目前常用的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)基本上都是傳統(tǒng)的基于集中式計算機控制和現場總線技術相結合的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)�？紤]到模塊直接上網的技術趨勢和希望能夠利用已經廣泛應用的以太網資源，本文通過比較和方案論證，確定了一種新型的基于網絡的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，即將所采集的一個或多個溫濕度傳感器測量結果通過Intemet以網頁的形式動態(tài)發(fā)布，同時，任意一臺上位機都可以根據管理員的授權通過網絡對溫濕度控制裝置下達指令，對任一節(jié)點進行控制。對于這種方案，能接入Intemet的任何一臺PC機可以實現對各個傳感器工作狀態(tài)的監(jiān)控與管理，實現了無距離限制的測控網絡，非常方便靈活。

1 系統(tǒng)總體結構
    該系統(tǒng)總體結構如圖1所示，各個溫濕度測試控制模塊都帶有網絡接口，通過路由器與中心服務器相連。中心服務器包括IIS信息服務器系統(tǒng)和SQL數據庫服務器，前者負責與處于聯機狀態(tài)的溫濕度測試節(jié)點通信獲取溫濕度測量結果，然后通過Intemet以網站的方式向客戶廣播接收到的溫濕度檢測數據，并將接收到的數據(測試節(jié)點編號、溫度、濕度、測量時間等)存入SOL數據庫中，同時客戶根據不同的權限可以通過中心服務器向各個測試控制模塊發(fā)指令，改變某個溫濕度控制的參數。

    溫濕度測試模塊的結構如圖2所示，其結構包括：主控制器(MCu)、溫濕度傳感器、數顯及按鍵、Flash存儲器、網絡傳輸模塊、時鐘器件、蜂鳴器。其測試控制過程為：每隔一定時間MCU進行一次溫濕度測量，如果與中心服務器連機，將結果通過網絡上傳至中心服務器，否則將結果和當前時間存儲在板上的Flash；再將濕度測量值與用戶設定值比較，根據比較的結果進行不同的處理。例如，當測試濕度高于設定值時，通過控制除濕材料吸收濕氣來降低濕度，如果達到設定濕度值后，通過一定的反饋控制使柜內的濕度保持于設定范圍內。如果溫度或者濕度高于危險門限，系統(tǒng)通過蜂鳴器報警。

2 溫濕度測試控制模塊

2．1 溫濕度傳感器的選擇

    由于溫濕度測量精度是決定系統(tǒng)性能的關鍵，因此，這里選取瑞士Scnsirion公司生產的數字溫濕度傳感器SHl75實現溫濕度測量。該器件的特點為：出廠前，每只傳感器都在極為精確的濕度室中做過精密校準，校準系數被編成相應的程序存入校準存儲器中；高度集成，內部集成有溫度測量、濕度測量、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能；提供二線數字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；測量精度可編程調節(jié)，內置A／D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過編程設置其內部寄存器進行選擇)，測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償的濕度測量值和高質量的露點計算功能等，濕度精度在±4％以內，溫度精度在±0．4℃以內。

2．2 檢測數據存儲方案

    當溫濕度檢測控制模塊沒有與控制主機聯機時，需要保存檢測數據，以備檢查。因此該系統(tǒng)選用存儲容量為16 Mb的SST25VF016B，它屬于NAND型非易失性閃速存儲器。該存儲器具有速度快、成本低、密度大的特點，廣泛應用于傳感器測量系統(tǒng)，其讀／寫操作是以字節(jié)為單位，而擦除操作則以塊為單位進行操作，讀、寫和擦除操作均通過命令完成；不能字節(jié)擦除，在每次改寫操作之前需要先擦除一整塊；每一塊的擦除次數有限，為10萬次左右。根據系統(tǒng)存儲數據類型的需要，將Flash分為2部分：一部分(2塊，每塊32 kh)存儲該控制塊的系統(tǒng)信息，包括編號、溫度校正信息、濕度校正信息、濕度控制范圍等；另一部分(62塊，每塊32 kb)存儲實時的溫度測量結果，包括測量時間、溫度、濕度，以及該記錄是否上傳。Fhash擦、寫的控制算法為：開機時，系統(tǒng)讀取系統(tǒng)信息，獲得各種控制參數；然后找出上一次溫濕度記錄的存儲最后位置及每塊的使用情況，繼續(xù)寫入新的測量信息。當前記錄塊寫滿以后，在系統(tǒng)信息中更新塊使用情況記錄，找一個新的塊寫入。如果存儲信息達到系統(tǒng)容量，選擇62塊中所存信息最早的塊擦除，重新使用。這種設計參考了u-cos文件管理系統(tǒng)，但由于傳感器測量記錄的長度是固定的，簡化了每條記錄的讀寫算法。

2．3 濕度控制算法

    對于溫濕度的監(jiān)測和控制，如果僅通過簡單的反饋控制(即濕度高于設定值，吸濕裝置吸收潮氣，飽和后將向外排放潮氣，如此反復來達到濕度的控制)很難達到理想的控制，原因是溫度控制器件和吸濕裝置的工作曲線通常都是非線性的，這種非線性使得控制時間的推算變得不確定。經過反復研究、實驗，本文在溫濕度檢測控制系統(tǒng)中使用了模糊控制的方法獲得較好的效果。即根據監(jiān)控節(jié)點內一段時間內溫濕度測量值，得到吸濕裝置和溫度控制裝置能力的模糊估計(分為5類：強、較強、中、較弱、弱)，并根據濕度和設定范圍的差值，得到目前濕度值的模糊估計(遠大于，接近，范圍以內，低于，遠低于)，然后根據設定的模糊控制規(guī)則控制外部各個固態(tài)繼電器動作，以達到溫濕度的良好控制。

2．4 網絡接口實現

    溫濕度檢測控制模塊與中央服務器的網絡連接通過Conextop公司的NePort網絡串口轉換模塊實現，其體積約為兩個標準RJ45插座，擁有10 M／100 M的以太網接口，并可同時傳送TCP／UDP包給多個數據接收設備，提供1～2個高速串口，波特率可達921 600 b／s。MCU通過標準串口同NePort連接，NePort通過路由器與中央服務器相連。每個溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)都有唯一的系統(tǒng)編碼，通過一定的命令格式與中央服務器連接。主要的功能包括：每隔5 s上傳溫濕度測量信息；每天同步溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)時鐘和服務器時鐘；通過網絡設置溫濕度校正信息和濕度控制信息等。

3 網絡監(jiān)控系統(tǒng)的設計

3．1 中央服務器

    中央服務器架設有IIS信息服務器和SQL數據庫服務器，用ASP．net語言實現了 B／S結構的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)和網絡服務。B／S結構的優(yōu)勢在于系統(tǒng)內任何接入Internet的計算機都能成為監(jiān)控客戶端，并且通過IE瀏覽器就可以實現監(jiān)控和管理，不需安裝任何軟件。實現的主要功能有：對各個溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)進行登記管理；將各個溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的溫濕度數據存入數據庫并能查閱和刪除，以及產生歷史曲線和生成報表等；通過網頁向Internet用戶報告實時溫濕度測量信息；用戶的登記和權限管理等。

3．2 AJAX實現溫濕度數據的異步傳輸

    傳統(tǒng)的B／S結構中，當用戶需要某特定信息時，用戶通過瀏覽器向服務器發(fā)送請求(例如點擊某項鏈接)，服務器將此鏈接指向的網頁發(fā)送至用戶端瀏覽器，此過程必須有用戶的參與。對于傳感器網絡監(jiān)控系統(tǒng)，傳感器測量數據實時更新，只能由服務器端自動定時將新數據發(fā)送至瀏覽器，而不能采用點擊更新的方法；此外，傳統(tǒng)的網頁傳輸過程，是將某網頁內容完全由服務器傳送至客戶端瀏覽器，但是傳感器的網絡監(jiān)控頁面每次更新的僅僅是部分測量新數據，而監(jiān)控背景畫面和各臺機器的參數信息都是固定的。如果采用傳統(tǒng)的同步更新方法會有大量重復內容被傳輸，降低了系統(tǒng)的響應速度。本系統(tǒng)選用了AJAX技術克服了這些問題。

    AJAX技術使用了一種異步更新方案，在這種數據傳輸方案中允許瀏覽器可以更新網頁中的部分信息。而每次只需更新傳感器測量信息，減輕了網絡通信負擔，實現了快速刷新。AJAX的工作原理相當于在用戶和服務器之間加了一個中間層，使用戶操作與服務器響應異步化。這樣把以前的一些服務器負擔的工作轉嫁到客戶端，利于客戶端閑置的處理能力來處理，減輕服務器和帶寬的負擔，從而達到節(jié)約帶寬的目的。

    本系統(tǒng)在實施溫濕度監(jiān)控的頁面上用傳統(tǒng)的HTMLl靜態(tài)頁面繪制出監(jiān)控背景，各個溫濕度監(jiān)控節(jié)點的參數等靜態(tài)內容，后臺則用JavaSc-ript來創(chuàng)建XMLHttpRequest類向服務器定期發(fā)送一個HTTP請求，要求傳輸當前溫濕度的測量結果。服務器收到該請求后通過一個網絡服務(Web Service)獲得各個傳感器的測量信息，并將結果返回至請求的頁面，網絡傳輸的僅僅是需要更新的測量數據，因此響應速度很快，不需用戶參與。

3．3 VML實現溫濕度數據顯示

    當瀏覽器接收到服務器端回傳的測量數據后必須以清晰、友好的界面顯示。為了減輕服務器負擔，應該避免在服務器端繪制圖表(傳統(tǒng)的ASP．NET圖表實現方法)而應在瀏覽器端實現。實現的方案也較多，比如ActiveX、Java applet、SVG、VML等。ActiveX和Java applet是在網頁上插入二進制形式的組件實現動態(tài)、交互式的多媒體網頁，但是二進制形式的代碼對瀏覽器端是一個安全威脅，因此一般的ActiveX或Java applet需要經過數字簽名才能被用戶接受；此外微軟操作系統(tǒng)的版本改變也會影響對ActiveX和Java applet的支持。而SVG和VML則是通過特定的腳本語言實現在瀏覽器端的作圖，其代碼對客戶端是開放的，因此不存在安全問題。SVG需要瀏覽器安裝相應的插件才能工作，而VML得到目前主流瀏覽器IE的支持不需要任何安裝，因此本系統(tǒng)選取VML的實現方案。VML(Vector Markup Language)是一種用矢量描述圖形的語言，其圖形可以任意放大縮小而不損失質量，在VML里面，標記使用的是XML擴展。結合Javascript腳本語言，VML可以動態(tài)顯示圖形。VML避免了由第三方提供數字簽名，也不需要安裝IE新插件，實現結果如圖3和圖4所示。圖3是將各節(jié)點上傳的溫濕度測量值繪成的曲線圖，客戶可以一目了然地了解每個節(jié)點在一段時間內的溫濕度變化情況。圖4是動態(tài)更新的同時顯示多節(jié)點的實時溫濕度測量值。

4 結束語

    本文主要介紹了一種新型的基于網絡的溫濕度監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的研制，其創(chuàng)新的技術特點體現在：通過采用高性能的溫濕度測量器件達到了更高的測量精度；采用模糊控制技術進行濕度調控，減少了系統(tǒng)的狀態(tài)切換，控制效果好；Flash文件存儲方案，完成了測量數據的保存、擦除。此外，網絡監(jiān)控方案采用了AJAX技術，實現了傳感器測量數據的異步傳輸，提高了系統(tǒng)的響應速度；并采用了VML實現了測量數據的動態(tài)顯示。這種方案也可以推廣應用于其他傳感器的網絡監(jiān)控系統(tǒng)。