基于BS模式的供水远程监控系统的研究.doc

Q260046902 专业做论文 V西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：基于B/S模式的供水远程监控系统的研究年 级：2003级 本科 专科学生学号：20035297学生姓名：孙娜 指导教师：郭玉英 朱正为学生单位：信息工程学院 技术职称：讲师 讲师学生专业：通信工程 教师单位：信息工程学院西 南 科 技 大 学 教 务 处 制基于B/S模式的供水远程监控系统的研究摘要：随着网络技术的不断发展，使得远程监控各种设备的运行情况成为可能。本文将B/S模式引入到监控系统中，研究了基于B/S模式的远程监控系统的实现问题。围绕B/S技术在设备监控系统中的应用，本文着重论述了三个方面的内容：首先对监控系统的研究意义和发展状况进行了简单的介绍：包括监控领域的发展动向、B/S技术在国内外的应用情况等。通过比较C/S和B/S的优劣，确定采用以B/S结构为基础设计控制中心。其次，在分析了B/S模式远程监控系统的主要技术之后，给出了基于B/S结构的供水远程监控系统的应用实例。论文对供水监控系统做了充分的需求分析，给出了系统的总体设计、框架结构设计以及功能设计等。同时介绍了系统的开发平台和开发工具，详细分析了软件部分的各个模块的实现方法、数据的保存、查询等。最后，论文展望了B/S模式远程实时监控系统的发展前景。关键词：B/S模式；远程监控系统；Web服务；供水系统The Research on Remote Monitor and Control system of Water-supply Based on B/S ModeAbstract: With the development of the network technology, it has been possibly that the running state of equipments are real-timely monitored and remotely controlled. The B/S mode is introduced into the monitor and control system in this paper, and its realization is also studied. In order to illuminate how to apply B/S technology into the monitor and control system of equipment, three parts of contents are discussed in the paper. Firstly, the meaning and the current research situation of the remote monitor and control system are briefly introduced. They include the developmental tide of the monitor and control field and the applications of B/S technology in and out of our country and so on. After contrasting the advantages and disadvantages of C/S with those of B/S, the latter is finally accepted to design as its control center. Then, after analyzing the major techniques used in remote monitor and control system based on B/S mode, an application example-the remote water-supplying monitor and control system based on B/S mode is built up in this paper. The requirement of the water-supplying monitor and control system is analyzed in this paper. Overall design, dataflow design, function design and database design of the system and so on are presented. The development platform and tools are also introduced at the same time. The realization methods of every software modules, data storage and data query in the water-supplying monitor and control system are analyzed in details. Finally, the prospect of the real-timeremotemonitorandcontrolsystem is brought out in the paper.Keywords: B/S mode, Remote monitor and control system, Web service, Water-supplying system目 录第1章 绪论11.1 远程监控技术的国内外发展现状和研究意义11.2 基于B/S结构的远程实时监控31.3 本文的组织结构4第2章 B/S结构的相关技术52.1 B/S的基本原理和系统结构52.2 动态网页技术的实现62.3 Java与JSP技术简介92.4 Web数据库技术9第3章 供水远程监控系统的方案设计123.1 系统分析与设计123.1.1 系统需求分析123.1.2 系统功能123.1.3 系统的总体结构133.1.4 系统的开发流程143.2 系统网络体系构建方案143.3 开发平台和工具的选择16第4章 供水远程监控系统的软件实现184.1 系统逻辑结构设计184.1.1 数据层184.1.2 业务逻辑层184.1.3 表示层194.2 数据库的设计194.2.1 数据表建立194.2.2 数据库的建立224.2.3 数据库的连接234.3 动态数据的显示244.4 软件实现254.4.1 总体功能分析254.4.2 系统登陆模块264.4.3 历史数据查询284.4.4 控制功能294.4.5 报警功能314.4.6 留言功能32结论33致谢34参考文献35附录36西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 远程监控技术的国内外发展现状和研究意义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。所谓远程监控，就是借助远程网络对系统进行故障监控诊断的技术，将提供故障监控诊断服务的远程客户端和服务器端通过计算机通信网络连接起来，当现场设备出现故障时，系统可以通过计算机通信网络将现场设备状态信息实时传输到远程监控诊断专家中心，由专家对设备故障进行诊断1。计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。一般计算机监控系统有如下特点：实时性、可靠性、可维护性、数据自动采集处理、通信功能、自动运行与报警、管理功能，结合网络技术的发展，各种先进的技术不断涌现，例如远程监控、远程制造等。远程实时监控是指本地计算机通过网络系统对远端的设备进行监测与控制，包括设备的远程数据采集、远程监控和远程维护。能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统。远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望，由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed，Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统可以通过网络动态数据交换的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的National Instruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、E2mail方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国ALARM研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。国内对于远程监控技术也开展了积极的研究目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果。如西安交通大学研制的大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系KBGMD、哈尔滨工业大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES等。远程监控系统一般有两种类型：一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同。另一种是现场监控与远程监控并存,一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网（Intranet）。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享。与传统的监控方式相比，远程监控已经显示出它独有的优势，研究远程监控具有如下意义3：(1) 凡是有网络的地方就能构建远程监控系统，从而节省了线路维护费用。(2) 可直接通过Internet/Intranet(企业内部网)进行网络通信、数据交换,实现远程参数修改等。(3) 对于使用者来说，远程监控还不受时空的限制，通过实时监控技术，可以加强企业间合作，可以更合理的安排生产，加强企业的竞争力。(4) 操作方式的便捷性已经超过早期技术，基于WEB的远程监控软件与早期的软件相比，用户只需要打开浏览器即可完成操作。管理人员不必亲临现场，大大提高了劳动生产率。(5) 远程监控技术可以获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础。由于传统监控系统存在着种种缺点，随着Internet和Intranet的快速发展和普及，Web技术能够弥补传统监控系统的不足，运用 Web技术实现设备的远程监控，己经越来越多地成为设备监控系统不可或缺的一部分。本文就是研究基于B/S结构的远程监控系统。随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。远程实时监控的对象是现场的控制系统，因此，用户的每一步操作都影响到实际的生产过程，这就要求整个远程监控应该完整地考虑这个特殊性。首先，保证实时性，即要求在限定的时间内正确地完成数据的传输、处理，控制系统的大部分是实时系统，实时性尤显重要；其次是可靠性和容错性，即要求在系统出现故障的情况下，能够自动或半自动地（需人工干预）采取相应的措施，保证系统恢复正常运作。另外，基于B/S模式的远程监控通常要通过Internet这个大型的公共网络传输数据包，数据包在传输过程中可能会被窃听、篡改或受到重播（Replay）攻击，因此安全问题也不可忽视，这些问题的存在对整个系统的设计与实现产生较大的影响。1.2 基于B/S结构的远程实时监控基于B/S的远程监控系统是以Web作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，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。其工作原理如下： 位于监控管理终端的浏览器利用HTTP协议与中间层的Web应用服务器通信，浏览器与各Web数据库服务器之间采用B/S工作模式，即连接在系统所在的IP网络上具有Web浏览器功能的任一普通终端，无需安装任何专用软件，只需获得系统认证(通过身份认证和操作权限认证)，即可成为监控管理终端，通过访问系统Web数据库服务器完成各种监控和管理操作4。B/S结构的体系中，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。这种监控模式极大地简化了监控终端的工作，监控终端只需安装一个浏览器即可，服务器担负更多的工作，尤其是对数据库的访问和应用程序的执行都在服务器上完成。由于B/S采用浏览器作为统一的客户端,相对于传统的C/S模式，它的用户界面一致、友好，方便了用户的使用；软件的安装、维护和升级容易，客户端只要拥有一个浏览器即可访问系统。系统具有良好的可扩展性，功能扩展的工作只需在服务器上完成，所有客户端软件都不需要改动，因此，Web技术大大减少了系统的费用，方便了用户。1.3 本文的组织结构基于B/S的远程实时监控系统不同于一般的管理信息系统，综合其特点主要表现在三个方面：数据传送的实时性要求、数据的事件驱动、数据源主动传送。采用何种方法能将远程实时监控系统的数据及时、安全、便捷的反映到浏览器上，针对现有监控系统的缺点，本文结合计算机技术、网络技术和监控技术，对远程实时监控系统做了大量的分析和研究。论文的组织结构如下：(1) 对国内外远程实时监控现状做了分析和研究；(2) 对基于B/S模式的远程实时监控系统所涉及的关键技术做了深入剖析；(3) 介绍了供水远程监控系统的总体设计，包括系统的结构、功能等方面的内容，并对系统所用开发工具和系统运行环境进行了简要介绍；(4) 完成了供水远程监控测控子系统部分模块的软件设计；(5) 结论部分对所做的工作进行了总结，并对本领域的进一步研究进行了展望。58第2章 B/S结构的相关技术2.1 B/S的基本原理和系统结构B/S结构：Browser/Server(浏览器/服务器)结构，即安装一个服务器(Server)，而客户端采用浏览器(Browser)运行软件。它是随着Internet技术的兴起，是对C/S结构的一种变化和改进。主要利用了不断成熟的WWW浏览器技术，结合多种Script语言和ActiveX技术，是一种全新的软件系统构造技术。B/S三层体系结构采用三层客户服务器结构，在数据管理层(Server)和用户界面层(Client)增加了一层结构，称为中间件(Middleware)，使整个体系结构成为三层7。三层结构是伴随着中间件技术的成熟而兴起的，核心概念是利用中间件将应用分为表示层、业务逻辑层和数据存储层三个不同的处理层次。三个层次的划分是从逻辑上分的，具体的物理分法可以有多种组合5。其体系结构如图2-1所示。中间件作为构造三层结构应用系统的基础平台，提供了以下主要功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接和通信；实现应用与数据库的高效连接；提供一个三层结构应用的开发、运行、部署和管理的平台。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。 显示逻辑事务处理逻辑数据处理逻辑数据库浏览器Web服务器数据库服务器图2-1 B/S系统结构在B/S三层体系结构下，表示层（PresentationLayer）、业务逻辑层（Business LogicLayer）、数据层（DataLayer）被分割成三个相对独立的单元。表示层：即Web浏览器，包含系统的显示逻辑，它位于客户端，用来生成在客户浏览器中显示的用户界面。它的任务是负责获得用户录入的数据，完成对录入数据的校验，由Web浏览器向网络上的某一Web服务器提出服务请求，Web服务器对使用者进行身份验证后用HTTP协议将客户端请求操作数据传送给业务逻辑层，然后将完成用户请求操作的操作结果用 Web协议传送给客户端，客户机接受传来的主页文件，并把它显示在Web浏览器上。业务逻辑层：包括一个或者多个组件服务，它们应用业务规则实现应用程序逻辑并完成应用程序运行所需要的数据处理。作为这个过程的一部分，中间层负责处理来自数据存储或者发送给数据存储的数据。它的任务是接受用户的请求，执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过对等方式向数据库服务器提出数据处理申请，数据库申请处理完毕后将数据处理的结果提交给Web服务器，再由Web服务器传送回客户端。数据层：即数据库服务器，是整个分层体系的最底层，该层包含数据存储和与它交互的组件或服务。这些组件和服务在功能上和业务逻辑层相互独立（尽管在物理上不必一定相互独立）。数据层为业务逻辑层提供服务，根据业务逻辑层的要求从数据库中提取数据或者修改数据库中的数据。由于访问数据库是系统中频繁发生而且最消耗资源的操作，所以在这一层要对数据库访问进行优化，提高系统的性能和可靠性。它的任务是接受Web服务器对数据库操作的请求，实现对数据库的查询、修改、更新等功能，把运行结果提交给Web服务器6。这样的三层体系结构大大减轻了客户机的压力，而把负荷均衡的分配给Web服务器。由于客户机把事务处理逻辑部分分给了服务器，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，所以维护人员不再为程序的维护工作奔波于每个客户机之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作。这种三层结构层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能。B/S模式下的远程实时监控系统的基本工作模式：(1) 从数据现场采集实时数据；(2) 将数据传给Web Server端Web应用程序；(3) 应用程序将数据在网页上显示。并能定时对数据进行动态刷新；(4) 利用动画效果将数据动态表示；(5) 对网页上表示受控对象进行操作，将控制参数输入；(6) 将受控对象表示及参数返回Web server端；(7) 将数据传给相应程序执行操作7。2.2 动态网页技术的实现对一个B/S结构的远程实时监控系统而言，能提供动态的Web页面，在Internet/Intranet上进行数据实时显示是最基本的要求。但普通的Web页面都是静态的，是将预先做好的页面放在服务器上供用户访问。这种方式对于工业监控系统来说是根本不适用的，实时监控系统的Web服务器必须能根据数据库中的数据实时地生成Web页面，这就需要使用动态网页技术，动态网页就是由服务器根据客户提交的参数与后台数据库交互，通过数据库动态产生处理结果，并以Web形式返还客户的页面。表2-1是对各种动态网页技术的比较。通过比较，我们发现JSP技术的各个方面都具有很高的优越性，每个JSP文件总是先被编译成Servlet，然后再由Servlet引擎运行。JSP技术体系同时符合分布式应用体系，利用Java Bean技术编写业务层的功能非常强大，JSP API还提供了创建定制标志库的优秀工具，这些标志库使Java编程人员很容易向Web设计人员提供支持特定应用程序所需的专用信息读取功能；JSP另一个优点是跨平台性，JSP几乎可以运行于所有平台，作为Java家族的一员，JSP继承了“Once write, run everwhere”的Java特性，从一个平台移植到另一个平台时，JSP和JavaBean甚至不用重新编译；另外，相对于ASP，JSP在执行性能、开发效率、安全性能等需要发布的内容却是状态时时变化的信息，Web页面的内容需要随着用户请求的不同而不同，这样，传统消息发布所采用的静态页面就不能适应受控对象信息的发布。就应用前景分析，JSP是最有发展前途的动态网页技术。基于B/S模式的实时监控系统要把当前受控对象的运行情况、系统的历史记录和统计报表等需要发布的内容以网页方式对外开放，要求反映的实时状态信息和受控对象本身的状态相一致。在受控对象对外发布的内容当中，有些内容是不需经常变更的，在这些“静态”内容的发布实现上，应当采用典型的浏览器/服务器访问方式，即由浏览器根据用户所选择的服务内容向 Web服务器提出请求，而 Web服务器响应请求，调出静态HTML页面传送给Web浏览器。JSP是一项将静态HTML和动态HTML巧妙结合起来的动态网页技术，具有发布各种实时动态页面的功能。若Web浏览器需要的是动态HTML文档，JSP技术可以调用相应的应用程序，从数据库中得到数据并生成动态 HTML页面，再将动态 HTML页面传送给 Web浏览器，从而满足用户对动态页面内容的需求。在JSP技术运用中，Web页面开发人员可以使用HTML或者XML标识来设计和格式化最终页面，使用JSP标识或者小脚本来生成页面上的动态内容。生成内容的逻辑被封装在标识和Java Bean组件中，所有的脚本在服务器端运行，JSP引擎解释JSP标识和小脚本，生成所请求的内容，并且将结果以HTML页面的形式发送回浏览器。使用JSP可以将Web页面内容的生成和表现完全分离开来，这有助于保护代码，提高服务器的安全性，而且又保证了任何基于HTML的Web浏览器的完全可用性。表2-1 动态网页技术比较JSPCGIPHPASP运行平台所有web平台所有web平台所有web平台只限于Microsoft的web平台基础语言Java不限PHPJavaScript VBScript使用组件JSP tags无无COMDCOM集成数据源能力任何符合ODBC和JDBC技术规范的数据库通过后台程序编译器支持所有的数据库支持大部分数据库，但是提供的数据库接口不统一符合ODBC技术规范的数据库理论体系分布式不支持分布式不支持分布式分布式函数支持很多较少较多较少对网页结合XML/HTML无HTMLXML/HTML运行效率极快慢较快较快运行损耗较小较大一般一般安全性能较好较差较差较差可移植性可以不可以可以不可以可重用性一次编写极低小型网站效率较高每个事例一次综上所述，基于B/S模式的实时监控系统信息发布是离不开JSP等动态网页技术的，而使用JSP动态网页技术也完全可以实现基于B/S模式的实时监控系统对动态发布内容的要求。2.3 Java与JSP技术简介Java的一个显著优点是运行时环境提供了平台独立性，你可以在Windows，Linux或其他操作系统上使用完全一样的代码。这点对于在各种不同平台上运行从因特网上下载的程序来说是非常有必要。Java是完全面向对象的，Java中内存是自动回收的，不必担心会出现内存崩溃现象，但这项特性同时也使内存回收的效率不高。Java设计了真正的数组并且限制了指针算法。不必担心为处理指针操作时出现的偏移错误而重写一块内存区域10。Java的关键特点是：简单、分布式的、健壮、安全的、中立体系结构和多线程等。JSP程序其实就是在HTML代码中嵌入Java代码段，这些Java代码段可以完成各种各样的功能。编写好JSP程序后，不需要编译它，我们只需把它存放到服务器的特定目录下面就可以了，当服务器接到对JSP程序的请求时，它首先把JSP程序发送到一个语法分析器中，这个语法分析器将会把这个JSP程序翻译为一个Java程序文件，然后调用Javac.exe程序将这个Java程序文件编译为Servlet类，即一个标准的Javaclass文件。这时，服务器的JSP引擎（即服务器上的Java运行环境）将这个class载入内存，运行它，把结果送往客户端，客户端的浏览器上出现的就是这个程序的运行结果。当第二次请求这个JSP程序时，由于它已经被编译为字节码形式的class文件，所以JSP引擎就直接运行这个class文件，而不需要再次编译它，除非JSP程序被改动或者是服务器关闭后又重新启动了。另外，JSP技术还可以调用内嵌在网页上的JavaApplet小程序，在Web服务器上建立与企业本地监控计算机的Socket连接，现场监控计算机不但与实时数据库服务器通信，而且还通过套接字Socket与 Web服务器通讯，并接收来自Java应用服务器发出的控制命令。当用户访问系统时，它们通过浏览器向Web服务器发出HTTP请求，实时数据将通过Socket连接直接显示在JSP页面返回给用户，JSP技术的这种机制在一定程度上增强了系统的交互性11。2.4 Web数据库技术基于Web的网络数据库系统由一个Web浏览器作为用户界面、一个数据库服务器用作信息存储和一个连接两者的Web服务器组成。Web和数据库这两种技术，各自有其优点。Web具有用户界面的定义非常简单，允许巨大传输量的传输协议非常健壮等优点。而数据库的优点是它具有清晰定义的数据模型，存储和获取数据的健壮的方法，发展用户界面和应用程序逻辑的软件工具，强大的授权和安全机制，以及控制事务和维持数据完整性的有效途径等。基于Web的数据库系统结构如图2-3所示。查 询添 加修 改WWW服务器数据库服务器实时数据库图2-3 基于web的网络数据库系统结构将JSP与JDBC结合起来的方法是比较理想的Web数据库访问方法，在基于B/S模式的远程实时监控系统中，采用到JDBC（Java Database Connectivity，Java数据库连接）技术，下面作简单介绍。JAVA应用JDBC APIJDBC驱动器管理器JDBC驱动器数据库JDBC为Java程序提供了一个统一无缝的操作各种数据库的接口，提高了软件的通用性。只要系统上安装了正确的驱动器组，JDBC应用程序就可以访问其相关的数据库。SUN公司指定了一种标准的数据库访问API，JDBC使得Java程序能与数据库进行交互作用。JDBC没有对基层技术提出任何限制性条款，JDBC与ODBC的区别只在于JDBC没有规定一系列的函数，而是指定了一系列的Java对象与Java接口，各数据库公司只需提供包含这些对象与接口、符合JDBC规范的JDBC驱动程序，程序员即可使用Java来访问该类数据库。JDBC包含两部分API，JDBC API面向程序开发人员，JDBC Driver API面向底层。鉴于ODBC的广泛应用，SUN还提供了一个特殊的驱动程序：JDBC-ODBC桥，允许JDBC通过现在的ODBC驱动程序来访问数据库12。图2-4为JDBC的工作原理。图2-4 JDBC工作原理客户通过浏览器从Web服务器上下载含有Java Applet的HTML页面，如果其中的Java Applet调用了JDBC，Java程序通过JDBC API访问JDBC Driver Manager，JDBC Driver Manager再通过JDBC Driver API访问不同的JDBC数据库驱动程序，从而实现对不同数据库的访问。当然，客户端的浏览器必须支持Java。由此可看出JDBC访问数据库的方式与其他技术有所不同，一般与数据库服务器的通信是由Web服务器来完成的，而JDBC技术与数据库服务器的通信是由客户端的Web浏览器直接完成的。第3章 供水远程监控系统的方案设计3.1 系统分析与设计3.1.1 系统需求分析小区当前的供水方式是以水塔供水为主，其它供水方式为辅。由于水塔供水中的一个水塔要负责给一个较大区域供水，而在这个区域中的各个楼层的高度、覆盖面积各不相同，造成供水系统监测控制十分困难13，例如：出现漏水故障无法及时发现，水塔水位过高或过低没有及时反馈，水质变差也不能及时发现，用水高峰期水压过低给用户带来不便等等问题。计算机网络技术、通信技术以及数据库技术等的不断发展，为实现远程监控提供了可能。本文就是要综合利用以上的技术开发一套供水远程监控系统，该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端 RTU可监视和采集水位、水泵的电流电压等各种数据14，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。3.1.2 系统功能根据供水系统要完成的实际功能，本论文中将供水监控系统设计成两个子系统：测控子系统和测控终端子系统15。 (1) 测控子系统实现的功能： 接收测控终端子系统的测量数据：水泵的电流、电压，清水池和水塔的水位等物理量。 接收测控终端子系统的故障报警信息。 将各个供水点的控制参数下传给测控终端子系统以及按照某种控制策略计算各个供水点的控制参数，控制参数也可由系统管理员设定，并绘制数据分析图及输出报表。(2) 测控终端子系统的功能是： 通过传感器测量数据，并上传测控子系统。 根据测控子系统下传的控制参数进行控制，使传感器的检测值和控制参数一致。3.1.3 系统的总体结构本系统包括测控终端子系统、测控子系统。测控子系统与测控终端子系统之间采用串口通信进行数据交换，如图3-1所示。传感器2传感器nRTU浏览器传感器1测控终端子系统测控子系统图3-1 供水监控系统的物理结构示意图测控终端子系统通过传感器采集各个测控终端设备的工作状况信息。并且根据测控子系统的控制参数对测控终端进行控制，并实现数据采集，在这一部分，主要是由数据采集器来实现的。本系统中数据采集器主要是显得功能是：水位信号的采集，水泵控制信号的输出以及与监测站的通信。根据这些功能设计的整体结构如图 3-2所示。水位传感器A/DCPU水泵控制信号输出通信模块图3-2 数据采集器的模块结构测控子系统就是本文所要研究的对象，后面将着重展开讨论。考虑到供水系统的实时性和通信负荷，控制的大多数功能由测控终端子系统完成，测控子系统主要起宏观调节和控制作用16。测控子系统给定控制指标，并检测控制状态和效果，通过修改各个测控终端子系统的可调整参数，使其控制性能和状态最优化。由于时间、工作量、作者的知识水平等因素，本文只对测控子系统方面进行初步的研究。3.1.4 系统的开发流程监控系统的系统化分析与开发分为五大阶段： (1) 系统分析 (2) 系统基本结构设计 (3) 组件设计 (4) 建构应用程序 (5) 系统整合与测试 第一阶段系统分析的主要目的，分析系统需求并收集相关领域知识。根据系统的实际需求，可制定出问题的范围、需要的功能、基本的假设与系统性能，并提出解决的方法结构。 第二阶段的目的就是设计结构，其开发程序为： 建构模型； 依功能分割应用领域成为数个组件； 抽离出组件间共同的部分； 将共同部分开发成通用设计样板。 第三阶段组件设计为基于系统结构，开发属于各个应用领域的组件。 第四阶段应用程序建立为应用前一阶段所设计的组件，建构应用程序。 第五阶段为系统整合与测试，整合所有组件与应用程序并且测试功能。 每一阶段的工作以上一阶段为基础，并以上一阶段经过验证的文档作为本阶段工作成果的验证标准。但是在执行过程中可以适当贯彻一定的并行性，在详细设计、编码及单元验收、集成测试三阶段根据工作进度也允许有适当的并行性，如部分模块的详细设计完成后可以在其余部分详细设计的同时，进行已完成详细设计的那些模块的编码及单元测试工作。3.2 系统网络体系构建方案系统的体系结构是应用系统的组织模式，是构成系统的骨架，也是应用系统设计的基础。根据不同的应用需求，选择合适的体系结构，可以充分利用现有资源，节约开发成本，满足系统性能需求。基于B/S模式的远程实时监控典型系统分为三层：(1) 现场监控层 现场监控主要是指按监控中心的要求定时采集、上传各种物理量，并且执行监控中心下达的各种控制指令。(2) 服务器层 服务器层是本系统的中间结构，本系统旨在建立小型网络化生产体系，因此服务器层不做多层处理，数据库、事务处理等全部集中在一个服务器中完成，这样做的好处是节约了成本，组网比较方便，而且在程序设计方面，免去了很多接口程序等，但是这样做使得服务器负担过重，可靠性方面有待加强，但从实际情况出发，我们采用这种简单的结构，同样可以保证系统高效率的运作，节约了成本，目前看来不失为一种性价比比较高的方式17。服务器除了处理所有从现场传递的数据外，最重要的是生产数据在网络上的发布功能，现场监控系统通过 TCP/IP协议将生产数据传递到服务器层，Web服务器建立相应的IP站点和网页，通过 HTTP协议接入到 Internet 最终在网络上发布18。(3) 远程访问用户层客户端浏览器Web服务器数据库服务器远程管理数据库查询报警查询实时查询等供水web系统历史数据库实时数据库用户库系统参数库远程访问用户通过Internet或者Intranet在浏览器中输入相应的联接即可访问实时生产情况，这里将远程访问层和服务器层设计成瘦客户服务器的形式，因此远程用户层只需接入Internet或者Intranet，通过IE等网络浏览器就可查看到有关内容。供水实时监控系统结构如图3-3。图3-3 供水实时监控系统结构图3.3 开发平台和工具的选择(1) 操作系统平台 目前的操作系统主要有OS/2，Apple Macintosh，Unix，Windows 9x，Windows NT以及Windows2000等。对于监控系统软件来说选择一种图形用户界面好、操作简单、安全可靠的操作系统是最重要的。Windows操作系统已经得到全世界用户广泛的支持，可利用的资源极其丰富，这些优势决定了如果选择Windows系列的操作系统将会为监控系统软件提供一个相对坚实、稳定的平台。这主要是因为其操作界面友好、安装设置容易、系统维护较佳及开发工具多。 本课题根据对实际情况的分析，开发周期较短等特点，选择Windows系列作为操作系统平台，能运行在Windows95/98，Windows2000，Windows等操作系统上。(2) 数据库平台目前，数据库系统以关系型数据库系统为主，主要有Oracle，SQL Server, Access等，都是性能比较优越的数据库平台。设计中选择了MS SQL Server 2000作为数据库服务器平台，它作为人们常用的一种桌面型关系数据库应用系统，随着其版本的不断更新，在易用性、处理数据方面也有着不断的提高已成为一个功能强大的数据库管理系统，特别是对大多数的中小型项目而言，选用SQL Server数据库更是一个比较好的选择19。SQL Server 2000主要特点如下： Internet集成； 可伸缩性和可用性； 企业级数据库功能； 易于安装、部署和使用。(3) Web服务器的选择Web服务器的主要任务是接收HTTP指令，并完成这些指令动作。选用的Tomcat服务器是当今使用最为广泛的JSP/Servlet的Web服务器，它具有运行稳定，性能优异等优点，而且Tomcat是完全免费的开放原代码产品。是中小企业首选的JSP/Servlet的Web服务器之一。(4) 开发工具的选择Java语言具有能独立于软硬件平台而运行、面向对象、可对动态画面进行设计与操作、稳定等特点，又具有多线程、内置校验器用来防止病毒入侵等功能，所以用来在Internet上开发与研制软件时，特别受到用户的欢迎，因而选用Java作为开发工具。除了它本身拥有的很多优点外，更是基于设计中的几点考虑： 监控系统的实时性需要软件有一定的执行效率； 该监控系统更加偏重于后台服务； 利用Java进行软件开发具有较好的灵活性； Java是网络空间的“世界语言”。同时，考虑到它的移植性强，用Java开发成的系统其移植工作几乎为零，一般只需对配置文件、批处理文件做相应修改即可实现平滑移植。所以，根据这些最后决定使用Jbuilder 2006作为开发工具。第4章 供水远程监控系统的软件实现4.1 系统逻辑结构设计4.1.1 数据层本层包括数据库、数据处理等服务，同时在该层上提供与外部系统的接口。由于J2EE是支持开发分布式事务应用程序的标准化模式，这使该供水远程监控系统具有标准性、可扩展性、开放性及柔性的体系结构。同时这种体系结构本身就具有跨平台性，简化了系统开发的复杂性。该层主要是完成数据库的连接与访问。本系统选用SQL sever 2000数据库，数据层由SQL sever 2000实现。4.1.2 业务逻辑层业务逻辑层负责为用户界面层提供功能调用，同时它又调用数据层所提供的功能来访问数据库。该层根据整个系统的设计，构造工程中关键的几个功能模块，从而实现系统YesNoYesNo获取远端客户发送服务请求解析请求的服务信息发送所需服务内容发送成功？解析成功？提示出错信息操作成功提示用户中的大部分逻辑控制功能，包括JSP、Servlet等组件。该层在实现系统的应用图4-1 web服务器活动图逻辑的同时也提供了企业级服务，如数据库连接（JDBC）、事务处理等。业务逻辑层包括Web服务部分，负责向用户提供实时数据显示、历史数据查询、用户登陆验证等服务。Web服务就是WWW，是一种交互式图形界面的Internet服务，其工作流程如下：(1) WWW浏览器根据用户输入的URL连接到相应远端WWW服务器；(2) 取得指定的Web文档；(3) 断开与远端WWW服务的连接；Web服务的整个活动图如图4-1所示。4.1.3 表示层表示层即客户层，包括web浏览器、客户应用程序和客户端应用小程序。该层用于与用户交互。表示层由web窗体和代码隐藏文件组成。Web窗体是由HTML提供用户操作，代码隐藏文件实现各种控件的事件处理。该层主要包括用户登陆界面，主页面，通过主页面可以转向实时数据页面、系统维护页面和参数修改等控制页面。4.2 数据库的设计4.2.1 数据表建立数据库模块是监控平台软件中的核心部分。该软件模块主要实现数据存储、数据查询以及数据库维护等功能。在该系统中的数据存储主要涉及到三个方面，一是受控设备的基本信息，二是受控设备的当前运行信息，三是受控设备的报警处理。图4-2显示了该数据库一个节点设计,在E-R图中，矩形表示实体，椭圆表示实体的属性，菱形表示实体之间的联系，即多个实体的公共属性。在节点图中，仅列出了实体的主要属性。从监控点的基本信息开始分析，它由监控点编号唯一确定，同时由于监控点编号也是三个实体的公共属性，因而监控数据和报警处理也是由该属性唯一确定的。字段名是每个表的表头信息，是用来显示归了类的信息，例如：字段名为电流，当数据表被读取出来的时候，显示出属于电流项的所有电流值，在这个供水远程监控系统中一共设计了3个数据表，每个表的字段名如以下图4-3、4-4、4-5所示。图4-3为帐户信息表；图4-4为水泵信息表；图4-5为留言信息表。根据要实现的功能总体概括定义了以下的字段名：userid、passwd、role、username、sex、add