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西华大学硕士学位论文 嵌入式混凝土搅拌站远程信息管理系统设计 机械制造及其制动化专业 研究生唐建平指导老师费凌 摘要 随着我国经济建设的高速发展，以及国家对基础设施建设的投资力度加 大，快速拉动了商品混凝土的发展，因此自动化的混凝土搅拌站因其可以保证 混凝土质量，提高混凝土生产效率而越来越受到人们的重视。 一个混凝土专业公司下属各搅拌站各自为政的管理方法越来越不适应现 代化施工的速度和质量要求，因此需要具有网络化管理的商品混凝土搅拌站 本文给出了混凝土搅拌站远程信息管理系统网络搭建分为上层和底层的 两层整体结构方案。通过对通信协议以及网络体系结构的分析和讨论最后采用 c s 和b s 混合的网络体系结构模式实现了底层数据的传输和上层用户通过 w e b 实时查看。 本文对交换机和服务器进行了分析和选择，用s q l 2 0 0 0 建立数据库用于 保存搅拌站的各类信息，同时利用v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 设计了数据传输软 件，利用a s p n e t 技术实现动态网页和数据库之间的链接，实现了对数据的 管理。设计了底层的局域网搭建方案，然后对嵌入式混凝土搅拌站控制系统进 行了硬件和软件设计，硬件部分选择了$ 3 c 2 4 1 0 芯片，对其外围电路进行了设 计。软件部分介绍了开发嵌入式l i n u x 操作系统的流程。 最后对嵌入式混凝土搅拌站远程信息管理系统进行测试，并对系统整体做 了简要的总结。 关键词：搅拌站，数据库，b s ，c s ，a s p n e t 西华大学硕士学位论文 d e s i g n t h ee m b e d d e dc o n c r e t e m i x i n g s t a t i o n d i s t a n c ti n f o r m a t i o g e m e n ty s t e l o n g - d i s t a n c e r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：t a n gj i a n p i n gs u p e r v i s o r ：f e il i n g a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u re c o n o m yc o n s t r u c t i o n ，a n dt h ei n c r e a s i n g i n v e s t m e n to nt h eb a s i cf a c i l i t i e si no u rc o u n t r y , l e a dt ot h ef a s td e v e l o p m e n to f c o m m e r c i a lc o n c r e t e ，e q u i p m e n t - a u t o m a t i o nc o n t r o lc o n c r e t em i x i n gs t a t i o nc a n g u a r a n t e et h eq u a n t i t yo f t h ec o n c r e t ea n dr a i s et h ec o n c r e t ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , t h i sa d v a n t a g e sh a sd r a w nm o r ea n dm o r ea r e n t i o n w i t ht h e i ro w nm a n a g e m e n tw a y so fs u b o r d i n a t ee a c hc o n c r e t em i x i n gs t a t i o n i nas p e c i a l i z e dc o n c r e t e sc o m p a n yw h a tm o r ea n dm o r ed o e sn o ta d a p tt h e m o d e r n i z e dc o n s t r u c t i o ns p e e da n dt h eq u a l i t yr e q u i r e m e n t ，s ot h ec o m m e r c i a l c o n c r e t em i x i n gs t a t i o nn e e dn e t w o r km a n a g e m e n tp a u e m t h i sa r t i c l eg i v e st h eo v e r a l lc o n s t r u c t i o np l a no fn e t w o r kb u i l dw i t hc o n c r e t e m i x i n gs t a t i o nl o n g - d i s t a n c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h i ss y s t e md i v i d e d i n t ou p p e ra n dl o w e r t h r o u g ht oc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la sw e l la sn e t w o r k a r c h i t e c t u r ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o n ，w ec h o o s ec sa n dt h eb sm i xn e t w o r k a r c h i t e c t u r ep a a e mh a sr e a l i z e dt h ef i r s tf l o o rd a t at r a n s m i s s i o na n dt h eu p p e ru s e r s h a v er e a l t i m ee x a m i n a t i o ni n f o r m a t i o nt h r o u g ht h ew e b t h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do nt h ea n a l y s i sa n dt h ec h o i c er e g a r d i n gt h ew i t c h b o a r d a n dt h es e r v e r e s t a b l i s h e st h ed a t a b a s ew i t hs q l 2 0 0 0t op r e s e r v a t i o ni n f o r m a t i o n f r o mc o n c r e t em i x i n gs t a t i o n ，m e a n w h i l eih a sd e s i g n e dt h ed a t at r a n s m i s s i o n s o f t w a r eb yv i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3a n dr e a l i z e dl i n kt h ed y n a m i ch o m e p a g et ot h e 西华大学硕士学位论文 d a t a b a s eb yt h ea s e n e t t e c h n o l o g y , w h i c hh a s a c h i e v e dt ot h ed a t am a n a g e m e n t i h a sd e s i g n e dp l a no ft h ef i r s tf l o o rl o c a la r e an e t w o r k ，t h e nh a sc a r r i e do nt h e h a r d w a r ea n dt h es o f t w a r ed e s i g nt ot h ee m b e d d e dc o n c r e t em i x i n gs t a t i o nc o n t r o l s y s t e m , t h eh a r d w a r ep a r tc h o o s e st h e $ 3 c 2 4 10c h i p ，h a sd e s i g n e di t sp e r i p h e r a l c i r c u i t t h es o f t w a r ep a r ti n t r o d u c e dh o wt od e v e l o pt h ee m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n g s y s t e m sf l o w f i n a l l y ih a st e s t e d t h ee m b e d d e dc o n c r e t e sm i x i n gs t a t i o n l o n g d i s t a n c e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dh a sm a d et h eb r i e fs u m m a r yt ot h es y s t e m k e y w o r d s ：c o n c r e t em i x i n gs t a t i o n ，d a t a b a s e ，b s ，c s ，a s p n e t i i i 西华大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此声明。 作者签名 导师签名 6 8 否月虹日 6 月日 西华大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究课题的引出 网络技术的发展引发了工业控制领域的深刻技术变革。人们希望可以在任 何时间、任何地点、使用任何平台随时察看设备的实时状态，并实现在远程对 这台设备的管理、控制、诊断、测试和配置等操作。因此在工业中引入i n t r a n e t 、 局域网、i n t e m e t 、w e b 技术是一种大势所趋。这也是解决企业中经营管理、办 公自动化、监控调度、实时控制各层次中软件各自为政、风格不一等问题的一 种可行的解决办法。 经济、科技以及社会的发展，特别是最近几年土地开发的加剧，对于工程 原料的混凝土的要求不断的扩大，商品混凝土社会化生产方式也逐渐形成，一 个混凝土专业公司下属各搅拌站各自为政的管理方法越来越不适应现代化施 工的速度和质量要求，需要实现具有网络化的商品混凝土搅拌站的管理模式。 例如：某市商品混凝土专业公司年产商品混凝土高达8 0 万立方米以上，但是浇 灌地点和各搅拌站的地理位置分布比较分散，不便于混凝土专业公司的统一调 度和管理。尽管通过各种途径使专业公司上下对本部门生产控制自动化有了极 大的提高，但是综合调度能力并没有明显提高。考虑到混凝土浇灌时间的长短、 运输车辆的多少、运输路线的远近、混凝土质量要求的特殊性等，迫切需要混 凝土专业公司所属搅拌站协同工作，甚至与兄弟单位的搅拌站联手工作。这样 才能及时保证质量并低成本地供应商品混凝土。 本课题就是在企业委托对现有混凝土搅拌站因迫切需要实现网络化监控 及管理改造的背景下展开的。实现网络化生产和管理也是工业控制领域未来的 发展趋势。 1 2 混凝土搅拌站概述 1 2 1 混凝土搅拌站工作原理 混凝土搅拌站是将水泥、骨料、水、外加剂、掺合料等物料按照混凝土配 西华大学硕士学位论文 比要求进行计量，然后经搅拌机搅拌合格混凝土的成套设备；搅拌站主要包括 物料运送、物料贮存、计量、搅拌控制系统等部分，其中物料包括骨料、水泥、 掺合料、水、外加剂等【0 1 1 。 混凝土搅拌站工作原理如图1 1 所示，骨料( 碎石、砂) 通过装载机装到配 料站的储料仓中，通过控制系统计量给出，送至上料皮带机接料斗，再由上料 皮带机把骨料输送至搅拌机上部的待料斗；同时，经控制系统的控制，水泥由 水泥仓经螺旋输送机输送至水泥称量斗，水和添加剂由供液系统输送至水称量 斗和添加剂称量斗内。物料全部称量好后，按一定的顺序打开待料斗气动门、 水泥称量斗气动蝶阀、粉煤灰称量斗气动蝶阀、水称量斗气动蝶阀、添加剂称 量斗气动球阀，同时，开启待料斗振机、水泥称量斗振机、粉煤灰称量斗振机、 进水管加压泵，使各物料进入搅拌机中，由搅拌机搅拌均匀。搅拌好后经搅拌 机出料门通过出料斗卸入搅拌运输车完成一个搅拌周期。 掰蒯 f i g 1 1p r i n c i p l eo fc o n c r e t em i x i n gs t a t i o n 图1 1 混凝土搅拌站工作原理图 2 两华大学硕士学位论文 1 2 2 混凝土搅拌站的历史和发展趋势 1 混凝土搅拌站的历史 混凝土搅拌站是随着水泥的诞生而产生和发展的，最初搅拌设备仅以单机 的形式出现，随着技术的发展及对混凝土要求的提高，出现了各种不同型式带 有计量装置的搅拌设备，从而产生了混凝土搅拌站。德国于1 9 0 3 年建立了世界 上第一个混凝土搅拌站，随后，美国于1 9 1 3 年，法国于1 9 3 3 年，日本于1 9 4 9 年 建立了搅拌站。国外的6 0 年代至i j 7 0 年代是商品混凝土发展速度最高的阶段，也 是混凝土搅拌设备发展最快的时期。目前，德国、美国、意大利、日本等国家 生产搅拌设备在技术水平和可靠性方面处于领先地位。国外对于商品混凝土生 产一般采用搅拌站形式，只有大型工程采用搅拌楼形式。我国自5 0 年代开始研 制混凝土搅拌楼，主要用于水利工程。7 0 年代中期开始生产小型混凝土搅拌 站用于工业与民用建筑工程，8 0 年代后我国的混凝土搅拌站( 楼) 技术发展很 快。图1 2 为搅拌站外观图( 此图为四川眉山市的金鑫搅拌站) f i g 1 2o u t w a r da p p e a r a n c eo fc o n c r e t em i x i n gs t a t i o n 图1 2 搅拌站外观图 3 西华大学硕士学位论文 2 混凝土搅拌站的发展趋势 0 2 】 随着基础设施的大规模建设，对混凝土搅拌站的需求越来越大，要求越来 越高。未来的混凝土搅拌站将是追求更高的质量控制、更佳的设备配置和更好 的经济效益。搅拌站的发展趋势主要有下列几个特点： 1 ) 搅拌主机大容量化 搅拌主机是搅拌站的核心部件，它决定了搅拌混凝土的质量和搅拌站的生 产效率。目前，国外强制式搅拌主机容量已经达到了6 m 3 ，国内生产的强制式搅 拌主机容量为4 m 3 ，主机的混凝土搅拌站的生产率两者相差1 2 0 m v h 。因此搅拌 主机大容量化仍是今后混凝土搅拌站发展的一个主要方向。 2 ) 模块化设计 采用标准化、模块化设计可以根据用户具体要求把一系列模块灵活地组装 在一起，从而获得不同的结构，实现各种配置。模块化组装的混凝土搅拌站具 7 有广泛的适用性，其生产率从每小时几十立方米到几百立方米，混凝土配料的 种类可从几种到十几种，上料方式可以采用胶带输送机或提升料斗。采用标准 化模块式设计有利于生产厂家的销售和生产，同时用户也可在最短的时间内、 最经济地获得所需要的混凝土搅拌站。 3 ) 控制网络化、智能化 通过企业上层的管理人员实时地对混凝土生产过程进行监控，实现控制的 网络化，优化生产、科学的调度从而提高了生产的效率。混凝土搅拌站的控制 系统采用专用电脑进行控制与监测，实现从配料计量、搅拌，到出料生产全过 程的智能化。混凝土生产管理系统能自动对生产流程中的故障进行诊断，并通 过安装在各部位的传感器监控电机、齿轮箱和润滑系统等部分的技术状况，出 现错误或故障及时报警，对生产情况实时监控。操作人员在控制室内可以了解 搅拌站的工作情况和整个生产过程，并对各种数据进行处理，同时可以存储、 打印各种配比和工作参数。 4 ) 提高计量精度 随着工程建设中混凝土的大规模使用，对混凝土的品质要求越来越高，对 配料的种类需求越来越多，对计量精度要求也越来越高。高精度的称量系统和 4 两华大学侦十学位论文 专用电脑的使用使得人们的要求得以实现，同时也推动了搅拌站计量方式的发 展。骨料称量分为粗称和精称，每个储料斗设有大、小两个气动门，既提高了 生产率、又保证了计量精度；用砂石含水率测定仪检测出砂、石含水率，并通 过电脑对砂、石和水的配比进行修正，确保混凝土的标号。随着各种类型外加 剂的应用，对外加剂计量配置、计量精度提出了更高要求。外加剂配置多条液 态计量装置己势在必行。有些外加剂不溶解于水，即使在计量时对液体进行搅 动，严格地讲其浓度仍是不均匀的，采用干粉外加剂计量装置是精确计量这类 外加剂行之有效的方法。图1 3 为测量混凝土样品参数的仪器。 曩 l一f 三 # 辫m 自鳓鳓鳓鳓黪黪碧甥嬲 f i g 1 3c o n c r e t e sm e t e r i n ge q u i p m e n t 图1 3 混凝士测量仪器 5 ) 高新技术的应用 目前人们非常注重科技方面的投入，采用了许多新技术、新材料，使混凝 土搅拌站的性能以及产品档次都得到提高。以意大利西i 、 ( s i m e m ) 公司6 m 3 的 搅拌主机为例，它选用欧洲先进的t r a s m i t a l 减速机，体积小，传动效率高达 5 西华大学硕士学位论文 8 8 - - 9 4 ，即使满载也可稳定启动。众多厂家采用高强度尼龙替代耐磨合 金铸铁制造衬板，这种材料耐磨、耐冲击、不易断裂，其使用寿命为5 0 万 1 0 0 万m 3 ，对降低搅拌噪声也有很好的效果。液压技术被引用到搅拌站之中， 采用液压缸驱动卸料门装置比常用的气动方式可靠耐用，卸料门开度可调节， 满足了搅拌主机内的混凝土卸入输送车中的需求。 6 ) 节能环保 随着人们节能、环保意识的增强，发展绿色节能环保型搅拌站是今后发展 的方向。混凝土搅拌站对环境造成的污染比较严重，主要的污染源是粉尘、噪 声、废料和污水。粉尘主要产生在储料、配料和投料个阶段，对粉尘的治理主 要采用封闭，收尘方式，对上料皮带输送机、搅拌主机进行封闭并集中收尘。 噪声污染主要来自搅拌过程中搅拌叶片与衬板间隙过大会产生刺耳的噪声，目 前解决的方法是要经常性地调整叶片与衬板的间隙和采用尼龙衬板。废料和污 水主要产生于搅拌主机和搅拌输送车的清洗，废料可以通过清洗分离机将砂石 分离后回收再利用，污水经过沉淀池沉淀后回收再利用。但是还是有很多的问 题需要好好的治理和提高，因此希望有更多更环保的技术应用到其中。 1 3 本课题研究的内容和组织安排 虽然现有的混凝土搅拌站控制系统基本能满足当今的需求，但是在可靠 性与网络化数据共享这两方面存在着不足。根据对搅拌站现场的调研，现有的 搅拌站存在以下不足之处： ( 1 ) 工控机在长期使用过程当中容易出现故障，如板卡接触不良，板卡 与其插槽配合出现松动，硬盘由于长期工作出现机械故障或盘面损伤，与p l c 或智能仪表通讯出现故障，以及操作系统的不稳定性等等。 ( 2 ) 未实现与上层管理系统数据共享，随着企业信息化进程的推进，要 求控制系统联入工业以太网是对控制系统的必然要求。 ( 3 ) 未实现远程的网络化监控和管理，这样影响的企业的生产进度和总 体的协作安排，特别是对于专业的混凝土生产公司。 6 两华大学硕士学位论文 基于以上原因，一种新的搅拌站控制系统和网络化信息管理必然是搅拌站 发展的趋势。该课题研究的意义就在于增加混凝土搅拌站控制的可靠性、实现 网络化管理和降低企业成本、提高生产效率。 本文着重搭建混凝土搅拌站的远程信息管理系统，对其进行了具体的设计 和介绍。论文内容如下： 第一章，绪论，本文选题的背景和依据，同时对混凝土搅拌站的工作原理 和背景知识进行了简单的概述。 第二章，了解网络协议t c p i p 等网络相关技术，对a s e n e t 动态网页开 发技术、数据库技术进行了简单的介绍。网络体系结构c s 和b s 进行详细的 分析比较，得出了采用c s 和b s 混合的模式来搭建系统的网络体系结构。 第三章，整个嵌入式混凝土搅拌站监控系统的需求分析并对总体方案设 计，提出了分两层的总体构架，并对开发工具进行了介绍。 第四章，对交换机和服务器进行了分析和选择，对信息管理系统进行了设 计和搭建。 第五章，对于底层的嵌入式混凝土搅拌站系统的总体方案进行了设计，采 用$ 3 c 2 4 1 0 作为核心控制芯片，然后对系统的硬件和软件进行设计，硬件对电 路进行了设计和安排，软件方面采用l i n u x 作为操作系统，同时对数据采集 部分的程序进行了设计。 第六章，对整个系统的实现进行了说明并测试系统。 第七章，简要叙述了设计中的结论。 1 4 本章小结 本章首先引出研究的课题即嵌入式混凝土搅拌站的远程监控系统的搭建， 然后对混凝土搅拌站进行简单的概述，介绍了混凝土搅拌站的工作原理、历史 和现状。最后对于本课题研究的内容和组织安排进行了详细的阐述。 7 两华大学硕士学位论文 第二章远程信息管理相关的网络技术 2 1 通信协议 2 1 1 通信协议的选择 在实时控制系统中，客户端和服务器需要大量且频繁地交换数据，这些数 据是实时测量值和控制参数。对于数据通信方式的选择，主要从安全性和实时 性的角度考虑。一种方法是服务器端程序把试验数据写入到本地硬盘上，客户 端去读取这些数据。但是这种速度慢，需占用磁盘空间，无法满足控制的实时 性要求。而且可靠性和稳定性不高。还有一种方法是采用p c 与p c 之间直接 通信的方式，即利用某种通信协议来实现客户端与服务器端的计算机直接在内 存中交换数据信息的方法，而过期的数据可以从内存中直接释放掉，提高了实 时性。当前，i i l t e m e t 把分布于全球不同国家、不同地区的众多计算机相互连 接起来。不同的开发商开发了不同的通信方式，为了使这些互连的计算机能够 进行相互通信，必须开发严格的标准，使用相同的“语言”，即使用相同的协议。 通过制定协议，定义主机之间的每个数据包中的每一位，网络中不同的计算机 只要遵守这个协议，按照这种“语言”就能自由的进行信息交换。目前，在i n t e m e t 中使用的协议是t c p i p ，它是目前最完整、最被普遍接受的通信协议标准，而 且它支持w i n d o w ss o c k e t s 的接口。在本系统种的网络通信协议我们就选用 t c p i p 作为系统的通信协议【0 3 】删。 2 1 2t c p i p 协议 1 ) t c p i p 的起源和发展【0 5 】 t c p i p 协议( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 最初为美国 a r p a n e t 设计的，目的是使不同厂家生产的计算机能在同一网络环境下运行。 u n i x 等操作系统把t c p i p 作为核心组成部分。t c p 是传输控制协议，他规 定一种可靠的数据信息传递服务。i p 协议又称互联网协议，是支持网间互换的 8 西华大学硕+ 学位论文 数据报协议，提供网间连接的完善功能，例如i p 数据报规定了互联网络范围 内的地址格式。t c p i p 协议与低层的数据链路层和物理层关，这也是t c p i p 的重要特点。随着多媒体、分布式应用的出现以及网络速度的不断提高，t c p i p 协议本身也在不断的完善和发展。例如i p 从i p v 4 发展到i p v 6 ，再到q o s 的i p 等。协议的实现也用多种硬件平台和软件环境，t c p i p 适用于从微机到巨型机 的各种机型，在d o s 、u n i x 、l i n u x 、w i n d o w s 等操作系统中都有起实现的版 本。 2 ) t c p i p 的网络体系结构 t c p i p 与o s i 开放互联的七层模型不同，它仅被划分为四个层次：网络 接口层、网络层、传输层和应用层。下图2 1 中表示了各层之间的关系。 f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo f t c p i p 图2 1t c p i p 体系结构 t c p i p 将与物理网络相关部分统称为网络接口层，它相当于o s i 模型中 的物理层和数据链路层。网络接口层之间交换的信息单位是数据帧。t c p i p 9 西华大学硕士学位论文 中的网络层与o s i 中的网络层相对应，它的主要功能是实现网络中的两台计算 机间的通信。它接收来自传输层的请求，并将其封装在一个i p 数据报中，填 充好i p 报文头后，选择合适的路由算法，确定将该i p 报文发送给下一个网关 还是直接发送出去。同时，网络层在接收来自下层的报文时需要校验该报文i p 的有效性，并根据路由算法确定该数据报是由本地处理还是转发出去。另外， 网络层还需要发送和处理网际控制信息协议( i c m p ) 报文。t c p i p 的传输层对 应于o s i 传输层，它实现端到端通信，主要包括t c p 和u d p 两个协议。传输 层需要对传输协议分组报文实施一定的控制策略，以保证数据传输的可靠性。 t c p i p 的应用层对应于o s i 的应用层，它包含了o s i 会话层和表示层中不部 分功能，即t c p i p 将o s i 传输层以上统称为应用层。t c p i p 应层用定义了电 子邮件、域名服务、文件传输、远程登录等多种应用。应用层中的各种应用通 常以应用进程的方式实现。用户调用应用程序，应用程序与传层输协议配合， 用以实现用户数据的收发。可以看出t c p f l p 的体系结构比o s i 开放系统互联 模型层次少，功能简单，主要集中于网络层和传输层，因此从实现效率上看， 协议实现的开销小。 2 2 基本体系结构 体系结构就是用于定义一个系统的结构及系统成员间相互关系的一套规 则。系统的实现过程实际上是一套应用程序的开发过程，应用程序都包含有演 示代码、数据处理代码和数据存储代码等几部分，应用程序的体系结构因程序 代码的包装方式的不同而不同。信息技术的高速发展推动了应用程序体系结构 不断更新，从单机时代的主机终端模式、文件服务器时代的共享数据模式、客 户机服务器时代的c s 模式、电子商务时代的b s 网络模式，到目前先进的三 层甚至多层模式，应用程序的体系结构已经发生了巨大的变化。 2 2 1c s 模式 8 0 年代末，人们提出了c l i e n t s e r v e r 结构，这种结构比较适于局域网运行 1 0 西华大学硕士学位论文 环境，得到了广泛的应用。c l i e n t s e r v e r 使得处理和被处理的数据合理分布， 网络上传送的一般是请求( 如s q l 语句) 和结果( 如记录) ，而不是整个文件，因 此，网络开销和响应时间都大大降低，从而减少对网络带宽和成本的需求。这 种结构将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户机完成与用户的交互任务 【0 7 1 。c l i e n t s e r v e r 具有强大的数据操纵和事务处理能力，以及数据的安全性和 完整性约束。在c l i e n t s e r v e r 系统中，将应用程序分为两大部分：一部分是由多 个用户共享的信息与功能，此部分称为服务器部分；另一部分是为每个用户所专 用，称为客户部分。客户部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理 和报告请求等。而服务器部分执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数 据库的操作、接受并应答客户机的请求等。这种体系结构将一个应用系统分为 两大部分，由多台计算机分别执行，使它们有机的结合在一起，协同完成整个 系统的应用，从而达到系统中软、硬件资源最大限度的利用。c l i e n t s e r v e r 应 用系统基本运行关系体现为：“请求响应”的应答模式。每当用户需要访问服务 器时就由客户机发出“请求”，服务器接受“请求”并“响应”，然后执行相应的服 务，将执行结果送回给客户机，由它进一步处理后再提交给用户。c l i e n t s e r v e r 结构被设计成两层模式，显示逻辑和事务处理逻辑部分均被放在客户端，数据 处理逻辑和数据库放在服务器端。 c l i e n t s e r v e r 最典型的应用是数据库技术。在一个c l i e n t s e r v e r 数据库系 统中，应用被分成两个部分，数据库应用程序运行在前端，负责用户界面和i o 处理：数据库管理系统( d b m s ，d a t a b a s e m a n a g e m e n t s y s t e m ) 部分运行在s e r v e r 后端。目前c l i e n t 端常见的开发工具有p o w e r b u i l d e r 、d e l p h i 、v i s u a lb a s i c 、 v i s u a lc 抖等等，s e r v e r 一般可用o r a c l e 、s q l s e r v e r 、s y b a s e 等大型数据库系 统。 2 2 2b s 模式 本质上，b r o w s e r s e r v e r 也是一种c l i e n t s e r v e r 结构，是一种由传统的二层 c l i e n t s e r v e r 结构发展而来的三层c l i e n t s e r v e r 结构在w e b 上应用的特例，即： 浏览器m e b 服务器数据库服务器( b r o w s e r w e b s e r v e r ) 的三级c l i e n t s e r v e r 结 两华大学硕士学位论文 构【0 6 】。三层的b r o w s e r s e r v e r 体系结构是把二层c l i e n t s e r v e r 结构的事务处理 逻辑模块从客户机的任务中分离出来，由单独组成的一层来负担其任务，这样 客户机的压力大大减轻了，把负荷均衡地分配给了w e b 服务器，于是原来的 两层的c l i e n t s e r v e r 结构转变成三层的b r o w s e r s e r v e r 结构。 由于客户机把事务处理逻辑部分分给了功能服务器，使客户机一下子“苗 条”了许多，不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务，只负责显示部分， 从而使之变成一个简单的图形交互工具。在b r o w s e r s e r v e r 的系统中，用户可 以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。b r o w s e r s e r v e r 结构极 大地简化了客户机的工作，客户机上只需安装、配置少量的客户端软件，服务 器将负担更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。 2 2 3b s 和c s 的比较 因特网分布式应用程序的主要通信模型有两种：i pc s 和b s 模型。我们 首先对这两种模型进行分析。c s 模型主要由客户应用程序、服务器管理程序、 中间件三部分组成。客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件；服务器 程序负责有效管理系统的资源；中间件负责联结客户程序与服务器管理程序，协 同完成一个作业。系统的主要负担一般由客户端来完成，在不同的客户端需安 装不同的客户程序。b s 模型是一种以w e b 技术为基础的新型网络模式。它 有三层，第一层是用户和系统的接口程序，一般为通用的浏览器软件，如微软 的i e 。在这一层，用户不仅可以浏览信息，而且还可以通过表单实现和服务 器的交互功能。第二层w e b 服务器将启动相应的进程响应浏览器的请求，和 数据库服务器进行交互处理。然后将请求的结果返回给浏览器。第三层的任务 类似于c s 模式，负责协调不同的w e b 服务器发出的请求。 l 、c s 模式的优点： 1 ) c s 方式有很强的实时处理能力，与w e b 方式相比，c l i e n t s e r v e r 结构 更适合于对数据库的实时处理和大批量的数据更新。 2 ) c s 方式的面向对象技术十分完普并且有众多与之配套的开发工具， 这些开发工具己经做得非常优秀，这一点对目前w e b 技术来说绝对是个挑战。 1 2 西华大学硕士学位论文 3 ) 由于c s 方式必须安装客户端软件，系统相对封闭，这反而使它的保 密性能优于w e b 方式。 2 、b s 模式的优点： 1 ) 由于w e b 支持底层的t c p i p 协议，使w e b 网与目前使用的几乎所 有局域网都可以连接，解决了异构系统间的连接问题。 2 ) 由于“瘦客户端”，使系统开放性得到很大改善，系统对访问的用户数 的限制有所放松。 3 ) 界面统一( 全部为浏览器方式) ，操作相对简单。 2 2 4c s 与b s 的结合 从上面的比较我们可以看到，c s 与b s 模式各自的特点决定了它们的最 佳适用范围：c s 模式适于处理复杂的数据采集、数据处理等实时性较强的任 务，且系统安全性高。而对于传输一些简单的状态数据等实时性要求不是很严 苛的功能，采用b s 模式就能满足要求，从而避免造成资源的浪费和软件的重 复开发。因此，在一些应用系统中可以结合两种模式的优点，得到更好的控制 效果，这种实现方式称为b s 、c s 结合的模式。在这种模式中，c s 和b s 结构有多种组合方式，文献【0 8 j 提出了两种组合方式，分别是“内外有别”方式和 “查改有别”方式。在“内外有别”方式中，内部用户通过局域网直接访问现场监 控节点，软件系统采用c s 体系结构；外部用户通过i n t e r a c t 访问w e b 服务器， 再由w e b 服务器访问现场监控节点或数据库服务器，软件系统采用b s 体系 结构。“查改有别”方式中，不管用户是通过什么方式( 局域网或i n t e r a c t ) 连接 到系统，凡是需执行大量数据的采集和传输、或者对实时性要求高( 如报警监 控) 的操作，使用c s 体系结构；如果只是执行一般的查询状态和浏览操作， 则使用b s 体系结构。这种模式同时具备了上述两种模式的优点，用c s 模式 保证了控制数据传输的高效率；同时又用b s 模式简化了系统的维护，保证了 系统具有良好的可扩展性。 那么对于我们这个混凝土搅拌站系统我们采取的模式就是这种c s 和b s 混合的模式，我们在下层，即搅拌站工作站和服务器之间采用的是c s 结构， 1 3 西华大学硕士学位论文 方便数据的采集和处理，而在上层，即远程客户管理端，我们采用的是b s 结 构那么我们就可以通过i e 直接查看到数据库中的实时数据，并对搅拌站发出 指令达到远程实时管理的效果。至于中间层我们就是建立服务器，里面安装数 据库系统进行数据的存储。 2 3a s p n e t 动态网页开发技术 2 3 1a s e n e t 技术简述 数据访问是现实世界中应用程序的核心内容。a s p n e t 提供了一套丰富的 控件，它与c l r ( 通用语言运行库) 提供的用来管理数据访问的a p i s ( 应用程序 接口) 紧密结合【1 引。相对于它的前身a c t i v es e r v e r p a g e s ( a s p ) 而言，a s p n e t 提供了更强的性能、更方便的工具支持、更好的平台支持和灵活性。与以往的 w e b 编程框架相比，a s p n e t 的一大革命性进步是可以将应用程序与表示代 码清楚地分开，这样一来w e b 应用程序的开发人员可以使用和w i n d o w s 桌面 程序开发类似的编程模型，从而大大降低了开发难度【0 9 】。 2 3 2a s p n e t 技术的优势 a s p n e t 是微软提供的新一代的w e b 开发平台，同其他w e b 开发平台相 比，a s p n e t 具有三大优势。 1 ) 支持编译型语言 目前流行的几种脚本语言比如v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t 和a s p 等都具有两个 主要缺点。第一，不支持强数据类型。在j a v a s c r i p t 中定义变量只有一个关键 字v a r ，使用v a r 关键字定义的变量。在v b s c r i p t 和a s p 中，定义变量只通过 个关键字d i m ，该变量也没有具体类型。第二，脚本语言是解释型。通常情 况下，解释型的脚本语言在性能上抵不上编译型的语言。自推出n e t 开发平 台以来，微软在w e b 服务器端开发语言方面，主推v b n e t 和c 捍n e t 这两 种编译型语言。程序员像开发普通的w i n d o w s 程序一样来开发w e b 程序，只 1 4 西华大学硕士学位论文 不过在w i n d o w s 程序中用于开发g u i 界面的各种控件，在w e b 程序开发中也 有它们相应的w e b 版本。由于a s p n e t 页面在执行前会被编译，所以a s p n e t 的性能得到了很大的提高。 2 ) 程序代码与页面内容分离 通常的动态网页开发，大多是在一个网页上混合多种脚本语言。比如在 h t m l 脚本语言上可以嵌入j a v a s c r i p t 或v b s c r i p t 等客户端脚本语言，也可以 同时嵌入a s p 或j s p 等服务器端脚本语言。这种多语言混合的w e b 开发模式 代码可读性很差，程序代码同页面内容混合在一起，程序员在多种语言的思维 上频繁切换，如果程序很复杂的话，这种开发模式就非常不利于程序的开发， 维护也将成为大问题。 a s p n e tw e b 开发技术为程序员提供了一种非常好的开发模式，即c o d e b e h i n d 技术，它通过w e b 控件将程序代码与页面内容成功分离，从而使 a s p n e t 的程序结构异常清晰，开发和维护的效率也得到了很大的提高。同时 可以利用v i s u a ls t u d i o n e t 集成环境下开发a s p n e t 应用程序，该环境不仅 提供了强大的调试能力，而且还集成了“所见即所得”的h t m l 编辑器，为开发 人员开发w e b 页提供了方便的图形化支持。 3 ) 引入了服务器端控件 在a s p 中，可以给页面手动添加h t m l 控件。一种是在客户端的脚本语 言中响应用户对这些控件的输入，另一种是把该页面提交给服务器。这两种办 法都存在问题，第一种办法产生的问题是不同的浏览器以不同的方式执行客户 端脚本语言，很难编写在多种浏览器上都能良好运行的复杂的w e b 页面。第 二种的问题是，如果我们把w e b 页面重新提交给服务器，那么i n t e m e t 的无状 态特性就会导致页面上存储在变量中的信息丢失。a s p n e t 通过服务器控件 解决了上述问题。服务器端控件会生成发送给浏览器的h t m l 代码，显示控 件。在提交页面时，这些信息就会传送回服务器，控件将自动处理这些信息， 改变h t m l ，显示控件。 1 5 西华大学硕士学位论文 2 4 数据库技术 数据库，顾名思义，是存放数据的仓库。它是指长期存放在计算机内的、 有组织的、可以共享的数据集合。数据库中的数据按照一定的数据模型组织、 描述和储存、具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可以为各种 用户共享【23 | 。随着i n t e m e t 技术的兴起和w e b 技术的蓬勃发展，人们需要通 过w e b 发表意见、查询数据和进行网络购物。这就迫切需要实现w e b 与数 据库的互连。将w e b 与数据库结合起来，不仅把w e b 与数据库的所有优点 集中在一起，而且充分利用了大量已有的数据库信息资源，可以使用户在w e b 浏览器上方便的检索和浏览数据库的内容。所以将w e b 与数据库结合，开发 动态的w e b 数据库应用已成为当今w e b 技术研究的热点【1 0 1 。 w e b 数据库技术采用三层或多层体系结构，前端采用基于瘦客户机的浏 览器技术，通过w e b 服务器及中间件访问数据库。 2 4 1 数据库选择 s q ls e r v e r 数据库系统最初是有s y b a s e 公司开发和实现的，后被m i c r o s o f t 购买版权，如果用户是开发w i n d o w s 应用程序，那么s q ls e r v e r 应是首选的 数据库产品，因为它和w i n d o w s 操作系统结合的非常紧密【14 1 。 s q ls e r v e r 2 0 0 0 是一个后台数据库管理系统，它功能强大，操作简便，容 易上手，兼容性良好。由于w i n d o w s 操作系统占领着主导地的位，选择s q l s e r v e r 在兼容性方面就有一些优势。同时，s q ls e r v e r2 0 0 0 还具有可以迅速开 发新的因特网系统的功能。尤其是它可以直接存贮x m l 数据，可以将搜索结 果以x m l 格式输出等特点，有利于构建了异构系统的互操作性，奠定了面向 互联网的企业应用和服务的基石。这些特点在n e t 战略中发挥着非常重要的 作用【l l 】。 鉴于s q ls e