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

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服務器，實現(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。實際長期運行表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定完整地監(jiān)測現(xiàn)場設備運行狀況，具有系統(tǒng)運行占用資源少、不需要額外的客戶端、用戶界面友好等優(yōu)點。
關鍵詞：嵌入式Web服務器；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)上還需要安裝服務端，這在設計上不僅加大了開發(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WEB應用，客戶端和服務端程序都不需要。其次還可以用具備瀏覽器的終端設備來隨時隨地瀏覽察看和控制后端設備。另外還可以省下其他監(jiān)控硬件設備，有效降低了成本，增強整套系統(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。在此平臺上設計了基于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進程、Php進程、485進程為后端數(shù)據(jù)處理方式。監(jiān)控系統(tǒng)只存設備上運行，在和設備聯(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個部分。核心板使用S3C6410處理器，外擴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，除此之外實現(xiàn)網(wǎng)頁上發(fā)送指令修改太陽能設備參數(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文件到設備上對應目錄。
2．3 WEB服務器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服務器才會支持php功能。
拷貝home／my目錄里面的文件到設備對應目錄，同時拷貝php動態(tài)庫到／usr／lib目錄，至此監(jiān)控系統(tǒng)運行環(huán)境移植完畢。
2．3．4 驗證Appweb服務器
編寫以下代碼并保存為文件test．php，放至設備／www／目錄下

在PC機瀏覽器地址上輸入設備地址：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)庫軟件運行環(huán)境已經(jīng)移植完畢?，F(xiàn)在Web服務器能支持Cgi和Php這兩項功能，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，不能完成較復雜的數(shù)據(jù)處理。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計與實現(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進程模塊。Cgi模塊主要是要負責密碼驗證、修改、以及發(fā)送消息給485掃描進程進行對太陽能設備參數(shù)進行配置。Php模塊主要負責從數(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)軟件設計技術(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基礎庫
整個系統(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是一個非常強大的利用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時曲線的繪制。
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時更新在線太陽能設備的基本參數(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部分，前端主要是html元素的編寫和布局以及相關元素對應事件函數(shù)的編寫，后端是負責處理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進程，并查詢數(shù)據(jù)庫檢查命令是否設置成功，當然也有獨立的查詢數(shù)據(jù)庫來驗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 運行效果
測試滿足實際現(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)控的一種新設計方案，給出了詳細的硬件和軟件組成和設計實現(xiàn)，并且針對電站數(shù)據(jù)的實時顯示和歷史數(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計方法，實際長期運行證明該監(jiān)控軟件運行穩(wěn)定、實際占用資源少、界面易于操作、符合現(xiàn)場要求，具有十分廣泛的應用前景。