（测试计量技术及仪器专业论文）用于分布式温度监测的终端数据管理系统设计.pdf

pllr ll ii j i iiii i ii i ji l u j 东南大学学位论文独创性声明y 1 7 61013 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，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， 也不包含为获得东南大学或其它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了谢意。 研究生签名：左鱼一日期：垃i ! 生生旦f 兰旦 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 繇鼬程渺 摘要 摘要 温度是许多行业的重要环境指标之一，不论是农业、工业，还是人们的日常生活， 都需要把环境温度控制在适当的范围之内。在粮仓、桥梁、冷库等应用场合，温度监测 显得尤为重要。本课题针对分布式温度监测系统，提出了一种用j a v a 语言构建用户界面、 用关系数据库构建系统数据库的终端数据管理系统方案，并对系统中的若干关键技术进 行了探讨，同时以粮仓监测为应用示例进行了相关的研究。本课题工作主要包括以下几 个方面： 根据诸如粮仓、桥梁、冷库等场合分布式温度监测的应用需求，提出了一种应用于 用无线传感器网络实现的分布式温度监测系统的终端数据管理系统总体设计方案； 提出了以粮仓温度监测为典型应用的终端数据管理系统结构与模型，对设计中采用 的软件设计思想进行了描述，同时介绍了系统软件的工作原理； 设计了以粮仓温度监测为典型应用的用户界面，介绍了用j a v a 语言开发用户界面的 过程，并对界面设计的关键技术进行了阐述； 设计了以粮仓温度监测为典型应用的终端数据库，介绍了数据库开发的流程，并用 s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库管理系统构建了终端数据库； 实现了用户界面和数据库的交互，介绍了通过j d b c 连接用户界面和数据库的实现 方法； 在系统硬件平台构建的基础上对终端数据管理系统的用户界面及数据库进行测试， 并对测试结果进行了分析，验证了本课题所设计的终端数据管理系统的有效性。 本课题的研究成果不仅可以用于粮仓，还可以用于桥梁、冷库等其它应用分布式温 度监测系统的场合，并且其设计方法和技术可以用于其它环境监测领域。 关键词：管理系统，分布式温度监测，j a v a ，图形用户界面，关系数据库 a b s l r a c t a b s t r a c t t e m p e r a t u r ei s o n eo ft h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a li n d i c a t o r si nm a n yi n d u s t r i e s w h e t h e ri na g r i c u l t u r e ，i n d u s t r yo r p e o p l e sd a i l yl i v e s ，i t i s n e c e s s a r yt o c o n t r o l e n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r ei na na p p r o p r i a t er a n g e t e m p e r a t u r em o n i t o r i n gi s e s p e c i a l l y i m p o r t a n ti ng r a n a r i e s ，b r i d g e s ，f r e e z e r sa n do t h e ra p p l i c a t i o no c a s s i o n s a c c o r d i n gt ot h e d i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n gs y s t e m ，at e r m i n a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mp r o g r a m w h i c hu s i n gj a v al a n g u a g et ob u i l du s e ri n t e r f a c ea n du s i n gr e l a t i o n a ld a t a b a s et ob u i l d s y s t e md a t a b a s ew a sp r o p o s e d a tt h es a m et i m e ，an u m b e ro fk e yt e c h n o l o g i e si nt h es y s t e m w e r ed i s c u s s e da n dr e s e a r c h e da c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so ft e m p e r a t u r e m o n i t o r i n gi ng r a n a r i e s t h er e s e a r c hf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gp a r t s ： a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so fd i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n gi n g r a n a r i e s ，b r i d g e s ，f r e e z e r sa n do t h e rc i r c u m s t a n c e s ，r e a l i z i n gt h em o n i t o r i n gs y s t e mb y w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ，at e r m i n a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mp r o g r a mw a s p r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so fd i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n gi n g r a n a r i e s ，t h es t r u c t u r ea n dt h em o d e lo ft h et e r m i n a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mw e r ep r o p o s e d , t h ed e s i g np h i l o s o p h yo ft h es o f t w a r ew a sd e s c r i b e d t h ep r i n c i p l eo ft h es o f t w a r ew a sa l s o i n t r o d u c e d a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so fd i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o t i n gi n g r a n a r i e s u s e ri n t e r f a c ew a sd e s i g n e dw i t hj a v al a n g u a g e ，n l ed e v e l o p m e n tp r o c e s sa n d s o m ek e yt e c h n o l o g i e so ft h eu s e ri n t e r f a c ew e r ei n t r o d u c e d a c c o r d i n gt ot h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t so fd i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n gi n g r a n a r i e s ，t e r m i n a ld a t a b a s e w a sd e s i g n e d t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s sa n ds o m ek e y t e c h n o l o g i e so ft h et e r m i n a ld a t a b a s ew e r ei n t r o d u c e d a n dt h ed a t a b a s ew a sc o n s t r u c t e dw i t h s o ls e r v e r2 0 0 0 i n t e r a c t i o nb e t w e e nu s e ri n t e r f a c ea n dt e r m i n a ld a t a b a s ew a si m p l e m e n t e dw i t hj d b c t e c h n i q u e t h ei n t e r a c t i o nm e t h o dw a si n t r o d u c e d c o n s t r u c t e da n dt e s t e dt h et e r m i n a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mo nt h eb a s eo fs y s t e m h a r d w a r ep l a t f o r mc o n s t r u c t i o n ，a n a l y z e dt h et e s tr e s u l t s ，v a l i d a t e dt h ee r i e c t i v e n e s so ft h e t e r m i n a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mp r o p o s e d t h i sr e s e a r c hc a nb eu s e dn o to n l yi ng r a n a r i e sb u ta l s oi no t h e rr e l a t e do c c a s i o n ss u c ha s b r i d g e s ，f r e e z e rw h i c hu s e dd i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n g a n di t st h e o r i e s ，m e t h o d sa n d t e c h n i q u e sc a nb eu s e di no t h e ra r e a so fe n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g k e y w o r d s ：m a n a g e m e n ts y s t e m ，d i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r em o n i t o r i n g ，j a v a , g r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c e ，r e l a t i o n a ld a t a b a s e 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录。i i i 图清单v 表清单v i i 缩略词v i i i 第一章绪论l 1 1 课题研究背景及意义l 1 1 1 分布式温度监测系统1 1 1 2 用于分布式温度监测的终端数据管理系统1 1 1 3 终端数据管理系统在分布式温度监测系统中的地位及研究意义2 1 2 国内外研究现状一2 1 3 本课题研究解决的主要问题3 1 4 本文的组织结构3 第二章用于粮仓分布式温度监测的终端数据管理系统设计方案5 2 1 系统分析一5 2 2 监测系统总体方案一5 2 2 1 系统环境模型5 2 2 2 基于w s n 的分布式温度监测系统5 2 3 终端数据管理系统设计方案7 2 3 1 系统总体设计方案7 2 3 2 管理系统功能模块及要求设计7 2 4 本章小结8 第三章终端数据管理系统设计思想及工作原理9 3 1 系统设计思想9 3 1 1 界面设计。9 3 1 2 数据库设计1 0 3 2 系统工作原理1 0 3 2 1 数据处理流程设计1 0 3 2 2 系统操作流程设计1 0 3 3 本章小结1 1 第四章终端数据管理系统开发平台1 3 4 1 终端数据管理系统开发平台概述1 3 4 2 用户界面开发平台1 3 4 2 1j a v a 语言1 3 4 2 2 开发工具简介l3 4 2 3 环境配置一15 4 2 4j a v a 第三方包及其配置一1 6 4 3 数据库开发平台1 8 4 3 1s q l 语言18 4 3 2s q ls e r v e r 2 0 0 0 简介1 9 4 3 3s q l s e r v e r 2 0 0 0 安装一。l 9 4 4 数据交互接口1 9 i i i 东南大学硕士学位论文 4 4 1j d b c 简介1 9 4 4 2j d b c 安装与配置2 1 4 。5 本章小结2 l 第五章基于j a v a 的用户界面设计2 2 5 1 界面设计原则2 2 5 2 界面功能及分析2 2 5 3 界面设计2 3 5 3 1 数据管理子系统设计2 3 5 - 3 2 结果显示子系统设计2 5 5 3 3 扩展性设计2 6 5 4j a v a 的界面实现2 7 5 4 1j a v a 应用背景2 7 5 4 2j a v a 类的设计2 9 5 4 3 几个关键技术3 6 5 5 软件打包4 2 5 6 本章小结4 2 第六章基于s q ls e r v e r 2 0 0 0 的数据库设计4 3 6 1 数据库需求分析4 3 6 2 数据库设计思想4 3 6 3 粮仓数据库实现4 3 6 4 本章小结。4 6 第七章终端数据管理系统测试及分析4 7 7 1 终端数据管理系统测试平台4 7 7 1 1 分布式温度监测系统平台构建4 7 7 1 2 终端数据管理系统配置4 7 7 2 系统功能测试及分析4 8 7 2 1 数据管理子系统功能测试4 8 7 2 2 结果显示子系统功能测试5 0 7 3 本章小结5 3 结论一5 4 致 射一5 5 参考文献5 6 作者简介5 8 i v 图清单 图清单 图1 1 管理信息系统结构2 图2 1 测温点布置示意图6 图2 2 分布式温度监测系统6 图2 3 系统终端软件结构7 图2 4 终端数据管理系统的结构框图8 图3 1 数据处理模式1 1 图3 2 用户界面操作流程1 2 图4 1e c l i p s e 的开发界面1 4 图4 2j s m o o t h 的主界面l5 图4 3i a v a c o m m 2 0 w i n 3 2 z i p 解压内容17 图4 4j f r e e c h a r t 应用示例1 7 图4 5 日历面板示例1 8 图4 6j d b c 在应用程序中的体系架构2 0 图4 7j d b c 中5 个常用接口的关系2 0 图5 1 三维数组的数据模型2 4 图5 2 二维数组的数据模型2 4 图5 3 用户界面数据显示模块构成2 5 图5 - 4 剖面测温点编号示意图2 6 图5 5 入口模块结构2 7 图5 - 6 事件委托处理模型2 8 图5 7 入口界面效果图3 0 图5 8 新建粮仓界面效果图31 图5 - 9 删除粮仓界面效果图3 l 图5 1 0 主功能界面效果图。3 l 图5 1 1 现场节点分布图效果图3 2 图5 1 2 实时数据表格界面效果图3 2 图5 1 3 历史数据表格界面效果图3 3 图5 1 4 温度实时曲线界面效果图3 3 图5 1 5 湿度实时曲线界面效果图3 4 图5 1 6 融合曲线界面效果图一3 4 图5 1 7 终端从串口接收数据流程3 5 图5 1 8 终端综合数据处理流程3 6 图5 一1 9 日期面板显示格式一4 0 图5 2 0 含有时钟面板日期面板显示格式4 0 图6 1 粮仓数据库数据流图4 3 图6 2 系统数据库e r 图4 5 图6 3 数据库关系表4 6 图7 1 系统测试分布图4 7 图7 2 串口数据接收功能测试结果4 9 图7 3 实时数据曲线与表格功能测试结果4 9 图7 4 数据备份功能测试结果5 0 图7 5 入口界面及两个粮仓主界面截图5 0 图7 - 6 基本功能模块测试结果5 2 v v i 表清单 表清单 表2 1 粮仓测量点编号对应关系。7 表5 一l 用户行为、源对象及事件类型对应关系2 8 表5 - 2 事件类、监听器接口及监听器方法( 处理器) 对应关系2 9 v i i 缩略词 序号 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 l o 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 简称 a 飞 c i 玎 d b m s d t s e r g u i h s s f j d b c j d k j r e m m i s o d b c s q l w s n 缩略词 英文全称 a b s t r a c tw i n d o wt o o k i t c a t h o d er a yt u b e d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m d i s t r i b u t e dt e m p e r a t u r es y s t e m e n t i t y r e l a t i o n g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e h o r r i b l es p r e a d s h e e tf o r m a t j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i o n j a v ad e v e l o p m e n tt o o l k i t j a v ar u n t i m ee n v i r o n m e n t j a v av i r t u a lm a c h i n e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y s t r u c t u r e x tq u e r yl a n g u a g e w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k v i i i 中文全称 抽象窗口工具集 阴极射线管 数据库管理系统 分布式测温系统 实体关系图 图形用户界面 电子表格格式 j a v a 数据库接口 j a v a 开发工具箱 j a v a 运行环境 j a v a 虚拟机 管理信息系统 开放式数据库连接 结构化查询语言 无线传感器网络 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 随着半导体技术、微系统技术、通信技术以及计算机技术的飞速发展，应用于生态 环境、生产、生活的各种监测系统得到了迅速发展。温度作为被监测环境参数之一，是 许多行业的重要环境指标，不论是工业、农业，还是人们的日常生活，都需要把温度控 制在适当的范围之内【l 】。需要对温度进行监测的场合包括：粮仓、煤矿、桥梁大坝、农 业大棚、药品仓库、军械库等。 在粮仓中，粮食温度最能反映粮食的贮存状态，当粮食某部分发霉或者产生虫变时， 由于化学反应的影响，粮食内部的温度将升高【2 】。在煤矿中，矿井温度监测主要用于检 测现行采区和采空区中的煤炭自燃过程的发展情况，检测棚顶空洞和准备巷道支护空间 中的温度，还能检测松散煤堆和煤柱中的空气、水和围岩温度的变化动态【3 j 。在混凝土 桥梁或大坝施工期间，对混凝土水化热进行温度监测可以掌握箱梁温度沿截面的分布及 随时间的变化规律，估计温差应力，规定合理的拆模时间，监测到气温骤降时进行表面 保温以免在混凝土表面发生急剧的温度梯度【4 】。考虑温度监测在这些领域应用的重要性 以及与人们生产生活的密切相关性，研制一个可靠且实用的温度监测系统就显得尤为重 要。 1 1 1 分布式温度监测系统 目前，分布式监测己被广泛应用于温度监测系统中。分布式监测系统是利用计算机 技术对生产过程进行集中监测、操作和管理的一种新型控制技术【5 j 。该系统是由计算机 技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、c r t 技术、图形显示技术及人机 接口技术相互渗透发展而产生的。它的基本思路是分散式监测和集中式管理，通常由大 量的测温节点对被测环境进行实时监测，由一台或多台计算机对现场测温点进行集中监 视和管理。 随着无线传感网络技术的发展及其在环境监测领域的优异表现，基于无线传感器网 络开发的分布式温度监控系统应运而生了。此种系统由分布的大量温度传感器节点、系 统基站和系统监测终端组成。传感器节点负责从监测环境中采集数据，数据打包后经过 某种路由发送至系统基站。基站接收节点发送过来的基本数据对其进行计算和处理，产 生显示数据和控制数据，将其中的显示数据传送至系统监测终端，并将控制数据传送至 相关电力设备以对环境进行控制。监测终端向用户呈现整个系统的监测状况和设备运行 状况【6 l 。系统的优点在于其故障率低，故障影响面小，易于局部独立控制等，因此该系 统在温度监测领域具有很高的实际应用价值，发展前景十分广阔。 1 1 2 用于分布式温度监测的终端数据管理系统 用于分布式温度监测的终端数据管理系统是本课题研究的主要内容，该系统是一种 信息管理系统( m i s ) 。信息管理系统是信息系统在管理领域的具体应用，具有信息系统 的一般属性。从管理信息系统的建立、功能等方面分析，管理信息系统是以电子计算机 为基本信息处理手段，以现代通讯设备为基本传输工具，用系统思想建立起来的，且能 为管理决策提供信息服务的人机系统r 刀。即管理信息系统是一个由人和计算机等组成的， 能进行管理信息的收集、传输、存储、加工、维护和使用的系统。其结构图如图1 1 所 示。 东南大学硕士学位论文 图1 1 管理信息系统结构 本课题将分布式温度监测系统得到的监测信息和用于分布式温度监测的终端数据 库有机地结合起来，对分布式温度监测点、控制设备等进行统一管理和集中控制，并结 合开发工具的跨平台特性，使系统的适应性进一步加强和完善。本课题所设计的终端数 据管理系统是分布式温度监测系统的子系统，其主要的功能和业务是结合被监测环境的 各项信息使被监测环境维持在一个正常的状态。 1 1 3 终端数据管理系统在分布式温度监测系统中的地位及研究意义 分布式温度监测系统实现的所有功能，都直接或间接地与其对应的终端数据管理系 统相关联。例如局部节点数据、融合数据、测量值统计等功能，最终都是体现被测环境 的种种特征和状态。作为该系统的子系统，终端数据管理系统的目的就是以被测环境的 温度数据为中心，将它涉及的各种特征信息归类管理，以方便管理者查询和咨询。对同 一监测环境，若没有统一的呈现系统，不同的信息接收者的解释可能不同，其对决策的 影响也可能不同。由于决策者的背景和目的不同，他们对经过处理的数据的解释就不一 定与实际环境相吻合，因此作出的决策也就不一定正确。因此，必须开发出一个终端数 据管理系统，使其能全面、即时、准确地表达被监测环境的状态，从而让监测人员做出 正确的决策。由此可见，在整个监测系统中，终端数据管理系统不仅是整个监测系统重 要组成部分，更是提高系统监测水平的关键。 本课题提出的终端数据管理系统是针对分布式温度监测系统设计开发的。基于分布 式温度监测在粮仓、煤矿、桥梁大坝、农业大棚、药品仓库、军械库等领域的广泛应用， 本课题所设计的终端数据管理系统具有扩展性好和适应性强等两个主要特点。第一个特 点表现在，若硬件系统提供支持，管理软件可以通过增加入口，扩大对环境的监测规模； 第二个特点表现在，若监测系统的终端操作系统不同，由于软件采用跨平台工具开发， 所以管理系统也可以适用。同时，本课题所采用的设计思想和方法对应用于其它领域的 监测系统均有一定的参考价值，因此本课题的研究有重要的现实意义和巨大的应用价 值。 1 2 国内外研究现状 目前，分布式温度监测系统已广泛应用于粮仓、煤矿、桥梁大坝、农业大棚等领域， 2 第一章绪论 监测系统的设计方法也有很多，已经出现的较先进的监测系统主要有以下两种： l 、分布式光纤测温系统( 又称d t s 系统) 1 8 j 。该系统是由激光光源、传感光纤( 缆) 和检测单元组成，它是一种自动化的监测系统，其测量是利用光在光纤中传输能够产生 后向散射的原理。即在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时 不断产生后向散射光波，这些光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而改变，将散 射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出 来，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间可对这些信息定位。 基于光纤的分布式测温系统主要应用于桥梁大坝建设、电力设备、大型油罐群等实 体型场合。该系统具有的特点有：信息量大、自动化程度高、结构简单、可靠性高、成 本较高等。 2 、基于数字传感器网络的分布式测温系统例。该系统是由数字传感节点、网络处理 单元、系统终端组成。常用的数字温度传感器是d s l 8 8 2 0 ，该传感器是美国d a l l a s 公司的新一代单总线数字温度传感器，其单总线是将地址线、数据线、控制线合成为一 根信号线，实现了在一条信号线上进行双向数据传输，最大限度使通讯线数量减到最少， 使结构更趋于简单化。基于d s l 8 8 2 0 的分布式测温系统是以p c 机为上位主机，以单 片机( 有线) 或基站( 无线) 为网络处理单元，由d s l 8 8 2 0 组成传感器测点网络。测 温点通过有线或无线的方式将收集到的传感数据发往网络处理单元，p c 机则通过某种 通讯口( r s 2 3 2 、r s 4 8 5 等) 与其连在一起，从而构成三位一体的主从分布式控制系统。 基于数字传感器的分布式测温系统一般应用于粮仓、农业大棚、煤矿等空间型场合。 该系统具有的特点有：分布自由、可扩展性好、可靠性较高、成本较低等。 两种系统相比较，前者的相对优点表现在信息量大、结构简单、可靠性高等，但也 存在分散性差、扩展性差、测量参数单一及成本高等不如后者的地方。 分布式测温系统的硬件组成尚有如此多种设计方案，针对分布式测温系统开发的终 端数据管理系统目前也没有统一标准。一般终端数据管理系统都由两部分组成，即前台 的用户界面和后台的系统数据库。开发系统前台的工具有：v b 、d e l p h i 、j d k 、组态王 软件等，开发后台的数据库管理系统有o r a c l e 、s q ls e r v e r 、m y s q l 、a c c e s s 等。开发 工具组合根据具体应用的环境、规模、成本等因素不尽相同。一般来说，前台的用户界 面需要满足简单、安全、可靠和跨平台等特点1 10 | ，后台的系统数据库则需要满足高度的 可伸缩性、可靠性和安全性等特点。本课题正是依据这些特点选择特定的开发工具组合， 开发了一套终端数据管理系统。 1 3 本课题研究解决的主要问题 1 、分析了分布式温度监测系统的具体要求，介绍了一种用无线传感器网络实现的 分布式温度监测系统，并针对此种应用给出了终端数据管理系统总体设计方案。 2 、以粮仓环境温度监测为典型应用，建立了具体的终端数据管理系统，并给出了 系统各功能模块设计方案。 3 、采用具有跨平台特性的j a v a 语言设计了操作简便、性能优良的用户界面。 4 、采用s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库软件构建了存取迅速、管理方便的终端数据库。 5 、采用j d b c 技术实现了用户界面与系统数据库的交互。 6 、在实验室对基于w s n 的分布式温度监测系统进行安装，并对其中的终端数据管 理系统进行测试，系统实现了对被测环境的实时监测，通过对测试结果进行分析，验证 了本系统的有效性。 1 4 本文的组织结构 本文共分七章，内容安排如下： 东南大学硕士学位论文 第一章阐述了本课题的选题背景及意义，分析了分布式温度监测系统及其终端数据 管理系统在国内外的研究现状，并总结了本课题的研究解决的问题和主要工作。 第二章以粮仓为典型应用，给出了隶属于基于无线传感器网络技术的分布式温度监 测系统的终端数据管理系统设计方案，阐述了整个监测系统的工作原理，给出了终端数 据管理系统的设计。 第三章对终端数据管理系统的设计思想和工作原理进行介绍。设计思想将系统结构 分为用户界面和数据库两部分。工作原理主要包括从面向数据和面向用户两个角度分别 给出的数据处理流程和用户操作流程。 第四章具体介绍了系统软件的开发平台，包括用户界面开发语言j a v a 的特点以及数 据库管理系统s q ls e r v e r 2 0 0 0 的特点，并介绍了软件开发环境。最后详细介绍了用户界 面数据库访问技术j d b c 的相关知识。 第五章详细介绍了系统用户界面的开发过程。以粮仓温度监测为应用背景，分析界 面需求并给出了设计方法，最后采用j a v a 语言实现了用户界面。 第六章介绍了监测系统终端数据库设计流程。以粮仓温度监测为应用背景，分析了 数据库的特点并给出了具体的设计，并最后用s q ls e r v e r 2 0 0 0 构建了系统数据库。 第七章介绍了分布式温度监测系统的安装测试，着重对终端数据管理系统的数据管 理子系统及结果显示子系统进行测试，并给出了相应的测试结果及分析。 4 第二章用于粮仓分布式温度监测的终端数据管理系统设计方案 第二章用于粮仓分布式温度监测的终端数据管理系统设计方案 2 1 系统分析 分布式温度监测系统应用于不同的监测环境时，具体的系统设计指标也不尽相同。 因此，当系统应用于粮仓环境监测时则应该考虑粮仓的具体应用需求。粮食在储存过程 中，粮情( 温度、湿度、水份、害虫等) 变化，直接影响到粮食品质的好坏l l 。在“四 项”储粮新技术( 粮情监测、谷物冷却、机械通风、环流熏蒸) 中，粮情监测是基础和 关键，它是各项储粮技术运行状态的观察者和运行结果的真实反映者。而各类环境参数 中，温度最能反映粮食的贮存状态，当粮食某部分发霉或者产生虫变时，由于化学反应 的影响，粮食内部温度将升高，因此对温度的监测很大程度上实现了粮情监测。 由于粮仓的空间范围比较大，故需要测温点数量较多，分布密度较高。因此，监测 系统除了能实现对粮食储备仓库环境参数数据的实时采集、处理、传输、存储以及监测 等基本功能，还应具有网络覆盖范围大、数据传输量小、组网灵活、成本较低等特点i l 2 j 。 应用于粮情监测系统的终端数据管理系统应具有以下几个特点： 1 、实时、准确地反映粮仓温度信息。以表格或其它形式罗列粮仓空间各区位的实 时温度数据，向监测人员提供直观的监测信息。 2 、分析各种形态数据。利用图形、表格、曲线等不同显示模型对数据进行包装， 能全面、有效地反映被测环境。 3 、对监测数据进行存储备份。通过构建系统数据库及表格，及时将系统采集到的 环境数据插入到对应的数据库表格中。 4 、辅助功能支持。针对不同监测人员的不同要求，导出各种文件或对相关结果进 行打印，为粮情管理工作提供必要的辅助功能。 2 2 监测系统总体方案 2 2 1 系统环境模型 本课题以国家粮食储备库的标准规格为系统设计环境模型。粮仓规格为：5 4 米长、 2 4 米宽、6 米高为准。为了全面对粮仓进行监测，整个监测系统在粮仓内部的x 方向布 置1 2 个测温点，y 方向布置6 个测温点，z 方向布置4 个测温点，共计2 8 8 个仓内测 温点。测温点的布置如图2 1 所示。 2 2 2 基于w s n 的分布式温度监测系统 本课题介绍一种基于无线传感器网络的分布式温度监测系统，系统采用基于1 w i r e 总线技术的数据采集单元接口设计方案，使整个无线传感器网络设计简化，从而降低了 网络的成本以及设计和维护难度l l 引。系统结构如图2 2 所示。它包括三层结构：w s n 节点、系统基站和监测终端。其中，粮仓按剖面划分，每个剖面布置一个w s n 节点， 负责采集这一个剖面上测温传感器的数据。该监测系统利用广泛分布的传感节点采集粮 仓中各区域的实时温度，并将采集到的数据进行处理，最后在终端通过各种表现形式将 粮仓环境温度反映出来，以达到监测粮情的目的。 东南大学硕士学位论文 y 方 向 舅沮点 i i iii ii i i i q i- i ( a ) 测温点布置平面 y 方向 ( b ) 测温点布置剖面 图2 1 测温点布置示意图 涮沮点 图2 - 2 分布式温度监测系统 基于w s n 的分布式温度监测系统的工作过程是：节点依次采集对应剖面上各路各 温度传感器的值，所有的节点采集完一组数据后，按照某种路由协议，通过无线的方式 发送到系统基站。基站从各个w s n 节点接收到数据后，对原始数据进行处理、存储， 然后通过串口发送到监测终端。在监测终端，工作人员可以通过人机交互界面访问监测 区域温湿度数据，从而判断被监测区域的环境状况，对于出现的异常情况采取应有的措 施。终端建有系统数据库，实时数据一方面通过监测主界面反映给工作人员，一方面自 动入库，以便以后查询。本课题的主要任务即完成图2 。2 中监测终端的数据管理系统设 计。 系统的节点分布除了如图2 1 的分布安装以外，还需要在粮仓内部布置一个湿度监 测点，在粮仓外部布置一个温度监测点和一个湿度监测点。基站和监测终端布置在管理 6 第二章用于粮仓分布式温度监测的终端数据管理系统设计方案 人员办公室内。监测系统各测量点的编号如表2 1 所示。 表2 1 粮仓测量点编号对应关系 2 3 终端数据管理系统设计方案 2 3 1 系统总体设计方案 针对以上分析，本系统的结构包括如下两个部分：用户界面和数据库系统。用户界 面具体包括数据管理子系统和结果显示子系统。软件结构如图2 3 所示。 剧剧 用户界面 jf 数据库 图2 - 3 系统终端软件结构 用户界面提供人机交互的方式，使用户与管理系统对话。数据管理子系统是整个软 件系统的关键部分，负责管理整个系统数据的操作流程，具体包括：接收基站传送来的 数据，对其进行数据分析并处理，将处理过的数据写入数据库，同时依照用户指定的表 达方式，将处理过的数据传递给结果显示子系统予以显示。为了体现