| 标题 | 基于OPC技术的无线传感网络环保监测平台设计 |
| 范文 | 丁唯君 摘 要：以水污染管理为例，介绍了在无线传感器网络下环保监测平台设计及数据集成。无线传感器节点多、参数多，通过数据库设计，建立信息表数据库和设备表数据库，便于用户查看数据。利用OPC驱动功能强大的MCGS组态软件，通过人机交互界面，实现了环保数据的监测与管理。 关键词：OPC；MCGS组态软件；环保监测 DOIDOI：10.11907/rjdk.1511082 中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号文章编号：1672-7800（2015）012-0142-03 0 引言 环境管理部门经过多年的信息化建设，建立了众多环境保护监测点。传统的环境监测数据传输依靠人工完成，效率低下。随着无线传感器网络的发展，数据传输朝着数字化、网络化发展，具有可靠、安全、灵活、可扩展、易操作等特点。 本文基于无线传感网络，设计了环保监测平台。通过数据库设计，便于管理查看数据。人机交互界面美观，易于查看、管理，具有报警、报表、实时数据显示等功能，可以长期存储数据。 1 环保数据平台总体架构 本文以水污染管理为例，阐述在无线传感器网络下环保数据的集成。为了方便用户使用与开发，系统监控软件采用MCGS组态软件，实现完美的人机交互界面设计。由于MCGS组态软件设备驱动程序库内没有本设计硬件设备的驱动程序，无法直接利用设备管理器实现MCGS组态软件与协调器的通讯。因此，可利用OPC技术间接扩充MCGS设备驱动库以实现通讯[1]。此外，由于无线传感器网络节点数量大、类型多，为了方便用户了解节点信息，通过数据库设计建立两个存储节点型号、ID、MAC地址等信息表，它们之间的联系如图1所示。 根据环保业务流程分析，设计出环保数据集成总体架构，如图2所示。 图1 OPC驱动设计结构 图2 环保数据仓库总体架构 2 数据库设计 一个无线传感器网络往往包含大量的传感器节点，各类传感器节点监测参数不同，为了方便用户管理与查看，建立了信息表数据库。表中包含传感器节点型号、名称（通过名称就可以看出该节点能够测得的参数）、ID等信息，用户查看起来一目了然，并可随时增加或删除某一节点信息，便于用户管理。 传感器网络随时会有某个节点因损坏而撤出网络或某个新节点加入网络，这对用户管理造成很大不便。如果没有特殊标识，用户很难确定数据来自哪个传感器节点，哪个节点因出现问题长时间没有发送数据了，又或哪个节点是刚加入网络的，等等。为此，创建了一个设备表数据库，如图3所示。 图3 设备表数据库 该表包含传感器节点ID、MAC地址、测点名、备注等信息。与前面信息表相联系，可以看出设备ID为1的两个传感器节点测量的是空气温湿度及光照等。在OPC驱动程序启动时，OPC通过ODBC读取表2信息，在接收到来自串口的数据后，根据ODBC生成的表信息处理数据。如果用户需要增加或删除节点，在设备表里直接修改节点信息就可以了。OPC接口数据随着设备表的更改而刷新，用户不需要在OPC程序中修改，极大方便了用户管理。 3 OPC接口设计 3.1 OPC技术简介 OPC是Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control[2]的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC采用客户/服务器模式，把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户。OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，分别为不同的编程语言环境提供访问机制。这两种接口是：自动化接口（Automation interface）和自定义接口（Custom interface）。 3.2 OPC接口设计 OPC接口可通过串口接受协调器传送过来的数据，进行换算后，得到参数的实际数值。基于不同应用场景，无线传感器网络节点类型和数量不同的考虑，需建立信息表和设备表，以便于用户查看与管理。数据处理需要OPC接口实现。系统规模确定后，系统提供的配置程序生成配置数据库，OPC程序根据该数据库中传感器节点ID号、MAC地址和节点名称之间的映射关系，自动生成对应于节点名称的OPC数据标签，并同时在OPC接口程序中生成内存映射表，这样就能根据通讯数据中的节点ID号和MAC地址快速定位OPC标签[3-4]。本研究中，OPC接口设计主要完成标签映射表的生成，用来接收并处理协调器传送过来的数据，然后根据MAC地址查询到对应的测点名，生成不同数量的物理量。对于数据的长久存储及查询等功能，利用功能更强大的MCGS组态软件加以实现。 3.2.1 设备表数据库读取 本文通过ODBC读取数据库。先创建一个临时性的ODBC系统数据源，指向设备表数据库，然后对其中的数据进行显示、增加、修改、删除、查询等操作，部分程序代码如下： //创建一个临时的ODBC数据源，指向设备表数据库，并利用此DSN建立一个数据库连接 Aconnection：=CreateOleObject（‘ADODB.Connection）； Aconnection.Open（‘Driver={Microsoft Access Driver（*.mdb）}； DBQ=C：＼＼inetpub＼＼wwwroot＼＼test） 3.2.2 标签映射表 根据OPC接口程序中生成的内存映射表，查询设备ID及MAC地址对应的测点名，再根据测点名生成形如point1.AD1的物理量名称，把采集的数据对应储存起来。本研究中，ID号为1的节点有4个物理量，ID号为2的节点有3个物理量，而ID号为3的节点只有2个物理量。标签映射表的生成流程如图4所示。 图4 标签映射表流程 以设备ID号为1为例，部分程序代码如下： for（int i=0；i …… { pTag = new CTag（）； …… str.Format（".AD%d"，j+1）； //生成物理量名称 pTag->m_name = m_PointNameArray[i]+str； pTag->m_handle = AddTag（pTag->m_name， pTag->m_value，FALSE）； str2I_map.SetAt（（LPCTSTR）（pTag->m_name），（UINT）pTag）；//生成标签映射表 } } } 3.2.3 数据处理 数据处理就是根据接收到的数据生成不同的物理量。串口发送过来的数据第一个字节是设备ID号。以空气温湿度、光照强度节点为例，其ID号为1，然后根据MAC地址查找映射表，得到名称为空气温湿度、光照强度的节点，节点名称加后缀变量就可得到如格式point1.AD1、point1.AD2的节点物理量名称，然后根据节点物理量名称映射表得到节点物理量对应的标签，根据标签就可以把数据存储起来。数据处理流程如图5所示。 图5 OPC数据处理流程 4 MCGS组态软件设计 MCGS（Monitor and Control Generated System）即监视与控制通用系统，是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统[5]，可运行于Microsoft WindowsNT/2000/2003/2007等操作系统。 MCGS组态软件由组态环境和运行环境两个系统组成，两部分互相独立，又紧密相关，其结构如图6所示。 图6 MCGS系统组成 5 环保数据平台集成实现 5.1 平台应用架构 本平台采用“四级三层”结构，业务分析功能各有侧重。横向分为三层，即应用层、环保业务层、数据存储与管理层。应用层面向污染源，是环保管理部门获取原始数据的手段；数据存储层为企业信息、污染源信息、排污申报数据、收费数据、流程信息、身份与角色信息存储与管理场所，是业务系统的基础。 平台采用Client/server和Browers/server两个软件架构相结合形式，所有数据都集中存放在大型关系数据库中，企业用户通过C/S方式与服务器相连，完成数据的提交。通过Internet与B/S结构相连，实现提交事务流程节点信息。 5.2 运行结果 MCGS组态数据来自OPC接口，在组态环境设备窗口的OPC设备中，设置各参量对应的通道名称，即物理量名称，即可将OPC接口的数据传送到MCGS组态软件中。OPC设备设计如图7所示，在该设备中，根据需要可随时增减通道，方便用户对各数据量的管理。 图7 OPC设备属性设计 本环保监测系统，具有完美的动画画面，显示实时数据、历史数据、历史曲线、报表、报警等功能。 5.3 数据仓库基础数据管理 通过无线传感器网络进行污染物排放模块管理，可以实现各项污染物数据的自动录入，包括废水污染物、废气污染物、固体污染物、噪声类污染、放射性污染物等等。各种污染分类下管理内容不同，比如废水污染管理模块可对水资源消耗情况、污水排放去向、排放流域、污染物分类等信息进行管理。 5.4 环境分析评价查询 此模块主要根据地区、年度、污染物名称等条件，对审核或核定数据进行污染物排放量筛选汇总，以图形化的格式呈现给用户，使用户能对某一地区、年度的污染物排放情况有个非常直观形象的了解，从多维角度分析问题。 6 结语 本文主要介绍了上位机程序设计，包括数据库创建、OPC接口及MCGS组态软件的设计。这三部分紧密相连，为用户设计了一个操作简单的监控系统。其中数据库设计包括信息表及设备表数据库的创建，这两个数据库存储了网络中所有节点的信息，如设备ID、MAC地址、设备类型等，便于用户随时查看及管理。OPC接口是用来驱动MCGS组态软件的，其设计包括设备表数据库读取和标签映射表的生成。通过串口传送至上位机的数据帧，查询数据库中节点信息及标签映射表，可生成相应的物理量，处理数据比较简单。最后利用MCGS组态软件实现人机交互界面设计。 参考文献参考文献： [1] 刘波，梁岚珍.用OPC技术间接扩充MCGS设备驱动库[J].工业控制计算机，2006，4（19）：47-49. [2] SHIMANUKI Y.OLE for Process Control（OPC） for New Industry Automation Systems[J].IEEE SMC 99 Conference Proceedings，Tokyo，1999：1048-1050. [3] 司纪刚.OPC服务器与客户程序开发指南[J].微计算机信息，2005，7（2）：35-37. [4] 李斌，周云飞，唐小琦.基于COM技术和OPC规范的开放式结构数控系统研究[J].中国机械工程，2003，8（2）：312-315. [5] 昆仑通态.全中文工控组态软件MCGS用户指南[Z] .北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2001. （责任编辑：杜能钢） |
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