楊 琳

（商洛學(xué)院 物理與電子信息工程系，陜西商洛 726000）

在生產(chǎn)生活諸多環(huán)境中，溫度成為衡量環(huán)境質(zhì)量的一項重要的指標(biāo)。在林區(qū)，溫度過高容易引發(fā)火災(zāi)；在糧倉，溫度過高會導(dǎo)致食物變質(zhì)；在廠房，溫度過高可能會損壞設(shè)備等。這些問題都會對社會造成巨大的經(jīng)濟損失并威脅到人身安全。因此對溫度具有重要的現(xiàn)實意義。而對場區(qū)的溫度進行實時的監(jiān)測，在溫度超過一定的限度后，做好相關(guān)的措施，便可減少上述問題的發(fā)生。最初，通過人工巡查來測量場區(qū)溫度，這種方式效率低，造成人力資源的浪費。盧超[1]所設(shè)計的分布式溫度采集系統(tǒng)改進了這個問題。在這個系統(tǒng)中，在設(shè)備上放置傳感器，通過總線網(wǎng)絡(luò)的方式，將設(shè)備的溫度信息傳遞到服務(wù)器監(jiān)控站，工作人員在監(jiān)控站可以直接看到場區(qū)設(shè)備的溫度，這在很大程度上提高了效率，節(jié)省了人力。但該系統(tǒng)存在功耗高、布線難、不易操作等不足。龐建瑩[2]所設(shè)計的基于紅外傳感器的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中，節(jié)點之間通過紅外線的方式傳輸，實現(xiàn)了無線傳輸，克服了布線的問題，但紅外線只能實現(xiàn)點對點的通信，兩個通信點之間不能有阻礙物，否則會影響通信。鑒于此，本文采用zigbee[3]來實現(xiàn)節(jié)點間的通信，這種方式能耗低、成本低，能實現(xiàn)無線傳輸；并利用Dephi7[4]軟件制作溫度監(jiān)測軟件。該軟件的警報系統(tǒng)提高了工作效率；歷史記錄功能實現(xiàn)了查詢某個節(jié)點在某一段時間內(nèi)的溫度變化狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅克服了紅外只能點對點通信的弊端，還實現(xiàn)了足不出戶地監(jiān)測場區(qū)溫度，保證場區(qū)處于合理的溫度狀態(tài)，從而有效地預(yù)防森林火災(zāi)、設(shè)備過熱引發(fā)的勞損、糧倉過熱引發(fā)的食物變質(zhì)等問題的發(fā)生。

1 溫度測量系統(tǒng)的組成

無線溫度測量系統(tǒng)由監(jiān)測平臺、協(xié)調(diào)器節(jié)點、傳感器節(jié)點組成了星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點由數(shù)字溫度傳感器DS18B20與無線發(fā)送模塊CC2430組成，分布在被測位置，如冷庫、糧庫、林區(qū)、機房等應(yīng)用場所，用于采集被測點的溫度信息，并將信息傳輸給協(xié)調(diào)器節(jié)點。傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間以zigbee方式傳輸信息，該方式具有低能耗、低成本等特點。

協(xié)調(diào)器節(jié)點由無線接收模塊CC2430與串口通信模塊RS232組成，放置在傳感器節(jié)點與監(jiān)測平臺之間，用于接收傳感器節(jié)點的溫度信息，并將其傳輸給監(jiān)測平臺PC機的監(jiān)測軟件。

監(jiān)測平臺中的監(jiān)測軟件通過串口通信接收來自于協(xié)調(diào)器節(jié)點的溫度信息，并實現(xiàn)溫度的存儲、顯示、查詢以及報警功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 需求分析

作為無線溫度測量系統(tǒng)中的一部分，監(jiān)測軟件的作用是使監(jiān)測者在監(jiān)控中心方便地看到被測位置的溫度。需通過串口將被測點的溫度、連接狀態(tài)等信息傳輸給監(jiān)測軟件，監(jiān)測軟件將收集到的信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后以曲線、列表等形式呈現(xiàn)在軟件界面當(dāng)中?；谝陨系姆治觯疚乃龅谋O(jiān)測軟件需要有如下功能：溫度信息接收、存儲；溫度的曲線、列表顯示、歷史記錄查詢；報警、串口配置等。

監(jiān)測軟件有兩類模塊。第一類是非功能模塊，實現(xiàn)串口配置和密碼登錄；第二類是功能模塊，實現(xiàn)節(jié)點的溫度等信息的顯示、歷史記錄查詢、報警等功能，如圖2所示。

圖2 監(jiān)測軟件模塊劃分圖

1）串口配置，為了保障串口正常工作，實現(xiàn)串口參數(shù)的配置，從而有效地接收信息。

2）密碼登錄，保證系統(tǒng)的安全性。

3）連接狀態(tài)顯示，以指示燈的形式顯示各個被測點的連接狀態(tài)。

4）溫度信息顯示，包括列表顯示、曲線顯示以及歷史記錄查詢。

5）報警功能，當(dāng)某一節(jié)點連接狀態(tài)不正常，或者溫度超出限定的溫度范圍，需系統(tǒng)發(fā)出警報。警報的方式有三種，分別是警鳴音效、彈出對話框提示簡要信息、警報報告說明詳細信息。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本監(jiān)測軟件使用Access數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫有溫度表（T-temperature）、溫度限度表（T-limit）、用戶表（T-user）、警報表（T-warning）四個表。溫度表存儲溫度值，溫度限度表存放溫度的范圍，警報表存放警報信息，用戶表存儲用戶名和密碼。

在該軟件中對數(shù)據(jù)庫的訪問是通過ADOConnection控件實現(xiàn)。具體操作過程如下：

1）在界面中添加ADOConnection控件。

2）將其 ConnectionString屬性修改為Use Connection string…/BUILD/Microsoft Jet 4.0 OLE DB Provider[6]。

3）打開數(shù)據(jù)庫所在目錄，點擊其文件名稱，測試連接。

4）將控件的 Connection屬性設(shè)置為ADOConnection控件的名稱，即可完成該控件對數(shù)據(jù)庫的調(diào)用[7]。

4 軟件設(shè)計

4.1 登錄窗體

登錄功能[8]可提高系統(tǒng)的安全性。工作人員必須填寫正確登錄名和密碼才能夠進入監(jiān)測軟件的主窗口，繼而使用軟件完成監(jiān)測。登錄窗體中需要用到TEdit、TButton、TADOConnection、TADOTable四種控件，其作用分別是輸入框、按鈕、數(shù)據(jù)庫連接。

4.2 主窗體

主窗體，即登錄成功之后即進入到的主界面，該界面如圖3所示。主窗體是監(jiān)測軟件中最重要的窗體，用于獲取、顯示被測點的信息。

主窗體所用的主要控件及其功能如下，TTimer用于獲取時間，TPagecontrol是選項卡面板，TDBGrid是實時數(shù)據(jù)顯示表格，TDataSource用于裝載實時數(shù)據(jù)源，TShape是連接狀態(tài)顯示燈，TDBChart是實時曲線圖表，TDBGrid是歷史查詢表格，TComboBoxEx是節(jié)點選擇下拉框，TDateTimePicker存放起始時間，TDateTimePicker存放結(jié)束時間，Tbutton是查詢按鈕，TComm是串口工具，TMediaPlayer播放警報音。

圖3 主窗體界面

4.3 串口通信

串口配置用于設(shè)定串口的數(shù)據(jù)位、串口名、波特率、校驗位等參數(shù)。這些參數(shù)的配置是通過SPComm第三方控件實現(xiàn)的，SPComm控件的屬性、方法和事件，使編程更加有效和方便[9]。配置串口參數(shù)的操作非常簡單，只要在相對應(yīng)的下拉列表中選擇合適參數(shù)值即可。

在串口配置窗口中，串口的串口名、數(shù)據(jù)位、校驗位、波特率、停止位是通過設(shè)置SPComm控件的 CommName、ByteSize、Parity、BaudRate、StopBits屬性來完成的。該界面中的下拉列表通過ComboBoxEx控件來實現(xiàn)的。SPComm控件的StartComm方法可以實現(xiàn)打開窗口，StopComm方法可以實現(xiàn)關(guān)閉串口[10]。在SPComm控件的OnReceiveData事件中添加處理過程，先將接收到的溫度信息存放在預(yù)先定義的數(shù)組變量里，然后按照如下過程進行數(shù)據(jù)處理。將下位機發(fā)送過來的相鄰的兩個8位數(shù)據(jù)合并成為一個16位的數(shù)據(jù)，前一個字節(jié)是高8位，后一個字節(jié)是低8位。然后再將16位數(shù)據(jù)除以4，得到的就是十進制的溫度信息數(shù)據(jù) 。

串口接收來自于協(xié)調(diào)器節(jié)點的信息的程序如下：

var

receivemessage:array of byte;

begin

sleep（100）;//延時 100ms，從而保證接收到所有數(shù)據(jù)。

move（buffef,receivemessage,bufferlength）;//將接收緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到數(shù)組

end;

4.4 連接狀態(tài)窗口

連接狀態(tài)窗口用于顯示被測點的連接狀態(tài)，通過TShape控件的顏色屬性來實現(xiàn)。TShape控件的顏色屬性隨著表征連接狀態(tài)的數(shù)據(jù)改變而改變。其中用綠色表示“正常連接”，用灰色表示“未連接”，而用黃色表示“正在連接”。

4.5 溫度信息顯示

1）實時顯示，被測點的溫度數(shù)據(jù)以動態(tài)的形式在此選項卡中顯示出來。該功能通過Query_real查詢到的數(shù)據(jù)庫中的溫度信息，然后通過DBgrid_real控件以列表形式將這些信息顯示出來。

2）曲線顯示，指定節(jié)點的溫度信息在該界面中以曲線的形式顯示出來。該功能通過TQuery控件查詢到指定節(jié)點的溫度信息，再通過TDBChart控件將信息以曲線圖的形式顯示出來。

3）歷史記錄查詢，這一功能用于實現(xiàn)查詢指定節(jié)點在限定的時間范圍的溫度信息。該功能通過TQuery類控件查詢指定節(jié)點的溫度信息，通過DBGrid_history控件以列表方式顯示。

4.6 警示系統(tǒng)

當(dāng)節(jié)點溫度超出指定的范圍或者連接狀態(tài)不正常，警示系統(tǒng)啟動，對工作人員發(fā)出警示信號。該警示過程分為三個步驟。第一，播放警鳴提示音，該功能通過TMediaPlayer控件來播放警報音效的音頻文件來實現(xiàn)；第二，彈出對話框，顯示出簡單的警報信息，該功能通過Application.MessageBox語句來實現(xiàn)；第三，產(chǎn)生警報報告，說明出現(xiàn)異常節(jié)點的詳細信息，也可以查詢歷史警報記錄，該功能通過AssignFile語句來實現(xiàn)。

5 系統(tǒng)測試

為了驗證調(diào)試本軟件的基本功能，進行測試。首先做好準(zhǔn)備工作，包括將傳感器節(jié)點放置在被測點，將協(xié)調(diào)器節(jié)點放置在PC機旁，并連接好串口連線，以及配置好無線傳輸模塊的參數(shù)。然后登錄到軟件中，在設(shè)置溫度上下限、配置串口后點擊開始監(jiān)測，此時可以在窗口中看到每個節(jié)點的溫度、連接狀態(tài)等信息。當(dāng)某個點的溫度超標(biāo)，系統(tǒng)會發(fā)出警報。系統(tǒng)運行效果如圖4所示。通過測試，本軟件運行穩(wěn)定，達到監(jiān)測溫度的目標(biāo)。

6 結(jié)語

本文主要從系統(tǒng)組成、需求分析、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、界面制作等方面介紹了無線溫度測量系統(tǒng)中的溫度監(jiān)測軟件的設(shè)計，該軟件實現(xiàn)了遠程監(jiān)測被測點的溫度信息。這不僅提高了系統(tǒng)的自動化水平，還降低了系統(tǒng)運行的成本，有廣泛的應(yīng)用前景。

圖4 系統(tǒng)運行效果圖

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