yùn)行證明該監(jiān)控軟件運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)際占用資源少、界面易于操作、符合現(xiàn)場要求，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。