CN105137770B - 一种基于Web的水产养殖远程监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于web的水产养殖远程监控系统及其控制方法，包括底层监控模块、设备服务器、数据库服务器、网络服务器、远程用户模块；所述底层监控模块包括太阳能供电控制模块和若干参数实时监控模块，底层监控模块与设备服务器相连，设备服务器与数据库服务器相连，数据库服务器和网络服务器相连，网络服务器与远程用户模块相连，上位机采用远程用户端与服务器直接连接的方式来控制执行机构，实时性强，数据传输效率高。数据库服务器开启远程连接功能，使得整个系统移植性好，易扩展。系统投资少、建设和营运成本低、组建灵活易升级、人际界面友好易操作，能够很好的适应水产养殖的需要。

Description

一种基于Web的水产养殖远程监控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及水质检测和网络通信领域，是一种基于Web的水产养殖远程监控装置和实现方法。

背景技术

我国是水产养殖业大国，但是对水环境监测系统的应用和开展这方面的研究起步较晚，技术和装备水平低。随着现场总线技术的发展和主流成熟的网络技术、软件技术，控制网逐渐发展起来。远程监控技术应用于水产养殖中，将会极大地促进水产养殖业的健康发展。它不但可以避免传统的离线检测(主要是手工化学测定)中存在的耗时费力、数据不全等弊端，还可以随时了解各数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，使水产养殖管理达到一个“新境界”。

远程监控技术是集现代通信技术、计算机技术、故障诊断技术为一体的一门新的交叉技术，是借助网络对系统进行故障监控诊断的技术。监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史，大致经过了如下几个发展阶段：单机远程监控，基于Internet的远程监控，基于PSTN网络的远程监控，基于无线通信网络的远程监控，基于B/S结构的利用Web技术的远程监控系统。基于B/S结构的利用Web技术的远程监控是以网络作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，具有更简单、高效的优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。利用网络通信技术Socket技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，其优点是：充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。

经对现有技术文献资料的检索发现，中国专利公开号为：CN 101800766 A，名称为：基于Web的工业污水处理远程监控系统，该系统将现场设备与监控中心相连，构建了污水处理监控系统，但该系统存在的不足之处在于，数据库同时处理监控端和Web请求，负载重。采用数据处理模块轮询数据库方式得到控制指令，效率低下，实时性差。

发明内容

本发明的目的在于针对当前水产养殖监控有线通信的不足，实时性不高，数据不能共享的缺点，提供了一种基于Web的水产养殖远程监控系统，可使用户在终端计算机的浏览器上通过无线网络远程实现鱼池水质参数的无线传输和控制指令的无线传输，避免了有线网络带来的线路铺设成本高、布线复杂，维护困难等不利因素。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于Web的水产养殖远程监控系统，包括底层监控模块、设备服务器、数据库服务器、网络服务器、远程用户模块；

所述底层监控模块包括太阳能供电控制模块和若干参数实时监控模块，参数实时监控模块包括传感器模块、信号调理电路、CC2530模块、GPRS模块；太阳能供电控制模块给底层监控模块供电，传感器模块连接信号调理电路，信号调理电路连接CC2530模块的一个端口，CC2530模块的另一个端口同增氧机/排水泵/抽水泵相连，CC2530模块输出端同汇聚节点之间的无线通信连接采用Zigbee通信协议，汇聚节点同GPRS模块通过RS232串口连接，GPRS模块与设备服务器之间的通讯基于TCP/IP协议，GPRS模块与设备服务器相连用来传输现场参数信息、设备服务器发出的控制指令和启停执行装置后GPRS作出的应答信息；

设备服务器与数据库服务器相连用于传输现场参数信息、告警信息和用户操作信息，存储于数据库中；数据库服务器和网络服务器相连用于传输现场参数信息及用户注册、登录信息；网络服务器与远程用户模块相连用于传输参数信息到浏览器上以表格和曲线形式显示；运行于远程用户模块的ActiveX采用Socket接口与设备服务器连接传输控制指令和警告信息。

本发明的方法的技术方案为：

一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，包括步骤：

步骤1，传感器模块分别采集PH、温度、水位、溶解氧的水质参数信息；

步骤2，传感器模块将水质参数信息处理后经过CC2530模块发送到GPRS模块；

步骤3，GPRS模块与设备服务器以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将水质参数信息发送到设备服务器；

步骤4，设备服务器上的本地监控软件解析数据包后将温度、溶解氧、水位、PH分类存放到数据库服务器内的数据库中，并给定下位机控制节点的控制参数及期望值，实现对现场的远程自动控制；

步骤5，网络服务器为水产养殖远程监控网站，从数据库服务器内的数据库中提取水质参数信息，并根据实际情况设置网页动态异步刷新间隔为400s，最终通过Internet信息服务管理器发布网站，以.aspx网页形式在浏览器上显示；

步骤6，用户通过浏览器首次进入网站时，ActiveX请求安装运行。网络服务器根据数据库中的用户信息确认用户类型，普通用户可以查看网页，在自动控制系统出现异常时，系统用户可以选择手动控制现场，ActiveX控件与设备服务器以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，控制指令由浏览器端直接发送到设备服务器上；

步骤7，设备服务器上的本地监控软件判定控制指令有效后发送给GPRS模块，并存储操作记录到数据库；

步骤8，GPRS模块将控制指令发送到汇聚节点，由汇聚节点发送给相应控制节点，以控制增氧机、水泵的启停。

进一步，所述设备服务器具有最高控制权，可以设置是否允许所述远程用户对现场执行机构实施控制。

进一步，所述设备服务器每50s接收一次GPRS模块发送的数据包，每8组数据取平均值存入数据库，参数在数据库中以时间为标识符排列。

进一步，所述网络服务器采用AJAX技术每400s异步刷新一次页面，推送数据库的水质参数信息在终端计算机的浏览器上以表格和曲线形式显示。

进一步，所述远程用户模块控制部分是采用MFC框架编写的ActiveX控件，嵌入到网络服务器中，能够运行于任意Windows系统的终端计算机上，与设备服务器直接通信。

进一步，所述设备服务器上的本地监控软件将参数信息存储于SQL2008数据库中，使得所述网络服务器能够通过动态刷新页面的方式在浏览器端呈现参数信息。

根据上述技术方案得到的本发明具有如下优点：

1)所述网络服务器3采用AJAX技术每400s异步刷新一次页面，即使用户长时间开着页面，不用手动刷新，也能实时查看水质参数的最新动态，实时性高。

2)数据库服务器开启远程连接功能，使得整个系统移植性好，易扩展。

3)ActiveX控件嵌入到网络服务器中，远程用户首次进入网站时，页面提示用户下载控件，控件注册运行后能够永久使用，以后再打开页面时不需要再下载，直接运行。远程用户模块4采用ActiveX与设备服务器直接相连发送控制指令，传输效率高，实时性高。

4)系统采用B/S模式简化了客户端的设计，方便了服务器端的开发、维护和升级工作。

5)本发明的系统克服传统的有线串口与上位机通讯，实现水质参数和控制指令的远程实时传输。无线传感网络采用普遍的2.4GHz全球公开免费频段，可减少外界其它设备干扰。系统投资少、建设和营运成本低、组建灵活易升级、人际界面友好易操作，能够很好的适应水产养殖的需要。

6)该系统采用CC2530与GPRS的无线通信，功耗低，连接方便，利于底层监控模块的实时监控。上位机采用远程用户端与服务器直接连接的方式来控制执行机构，实时性强，数据传输效率高。

附图说明

图1是系统总体架构图；

图2是系统设计原理框图；

图3是设备服务器通讯流程图；

图4是网络服务器总体架构图；

图5是远程用户ActiveX模块通讯流程图；

图6是设备服务器与下位机的通讯界面；

图7是设备服务器与远程用户模块的通讯界面；

图8是网络服务器“1号鱼池”主界面；

图9是远程用户模块的控制模块界面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

从图1可以看出基于Web的水产养殖无线远程系统主要包含底层监控模块1、设备服务器2、数据库服务器、网络服务器3、远程用户模块4，具体设计原理框图如图2所示。图2中，底层监控模块1由太阳能供电控制模块和若干参数实时监控模块组成，参数实时监控模块中设有传感器模块、调理电路板、CC2530模块、GPRS模块，传感器模块中包括PH、温度、水位、溶解氧传感器模块，传感器模块连接信号调理电路，信号调理电路连接CC2530模块的一个端口，CC2530模块的另一个端口同增氧机/排水泵/抽水泵相连，用于控制增氧机、排水泵、抽水泵的开启和关闭。设备服务器2装有本地监控软件，将参数信息存储于SQL2008数据库中，使得所述网络服务器3能够通过动态刷新页面的方式在浏览器端呈现参数信息。远程用户模块4运行于任意终端计算机的浏览器上。

底层监控模块1采用太阳能供电，传感器节点采集的信号经过信号调理电路处理后发送给CC2530模块，CC2530模块同汇聚节点之间的无线通信采用Zigbee通信协议，汇聚节点同GPRS通过RS232串口连接。GPRS与设备服务器2之间的通讯基于TCP/IP协议。GPRS与设备服务器2相连用来传输现场参数信息、设备服务器2发出的控制指令和启停执行装置后GPRS作出的应答信息。设备服务器2可以设置PH、温度、水位和溶解氧等参数的告警值，超出范围后，告警图标会变亮。设备服务器2与数据库服务器相连传输现场参数信息、告警信息和用户操作信息，存储于数据库中。数据库服务器和网络服务器3相连传输现场参数信息及用户注册、登录信息。网络服务器3与远程用户模块4相连传输参数信息到浏览器上以表格和曲线形式显示，远程用户首次进入网站时，页面提示用户下载网络服务器3的ActiveX控件，控件注册运行后能够永久使用，以后再打开页面时不需要再下载，直接运行。运行于远程用户模块4的ActiveX采用Socket接口与设备服务器2连接传输控制指令和告警信息。

上述设备服务器2，处于中心服务器层，担当数据传输过程的媒介作用，还有三方面的功能，其一是向GPRS模块发出轮询指令，接收返回的水质参数信息，解析后存储于数据库。其二是给定下位机控制节点的控制参数及期望值。其三是接受经过网络服务器3验证的远程用户的连接请求，执行远程用户的操作代理请求并将操作记录存储到数据库中。

图3是设备服务器2的通讯流程图，开发环境为Visual studio 2010，采用Socket通信方式，获取本机IP地址和用户输入的端口号后启动侦听线程，接收到连接请求并连接后交给接收套接字，侦听套接字继续侦听连接请求。接收套接字判断连接方是GPRS模块还是浏览器用户以做不同处理。如果接收到的是GPRS模块发送的数据，则解析数据包，显示和存储参数信息，判断是否有告警信息。所述设备服务器2每50s接收一次GPRS模块发送的数据包，由于数据惯性大，选择每接收8组数据取其平均值存入数据库，参数在数据库中以时间为标识符排列。如果接收到的是浏览器用户，首先对控制指令进行判别，确认合法操作后将控制指令发送给GPRS模块，收到GPRS的应答信息后，将应答信息发送给浏览器用户，并将用户信息和操作信息存储数据库。设备服务器2与下位机的通讯界面如图6所示，与浏览器用户的通讯界面如图7所示。上述设备服务器2具有最高控制权，可以设置是否允许所述远程用户对现场执行机构实施控制。

图4体现的是网络服务器3的总体架构，主要包括登录界面、主功能界面，其开发环境为Visual studio 2010，动态网页交互方式采用asp.net技术；网页编写采用脚本语言结合Aiax技术异步刷新页面，每400s异步刷新一次页面，推送数据库的水质参数信息在终端计算机的浏览器上以表格和曲线形式显示。嵌入ActiveX控件以连接设备服务器实时控制现场执行机构，即增氧机、补水泵、抽水泵的启停。后台采用基于C#的ADO.net连接数据库，读取参数信息。最后由Internet信息服务管理器绑定本机IP地址将网站发布到Web。用户可以在浏览器的地址栏输入网站的IP地址来登录和浏览网页。网络服务器根据数据库服务器存储的用户信息对用户进行身份验证。如果用户没有通过验证，则显示身份验证失败，用户注册后重新登录。如果用户通过身份验证，则读取用户类型。如果是普通用户，则具有监测、查询功能；如果是系统用户，则除了具有普通用户的功能外还具有控制、管理功能。为了避免用户误操作而导致对现场的设备造成破坏，接收控制指令的设备服务器还对控制指令进行判别，对非法操作和超出现场设备能力的操作进行屏蔽，以保证控制现场的正常作业。

图5是ActiveX的通讯流程图，开发环境为MFC ActiveX，采用Socket通信方式，根据浏览器用户输入的IP地址和端口号来连接设备服务器。成功连接后，可以要求设备服务器传输各参数告警值，为用户提供更好的决策支持。用户可以根据告警信息、告警值和实际情况发送开启增氧机或补水泵或抽水泵指令，以及分别的开启时间，灯泡点亮代表已启动电机，灯泡熄灭代表已停止电机。

用户操作次序如下：

首先，用户的计算机是联网的，浏览器内核的版本是基于IE6.0以上的。用户打开浏览器，在地址栏输入网络服务器的IP地址，进入到登录界面。用户登录验证完成后，进入到网站主界面，然后点击“1号鱼池”，进入到1号鱼池主界面，如图8所示，该界面实时显示鱼池最新的水质参数信息。点击进入到“温度值”、“溶氧值”、“水位值”、“PH值”页面后，界面以表格和曲线的形式显示每项参数的最近动态，使用户更直观查看数据的变化。用户运行ActiveX控件后，在主界面上出现控制界面，如图9所示，普通用户可以查看测试灯的亮灭和数据变化来了解鱼池环境；系统用户可以通过点击事件开启增氧机等执行机构，系统用户可以选择设置开启时间，时间到了后系统自动发送关闭指令，也可以选择手动关闭。所有用户都可以在消息框中看到GPRS的应答指令。

本发明系统的监控方法如下：

1)传感器将水质参数信息处理后发送到GPRS模块。

2)GPRS模块与设备服务器2以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将水质参数信息发送到设备服务器2。

3)设备服务器2上的本地监控软件解析数据包包后将温度、溶氧、水位、PH分类存放到数据库中，并给定下位机控制节点的控制参数及期望值，实现对现场的远程自动控制。

4)网络服务器3即水产养殖远程监控网站，从数据库中提取水质参数信息，并根据实际情况设置网页动态异步刷新间隔为400s，最终通过Internet信息服务管理器将网站发布到web上，以.aspx网页形式在浏览器上显示。

5)用户通过浏览器进入到网站后，网络服务器3根据数据库中的用户信息确认用户类型。普通用户可以查看网页。在自动控制系统出现异常时，系统用户可以选择手动控制现场，ActiveX控件与设备服务器2以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，控制指令由浏览器端直接发送到设备服务器2。

6)设备服务器2上的本地监控软件判定控制指令有效后发送给GPRS模块，并存储操作记录到数据库。

7)GPRS模块将控制指令发送到汇聚节点，由汇聚节点发送给相应控制节点，以控制增氧机、水泵的启停。

综上，本发明的一种基于Web的水产养殖远程监控系统，底层监控模块1、设备服务器2、数据库服务器、网络服务器3、远程用户模块4。所述底层监控模块1由太阳能供电控制模块和若干参数实时监控模块组成，参数实时监控模块由传感器模块、调理电路板、CC2530模块、GPRS模块组成。所述设备服务器2装有本地监控软件。所述远程用户模块4运行于任意终端计算机的浏览器上。所述底层监控模块1将传感器模块采集的水质参数信号经过信号调理电路处理后送给所述CC2530模块，再经过所述GPRS模块发送至所述设备服务器2，所述本地监控软件将参数信息存储于所述SQL2008数据库，使得所述网络服务器2可以通过动态刷新页面的方式在浏览器端呈现参数信息。所述远程用户模块4控制部分采用Socket接口发送控制指令给设备服务器2，由设备服务器2通过GPRS模块发送至底层控制模块。

以上对本发明所提供的一种基于PLC的应用步进电机和触摸屏的高频钎焊机及其控制方法，并对此进行了详细介绍，本文应用了具体个例对本发明的原理和实施方式进行了阐述，所要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征是，包括底层监控模块(1)、设备服务器(2)、数据库服务器、网络服务器(3)、远程用户模块(4)；

所述底层监控模块(1)包括太阳能供电控制模块和若干参数实时监控模块，参数实时监控模块包括传感器模块、信号调理电路、CC2530模块、GPRS模块；太阳能供电控制模块给底层监控模块(1)供电，传感器模块连接信号调理电路，信号调理电路连接CC2530模块的一个端口，CC2530模块的另一个端口同增氧机/排水泵/抽水泵相连，CC2530模块输出端同汇聚节点之间的无线通信连接采用Zigbee通信协议，汇聚节点同GPRS模块通过RS232串口连接，GPRS模块与设备服务器(2)之间的通讯基于TCP/IP协议，GPRS模块与设备服务器(2)相连用来传输现场参数信息、设备服务器(2)发出的控制指令和启停执行装置后GPRS作出的应答信息；

所述设备服务器(2)与数据库服务器相连用于传输现场参数信息、告警信息和用户操作信息，存储于数据库中；数据库服务器和网络服务器(3)相连用于传输现场参数信息及用户注册、登录信息；网络服务器(3)与远程用户模块(4)相连用于传输参数信息到浏览器上以表格和曲线形式显示；运行于远程用户模块(4)的ActiveX采用Socket接口与设备服务器(2)连接传输控制指令和警告信息；

该控制方法包括步骤：

步骤1，传感器模块分别采集PH、温度、水位、溶解氧的水质参数信息；

步骤2，传感器模块将水质参数信息处理后经过CC2530模块发送到GPRS模块；

步骤3，GPRS模块与设备服务器(2)以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将水质参数信息发送到设备服务器(2)；

步骤4，设备服务器(2)上的本地监控软件解析数据包后将温度、溶解氧、水位、PH分类存放到数据库中，并给定下位机控制节点的控制参数及期望值，实现对现场的远程自动控制；

步骤5，网络服务器(3)为水产养殖远程监控网站，从数据库中提取水质参数信息，并根据实际情况设置网页动态异步刷新间隔为400s，最终通过Internet信息服务管理发布网站，以.aspx网页形式在浏览器上显示；

步骤6，用户通过浏览器首次进入网站时，ActiveX请求安装运行，网络服务器(3)根据数据库中的用户信息确认用户类型，普通用户可以查看网页，在自动控制系统出现异常时，系统用户可以选择手动控制现场，ActiveX控件与设备服务器(2)以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，控制指令由浏览器端直接发送到设备服务器(2)上；

步骤7，设备服务器(2)上的本地监控软件判定控制指令有效后发送给GPRS模块，并存储操作记录到数据库；

步骤8，GPRS模块将控制指令发送到汇聚节点，由汇聚节点发送给相应控制节点，以控制增氧机、水泵的启停。

2.根据权利要求1所述的一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征在于，所述设备服务器(2)具有最高控制权，能够设置是否允许所述远程用户对现场执行机构实施控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征在于，所述设备服务器(2)每50s接收一次GPRS模块发送的数据包，每8组数据取平均值存入数据库，参数在数据库中以时间为标识符排列。

4.根据权利要求1所述的一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征在于，所述网络服务器(3)采用AJAX技术每400s异步刷新一次页面，推送数据库的水质参数信息在终端计算机的浏览器上以表格和曲线形式显示。

5.根据权利要求1所述的一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征在于，所述远程用户模块(4)控制部分是采用MFC框架编写的ActiveX控件，嵌入到网络服务器中，能够运行于任意Windows系统的终端计算机上，与设备服务器直接通信。

6.根据权利要求1所述的一种基于Web的水产养殖远程监控系统控制方法，其特征在于，所述设备服务器(2)上的本地监控软件将参数信息存储于SQL2008数据库中，使得所述网络服务器(3)能够通过动态刷新页面的方式在浏览器端呈现参数信息。