毕业设计论文基于WEB的远程温度监控系统.docx
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毕业设计论文基于WEB的远程温度监控系统
毕业设计
中文题目
基于WEB的远程温度监控系统
英文题目
WEB-basedRemoteTemperature
MonitoringandControllingSystemDesign
院系：
电气工程与自动化学院
年级专业：
***级自动化
姓名：
***
学号：
*****
指导教师：
******
职称：
讲师
201*年*月24日
毕业设计（论文）诚信声明书
本人郑重声明：
在毕业设计（论文）工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果，设计（论文）中所引用他人的文字、研究成果，均已在设计（论文）中加以说明；在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。
本设计（论文）和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。
学生签名：
年月日
基于WEB的远程温度监控系统
【摘要】随着信息技术、网络通讯技术的不断发展，远程监控技术在工业领域中应用越来越广泛。
为实现工业生产过程中对温度的实时、在线、远程监测与控制，本文对基于WEB的远程温度监控系统进行了研发设计，以远程温度监控系统的WEB管理平台为研发设计对象。
WEB管理平台的设计是远程温度监控实现的关键。
平台采用Browser/Server架构，通过现场设备对温度进行实时监控。
本文对远程温度监控系统WEB管理平台的相关技术进行研究分析，在技术分析的基础上对用户端和服务器之间的平台进行架设，并实现WEB前端和后台数据库之间的动态交互。
最后，完成具有监测与控制、统计、管理等功能的WEB操作界面设计。
系统测试结果表明，基于WEB的远程温度监控运行良好，达到了对现场温度的实时、在线远程监测与控制目标。
【关键词】WEB，在线监测，远程控制，Browser/Server架构
WEB-basedRemoteTemperatureMonitoringandControllingSystemDesign
[Abstract]Withthedevelopmentofinformationtechnologyandnetworkcommunicationtechnology,remotemonitoringtechnologyiswidelyusedinindustrialfield.Inordertoaccomplishthereal-time,online,monitoringandcontrollingoftemperatureintheprocessofindustrialproduction,thispaperdesignsWEB-basedremotetemperaturemonitoringandcontrollingsystem,andittakesWEBmanagementastheresearchobject.ThedesignoftheWEBmanagementplatformisoneofthekeytoachievetheremotetemperaturemonitoringandcontrolling.Browser/Serverstructureisadoptedfortheplatform,andthetemperatureismonitoredbythefieldapparatus.ThispapermainlyanalysistherelatedtechnologyofWEB-basedremotetemperaturemonitoringandcontrollingsystem,anditsetsuptheplatformbetweentheclientandtheserver,itachievesthedynamicinteractionbetweenthewebanddatabase.Finally,itaccomplishesthedesignofWEBoperationinterfacewiththefunctionofmonitoringandcontrolling,statisticsandmanagement.ThispapertakestheWEBmanagementplatformoftheremotetemperaturemonitoringsystemastheresearchobject,TheresultsofthesystemtestshowthattheWEB-basedremotetemperaturemonitoringandcontrollinghasgoodfeasibility,anditachievesthetargetofreal-time,onlineremotemonitoringandcontrollingofthetemperature.
[Keywords]WEB,OnlineMonitoring,RemoteControlling,Browser/Server
第一章绪论
1.1研究的背景及意义
近年来，随着科学技术的飞速发展，各类生产生活服务设施的不断完善，计算机网络技术和电子信息技术在科技领域的地位也越来越重，并且逐渐渗透到日常生活和工业生产等众多领域。
现代工业对监控技术的要求越来越高，以往的监测技术已经渐渐落后，无法满足需求，WEB远程监控技术的实现解决了当前迫切的要求。
由此，本文设计了远程温度监控系统的WEB管理平台。
温度监控系统是可以监控异地的设备，对现场的温度信息进行实时采集、分析和存储。
系统采用的所有技术中，WEB技术无疑是最重要的一环。
WEB技术以HTTP技术为基础，作为一种应用性非常广泛的信息交互平台，WEB技术具有易操作、跨平台等优点。
由于IE浏览器的兼容性并且对硬件的配置要求不高的特性，WEB技术可以存在于多个操作系统上，因此对于生产管理来说，只要将用户端连接到Internet或者用户内部的局域网即可，数据便通过网络直观地反馈到系统，可以让用户异地进行远程操控。
理性分析，不管是WEB技术，或者其他相关科技，其发展的一大目的是为了方便用户的使用，因此，用户无需掌握相关的WEB技术，也不必亲临监测现场获取数据的来源，只需通过用户端浏览器就可了解工业现场温度信息，温度信息不仅能以文本形式呈现给用户，也可通过表格图形界面的形式来呈现，用户便能全天候地指挥决策。
远程温度监控系统的具体作用可以从不同的层面进行分析。
从应用层面来讲，该系统可以及时预判现场情况，确保安全和效率，避免发生意外事故，造成不必要的资源浪费和损耗。
从技术层面来讲，该系统无需专人监控，也无需专门的布线，不仅直接节省了生产成本，而且，工业控制自动化和信息化的推进，也使得WEB技术和监控技术的融合度越来越高。
当前，科学技术渐渐发展，越来越多的工业现场选用该项系统，这将对降低生产成本，提高生产效率，提升自身的综合竞争力等多个方面都具有非常重要的意义。
1.2国内外研究现状
目前，国内外都对远程温度监控系统展开了一定深度的研究。
上世纪70年代初期，远程监控系统处于初步发展阶段。
系统中有若干个监测量和控制量都在同一台电脑上进行。
但是随着应用的深入，该模式逐渐显现出两个突出的问题，系统存在安全性不足和处理速度慢的缺点。
一台计算机同时进行数据采集和过程控制，这样，故障发生的频率越来越高，进而使得系统崩溃；同时，因为要管理的数据和设备过多，处理速度自然缓慢。
70年代末，国际上出现了集散式控制系统。
这一技术的出现最大程度上改善集中监控模式的不足。
它通过分散开来的数据采集，集中一起再进行控制的操作技术。
80年代，轮询式和令牌式的监控系统是国际上的主流。
进入90年代后，网络通讯领域中，已经开始局部使用以太网。
1997年1月，美国斯坦福大学和麻省理工学院开展了一次合作。
双方针对远程监控系统的后续发展的研究召开了会议，而且受到其他领域行业的支持，比如波音、惠普和英特尔等大型公司[1]。
通过这些公司与其通力配合，最终推出了一款试验性系统，初步实现了信息监控。
与此同时，国际上的许多组织也逐渐加入该监控技术的推广活动中，并以监控技术的成熟度为基础，制定了国际技术标准。
同时期，国内的科研领域也对远程监控系统开展了研究工作。
1997年，武汉理工大学开展了关于智能网络数控系统的研究，并在两年之后年建立了远程监控系统的示范体系。
国内高校，诸如西安交通大学、合肥工业大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等陆续成立了相关的研究课题组，并取得先进的成果。
例如，哈工大集中大部分科研力量针对计算机化监测系统进行攻关；华中科技大学则在汽轮机这一方向着重研究，建立了远程监控技术的站点[2]。
国内的科研领域，通过近几十年的不断研究，在远程监控的技术层面上，并不落后于国际社会，相对的，在某些方面的研究甚至处于世界领先地位。
1.3远程监控系统的发展趋势
基于WEB的远程监控技术在现代的网络控制技术体系中，属于较为完善的一种，未来有很大的发展前景。
但在早期的发展过程中，尤其在制造业中，其发展速度较为缓慢。
远程温度监控技术大概可以分为3个不同的模式：
单机模式；集中监测模式；大范围网络远程监控模式。
单机监控从最开对单台设备进行监控，发展到对同类型设备进行监控，已经是一大进步，但这只能再封闭的系统内进行，信息的开放性和交互性完全不能体现，因此无法得到大规模的推广。
集中式监控吸取单机对同类型设备监控的优点，从一对一发展到一对多，即一台计算机监控多台计算机，同时也突破了系统的封闭性，在一定范围内实现了信息共享，简化了系统的操作性，初步形成一个管理平台。
大范围监控在以往的模式上进行深入的拓展，分散式的节点监测使其间接形成一个局域网，因为各个节点之间的耦合度很小，即使某个节点出现故障，只需对其单独进行维修即可。
基于WEB的远程监控技术功能上不仅能够一对多实时监控，而且实现了无人值守的技术要求。
虽然监控技术已经发展了近半个世纪，但仍然存在一些技术上的不足。
比如网络通信中多种结构的并存，究其原因，不同的监控系统应用在不同的局域网和操作平台上，而这些平台之间通讯途径的解决是目前的当务之急，通过传统的方法通讯手段又会增加操作上的复杂程度。
另外一点，环境的多变也能一定程度上放大监控设备的不稳定，例如温湿度的差别跨度大容易引起硬件设备上机械部位的敏感，从而导致该技术无法按照预期要求。
国内外对于远程监控技术的研究在不断深入中，逐渐解决了技术上的难点。
网络通信技术作为远程监控技术中最为关键的一部分，在其发展历史上，由于当时理论技术的欠缺，使得系统只采用简单的FTP技术，导致数据的传输量，系统的可靠性和安全性大打折扣。
结合网络通讯技术可以弥补其技术存在的不足。
如今早已突破技术屏障的温度监控技术，已经具备了建设成本低廉，控制距离远，信息处理能力强，操作简易，适合大规模应用的诸多优点，并且逐渐渗透到日常生活，工业生产和科学研究等不同的领域。
1.4论文的总体框架
基于WEB的远程监控系统的结构框架如图1-1所示：
图1-1基于WEB的远程监控系统的总体框架A
图1-1基于WEB的远程监控系统的总体框架B
本文分为七章，第一章着重论述了基于WEB的远程温度监控系统的研究意义、国内外研究现状和发展趋势；第二章对远程监控系统进行整体介绍分析；第三章主要介绍了系统数据库及其设计；第四章围绕监控系统的WEB管理平台展开技术分析，分别介绍了WEB服务器和网页语言；第五章重点介绍了管理平台网页的设计工作；第六章就系统的性能进行调试、分析；第七章总结课题的研究工作，并阐述了系统的不足和优点。
第二章基于WEB的远程温度监测控系统
2.1基于WEB的远程温度监控系统的结构
远程温度监控技术是由计算机技术、网络技术和控制技术三种不同技术结合在一起的，是集数据采集、数据监测和控制等功能于一体的技术。
远程温度监控系统按照功能可分为三层结构体系：
现场监控层、数据库和WEB用户端[2]。
现场监控层是整个远程监控系统的基础，由硬件电路、单片机和传感器等设备在内的硬件设施组成。
单片机通过LabVIEW读取指令，控制着传感器对现场温度进行实时的信息采集，进而上传至数据库服务器层。
数据库即MySQL数据库，数据库把现场监控层传输的数据进行处理存储，整合管理，实现对参数的监测。
数据库相当于现场监控层和WEB用户端之间的通讯桥梁，它接收来自WEB浏览器层的数据库操作请求，继而向下位端的现场监控层发送控制指令，以此来实现信息的共享和交互，最后把结果返回给WEB用户端。
WEB用户端是远程温度监控的核心，包含WEB服务器和用户端，是整个监控系统面对用户的窗口。
用户端的信息来源和指令下达都基于WEB的可视界面，用户通过浏览器上的身份验证，就可以进行各种信息获取和指令发送。
WEB服务器接受用户的请求，对现场监控层下达操作指令，根据信息情况再将结果返回用户端。
基于WEB的远程监控系统的结构如图2-1所示：
图2-1远程监控系统的拓扑图
2.2系统监控现场的技术分析
现场监控层作为系统的构建基础，为系统整体功能的的实现提供技术支持，在整个系统中具有重要的作用。
现场监控层包含下位机部分，而下位机部分则由单片机、传感器和硬件电路等硬件设备组成，本节主要针对现场监控的硬件电路和LabVIEW软件进行分析。
硬件电路是现场监控部分下位机的重要组成部分之一，包含单片机主控制电路、温度采集电路和显示电路。
主控电路是整个电路的核心，单片机具备控制现场温度的采集、转化、和发送等诸多功能。
在温度采集电路中，硬件设备上的传感器直接与单片机进行内部连接，完成温度的采集和数据的处理。
系统将采集后的数据，通过十进制的转换，再由显示电路将其显示，也可呈现在LabVIEW语言编写的VI虚拟仪器面板上，即图形用户界面。
LabVIEW是一种图形化编辑语言。
它的主要作用体现在以下几个部分：
接收下位机上传的数据、进行数据的处理及显示、将数据存入数据库、从数据库获取命令发送至单片机以供MCU调用执行命令。
LabVIEW中利用VISA与单片机进行通信，获取单片机发送上来的数据，同时也可以将命令语句通过串口发送给单片机进行执行。
而LabVIEW将数据存入数据库、从数据库获取命令，这些交互过程都必须通过LabSQL来完成。
LabSQL是一个在LabVIEW的基础上开发的数据库工具包。
它不仅是免费的软件，而且由于优秀的跨平台性，使之兼容多种不同的数据库，包含MySQL、Oracle等。
本文选择MySQL作为数据库，通过SQL语言，LabSQL能访问MySQL，以及根据要求对数据库进行不同操作。
LabSQL的重要特点在于简单易懂，用户无需彻底掌握SQL语言的情况下，只需要初步的学习就能进行简单的编程也可以对数据库进行访问和读写。
LabVIEW图形化用户界面如图2-2所示：
图2-2LabVIEW图形化用户界面
2.3远程温度监控系统的工作模式
监控系统中，单片机根据设定的间隔时间，由单总线向传感器发送采集温度数据的命令；通过LabVIEW处理温度信息，再将其上传到后台数据库；经由服务器向用户端传输温度信息，用户端收到信息后，显示在浏览器上；这样用户就可以通过网络进行监控生产过程中的各种运行参数和数据信息，用户可以异地远程监控现场信息并调度指令，既省时又省力，降低了各种运营成本。
因此数据的及时采集，实时传输，对于管理者来说，数据的准确性有利于决策判断。
而系统和资源的不断更新升级，对于可拓展性要求较高。
目前，工业网络的远程监测模式一般采用B/S（浏览器/服务器）模式。
B/S模式运用成熟的WEB技术，其最大的优点在于其为用户提供了良好的信息呈现功能，也统一了用户端的界面风格。
WEB服务器可以把诸如文本、图形等信息集中呈现在查询界面上，方便用户的使用，避免用户端软件升级附带的纷繁操作[6]。
B/S模式下，当用户端向WEB发送请求，WEB接收之后，转接给数据库，数据库再根据内部信息，验证指令的合法性。
由于网络技术的日渐成熟，B/S模式可以多层覆盖，顾名思义就是，计算机上可以加载多层嵌套的B/S监控模式。
相对于单层B/S模式，多层结构在功能大同小异的情况下，提高了系统的均衡性和灵活性。
因为浏览器和服务器之间的传输信息量有限，多层结构修改了服务器的应用逻辑和兼容性，实现系统的跨平台应用，也使系统具有较好的连接缓冲的性能，可以满足不同管理需求。
第三章基于WEB的远程温度监控系统数据库的设计
远程温度监控系统工作过程中，单片机根据用户下达的指令，控制传感器采集实时温度数据，LabVIEW接收下位机传输的数据，再上传至数据库，进行整理存储。
因而，选取性能优异的数据库作为系统的后台数据管理器，对于用户的信息获取和决策判断都具有十分重要的意义。
作为开放性的平台，远程监控系统支持Windows系统中不同类型的数据库。
常见的数据库有MySQL和Oracle。
3.1远程温度监控系统数据库的对比分析
MySQL作为一款开放源码、免费的数据库管理系统。
MySQL支持标准的结构化查询语言，提供了包括数据的存取、增加、修改、删除或更加复杂的数据操作，在Windows上运行时不会与系统发生冲突，具有查询快速，功能齐全，管理方便，可靠性强等优点。
对于不同的操作系统，MySQL提供了不同版本，而且版本不断更新，很多优秀的网站或工业用局域网都是以MySQL作为后台数据库[12]。
同样，Oracle具有类似于MySQL的基本功能。
Oracle数据库适用性强，可应用于不同的开发环境，数据库分布性能好，操作简易。
相比MySQL，虽然Oracle在处理大数据方面更稳定，处理速度更快，能更有效的存储程序数据，但是价格昂贵是Oracle的一大缺点，不适合被大规模应用，而且MySQL优秀的跨平台性使得用户在系统操作上更方便，避免了Oracle配置复杂带来的繁琐。
因此，选取MySQL作为远程温度监测系统的后台数据库，与Apache、PHP可以组成性能优秀的开发环境。
3.2远程温度监控系统数据库和数据表的创建
根据用户和系统信息存储的需求，可以在MySQL中建立多个数据库和数据表来分类存储不同信息。
通过SQL语句中的create权限建立数据库rmcdb，rmcdb数据库下建立多个数据表，包括温度数据表Temp_tb、登录数据表Login_tb和控制指令表Command_tb。
数据库可以自由添加、删除和修改数据表，由此系统就在监控过程中能针对特定数据进行存储、修改或调用，不会产生任何遗漏，提高了系统的可靠性[12]。
远程监控系统和数据库的关系如图3-1所示：
图3-1远程监控系统和数据库的关系图
（1）温度数据表管理
温度数据信息需要专门的参数数据表，将其与时间参数相对应。
用户根据需求可以随时调出数据并加以修改和保存。
温度数据表下设3个字段，如表3-1所示：
表3-1温度数据表
字段
序号
时间
温度
字段名
num
time
temp
类型
INT（4）
DATETIME
FLOAT（10）
属性
NOTNULL
PRIMARYKEY
AUTO_INCREMENT
NOT
NULL
NOT
NULL
在该数据表内可以删除、增加或者修改各个字段，但权限归管理者所有，用户只能读取或调用其中的数据。
当需要查看某一时刻的实时温度，用户可以通过查询方式调用上述数据库中数据表的信息来进行确认；继而通过LabVIEW向现场监控设备下达控制指令。
（2）登录数据表管理
登录数据关系到系统的安全性，在数据库中建立额外的参数表，表中设置不同的字段用于区分不同访问级别的用户。
登录数据表设有2个字段，如表3-2所示：
表3-2登录数据表
字段
用户名
密码
字段名
username
password
类型
VARCHAR（20）
INT（10）
属性
NOTNULL
UNIQUEKEY
NOTNULL
管理者也可自行增减表中的用户数量，或者定期修改其密码，保证系统的安全性。
WEB服务器通过识别不同的用户名和密码来限制登陆者的访问权限。
（3）控制指令表管理
为了方便LabVIEW识别与发送指令，数据库增设一个指令参数表。
该表只有一个整型的字段用于存放指令（见表3-3）。
用户拥有指令发送和接收的权限。
值得注意的是，因为硬件设备的不足，LabVIEW无法一次性读取控制数据表中的多个指令，只能一次一个，所以创建该数据库时，额外编写一个SQL语句，添加了删除功能，即每次下达指令时把先前的数据一并删除，使得表中只有一个数据供LabVIEW读取。
表3-3控制指令表
字段
指令
字段名
command
类型
INT（4）
属性
NOTNULL
MySQL数据库作为WEB用户端与现场监控层的交互通道，在监控系统中发挥着枢纽的作用。
用户根据监控需求可以自由搭建数据库，而无需通过XML或者TXT等第三方的中转文件进行双方通讯。
不仅提高了系统的灵活性，也使得后期的WEB网页开发和前端的平台搭建变得更加简洁方便。
第四章远程温度监控系统WEB管理平台的技术分析
WEB管理平台的搭建为用户提供方便易用的可视化操作界面，用户可以实时了解监测现场的情况，支持用户异地远程对监测系统进行操控，从而根据信息及时决策。
管理平台不仅增强了温度数据的集中程度，也提高了信息处理的效率。
监控系统WEB管理平台的架设包括WEB服务器的搭建，WEB网页的设计，WEB网页与后台数据库的动态交互。
WEB管理平台的结构示意如图4-1所示：
图4-1WEB管理平台的结构图
4.1WEB服务器的对比分析
一个优秀的远程监控系统WEB管理平台需要一款性能优异的WEB服务器作为搭建基础。
目前，常见的WEB服务器有Apache、IIS和Nginx。
Apache是当前非常流行的WEB服务器软件之一，也是一款开放源码的网页服务器，被广泛地使用在不同的计算机操作系统上。
Apache的核心是通过使用代码来实现的，支持HTTP通信协议。
现在的动态网站一般包含数据存储、数据查询和用户请求的处理。
Apache不仅是免费的软件，而且拥有很好的稳定性，WEB服务器即使不停运转，服务器也不会出现停机的状态[5]。
Nginx拥有Apache相似的功能。
Nginx虽然占用比较小的服务器内存，处理速度快，但是nginx更适合大型网站的开发，如新浪网、腾讯网等。
而且Nginx容易产生系统漏洞，稳定性不如Apache，其配置过程也比较复杂。
同样，IIS的扩展性相比Apache和nginx稍好，稳定性能与Apache相当，虽然IIS组件是由Windows操作系统集成的，但其版本的安全性存在隐患。
另外，昂贵的价格让越来越多的用户选择Apache来搭建网站。
Apache的配置过程中最重要的一项工作。
指定好文件的根目录，把写好的HTML网页或PHP网页放在根目录里，即可在WEB浏览器上运行网页。
本文选择IE7.5作为Apache的搭建平台。
Apache的安装配置效果如图4-2所示：
图4-2Apache的安装配置
4.2网页的基本组成元素
众所周知，网页设计归根结底就是网页语言的
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