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 摘要：大型糧食物流園區(qū)建設是糧食現(xiàn)代物流的重要發(fā)展方向，基于TCP/IP 協(xié)議架構的網(wǎng)絡綜合布線是糧食物流園區(qū)建設的基礎性工程，網(wǎng)絡機房設備間是綜合布線的重要組成部分，監(jiān)測其環(huán)境運行溫濕度是保障整個園區(qū)計算機網(wǎng)絡正常運行的重要基礎。文章研究了設備間溫濕度檢測技術的IP化方法，將傳統(tǒng)的RS485 溫濕度監(jiān)測手段和TCP/IP協(xié)議結合起來，發(fā)揮設備間TCP/IP協(xié)議接入的優(yōu)勢，構建了B/S 架構的設備間溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)的設計分析和實現(xiàn)過程進行了說明，給出了應用實例，效果良好。

引言

國家發(fā)展改革委2007 年發(fā)布的《糧食現(xiàn)代物流發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“發(fā)展糧食現(xiàn)代物流，實現(xiàn)糧食散儲、散運、散裝、散卸（即‘四散化’）的變革，提高糧食流通自動化、系統(tǒng)化和設施現(xiàn)代化水平，對提高糧食流通效率，降低糧食流通成本，保障國家糧食安全具有重要意義。”2014年發(fā)布的《關于建立健全糧食安全省長責任制的若干意見》（“糧安工程”）中也指出要“組織實施糧食收儲供應安全保障工程，將糧食倉儲物流設施作為重要農(nóng)業(yè)基礎設施抓緊建設。”大型糧食物流園區(qū)建設是實現(xiàn)“四散化”目標的重要載體，是推進“糧安工程”建設的途徑。

近年來，我國各糧食物流重要節(jié)點紛紛建立了大型的糧食物流園區(qū)，在這些園區(qū)建設中，信息技術得到了廣泛應用，計算機網(wǎng)絡綜合布線作為信息技術的基礎工程，也得到了廣泛應用。網(wǎng)絡機房設備間是在每一幢大樓的適當?shù)攸c設置電信設備和計算機網(wǎng)絡設備、以及建筑物配線設備、進行網(wǎng)絡管理的場所，為了保證數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡通信的暢通，設備間的設計、建設、運行管理均有嚴格的規(guī)范要求。國家標準《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB/T 50311-2000）中明確了設備間的溫濕度要求：設備間室溫應保持在10~30℃之間，相對濕度應保持10%~80%，并應有良好的通風，設備間內(nèi)的各種設備也要求明確的溫濕度運行環(huán)境以便保證設備的正常運行。

在大型糧食物流園區(qū)建設中，對網(wǎng)絡核心機房的環(huán)境要求比較注重，一般都了較好的空調(diào)等環(huán)境設備，但是在大量接入設備間內(nèi)，往往沒有配置空調(diào)等環(huán)境設備，也沒有溫濕度的實時監(jiān)控設備，常常采取維護人員到現(xiàn)場測量環(huán)境溫濕度。對大量設備間的溫濕度監(jiān)控缺失，容易出現(xiàn)因溫濕度超標引起設備運行故障，而溫濕度監(jiān)控不到位也使維護人員卻難以預知此類故障。因此，有必要建立一套覆蓋所有設備間的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測。

1系統(tǒng)分析及設計

大型糧食物流園區(qū)的眾多機房設備間一般分布在不同建筑物的不同樓層、不同位置，相互間距離遠，需要在各個設備間安裝溫濕度采集設備，采集實時的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并能夠通過某種途徑傳輸至遠端的數(shù)據(jù)采集中心，并進行輸出顯示，對于超過閾值的數(shù)據(jù)還應該能夠進行報警。

通過上述分析，系統(tǒng)應包括前端數(shù)據(jù)采集、傳輸網(wǎng)絡、后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等幾個層次。

其中“前端數(shù)據(jù)采集”在底層，負責在上層程序控制下完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集，目前，常見的溫濕度傳感器大都采用工業(yè)控制的RS485 或RS232 串行通訊協(xié)議和接口形式，一般采用MUDBUS 協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，難以進入TCP/IP 網(wǎng)絡。近年來，工業(yè)現(xiàn)場IP 化趨勢日漸明顯，即采用串口轉換設備將RS485或RS232接口轉換為RJ45的以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和串口通訊協(xié)議的雙向轉換，從而將串口設備接入到標準的TCP/IP網(wǎng)絡中來，常見的轉換設備即串口服務器設備；

“傳輸網(wǎng)絡”是進行控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溌泛屯ǖ溃?ldquo;后端數(shù)據(jù)存儲處理”負責向前端發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，讀取接收采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲和處理，為終端查詢顯示提供服務，此外還負責系統(tǒng)參數(shù)配置和管理；“終端數(shù)據(jù)查詢顯示”負責向維護人員和管理人員提供系統(tǒng)使用界面，用于人機交互。

系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

在設備間內(nèi)，一般布置有網(wǎng)絡交換設備，可以提供方便的計算機網(wǎng)絡接入，通過TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，構建起基于TCP/IP協(xié)議的機房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程檢測。

前端采集設備考慮采用具有RS232 接口的溫濕度傳感器，通過串口服務器設備接入計算機網(wǎng)絡中。能夠將RS-232/485/422 等串口協(xié)議轉換成TCP/IP 以太網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議接口，從而實現(xiàn)對用戶的串口與網(wǎng)絡接口的雙向數(shù)據(jù)*透明傳輸。這樣，串口設備也就具備了TCP/IP網(wǎng)絡接口功能，連接以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，延伸串口設備的通信距離。

后端數(shù)據(jù)存儲處理、終端數(shù)據(jù)查詢顯示等采用基于B/S（Browser/Server）架構的系統(tǒng)設計，通過HTTP等高層協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。

對于采集的數(shù)據(jù)，在后端數(shù)據(jù)存儲處理中采取數(shù)據(jù)庫存儲方式，通過對數(shù)據(jù)的分析，得到主要數(shù)據(jù)表（TF_Info）結構如表1所示。TF_Info數(shù)據(jù)表存儲采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，由4個字段組成，TFID 表示所采集的傳感器ID號，Temp表示采集的溫度數(shù)據(jù)，RH表示采集的濕度數(shù)據(jù)，Time表示采集溫濕度數(shù)據(jù)的采集時間。

表1 TF_Info數(shù)據(jù)表結構

具有RS232接口的溫濕度傳感器可以通過16進制指令讀取溫濕度數(shù)據(jù)，通過串口服務器轉換成TCP/IP協(xié)議接入計算機網(wǎng)絡，再由后端數(shù)據(jù)存儲處理程序應用Socket 套接字編程進行數(shù)據(jù)讀取。通過上述分析，整個系統(tǒng)可以分為若干功能模塊，分別對應各個邏輯層次，系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

其中，系統(tǒng)管理用于管理用戶信息、權限設置、密碼管理等功能；參數(shù)設置用于訪問地址、連接速率等；設備管理用于設備名稱、設備地址、設備端口、設備狀態(tài)等設備信息管理；數(shù)據(jù)查詢可以按照多條件進行溫濕度數(shù)據(jù)的查詢；預警管理可以設置預警閾值、查看預警報警信息等；統(tǒng)計分析可以按照多條件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析；日志管理用于記錄系統(tǒng)日志。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

采集和傳輸過程的系統(tǒng)實現(xiàn)核心是TCP/IP 協(xié)議的Socket套接字編程。為了區(qū)別不同的應用程序進程和連接，許多計算機操作系統(tǒng)為應用程序與TCP／IP 協(xié)議交互提供了稱為套接字（Socket）的接口，區(qū)分不同應用程序進程間的網(wǎng)絡通信和連接。美國加州大學伯克利分校發(fā)布的UNIX4.2BSD 系統(tǒng)首先使用了套接字Socket 技術來加強網(wǎng)絡通信功能，并成為事實上的網(wǎng)絡套接字標準。

要通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信，至少需要一對套接字，一個運行于客戶機端，稱之為ClientSocket，另一個運行于服務器端，稱之為ServerSocket。

Server 端Listen（監(jiān)聽）某個端口是否有連接請求，Client端向Server 端發(fā)出Connect（連接）請求，Server 端向Client端發(fā)回Accept（接受）消息。一個連接就建立起來了。Server 端和Client 端都可以通過Send，Write 等方法與對方通信。

對于一個功能齊全的Socket，都要包含以下基本結構，其工作過程包含以下四個基本的步驟：

●創(chuàng)建Socket；

●打開連接到Socket的輸入/出流；

●按照一定的協(xié)議對Socket進行讀/寫操作；

●關閉Socket。

本文中在串口服務器上設定了工作模式為TCP Server，即服務器端（ServerSocket），在后端數(shù)據(jù)存儲處理中設置為客戶機端（ClientSocket）。

通過Socket連接串口服務器，由串口服務器連接前端溫濕度傳感器獲得16進制的溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉換后得到10進制的溫濕度數(shù)據(jù)。

如接收到的16進制數(shù)據(jù)為：02 92 01 0D A2

其中，“02 92”是濕度數(shù)據(jù)，“01 0D”是溫度數(shù)據(jù)，“A2”是校驗值，校驗位計算：02+92+01+0D=A2。

則濕度：0×163+2×162+9×161+2×160=658，表示濕度為65.8%RH。

則溫度：0×163+1×162+0×161+D×160=269，表示溫度為26.9℃。

B/S結構即瀏覽器和服務器結構，在這種結構下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，具有分布性特點，業(yè)務擴展簡單方便，維護簡單，開發(fā)便捷等特點。

程序主要界面如圖3所示。

圖3 程序主要查詢界面

3 安科瑞智能溫濕度控制器產(chǎn)品介紹

3.1概述

溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。可防止因低溫、高溫造成的設備故障以及受潮或結露引起的爬電、閃絡事故的發(fā)生。產(chǎn)品符合國標GB/T15309-1994。

3.2溫濕度控制器應用原理

溫濕度控制器主要由傳感器、控制器、加熱器（或風扇等）三部分組成，其工作原理如下圖所示：

傳感器檢測箱內(nèi)溫濕度信息，并傳遞到控制器由控制器分析處理：當箱內(nèi)的溫度、濕度達到或超過預先設定的值時，控制器中的繼電器觸點閉合，加熱器（或風扇）接通電源開始工作，對箱內(nèi)進行加熱或鼓風等；一段時間后，箱內(nèi)溫度或濕度遠離設定值，控制器中的繼電器觸點斷開，加熱或鼓風停止。除基本功能外不同型號還帶有斷線報警輸出、變送輸出、通信、強制加熱鼓風等輔助功能。

3.3產(chǎn)品選型

3.4無線通信終端組網(wǎng)

無線通訊組網(wǎng)方式一

無線通訊組網(wǎng)方式二

3.5溫濕度控制器適用范圍

1. 室外端子箱、配電箱的自動加熱除濕，防止端子間爬電引起的各種誤動作事故；
2. 室內(nèi)高壓配電裝置及高壓開關操作機構箱內(nèi)的自動加熱除濕，以防止絕緣爬電而引起的開關誤動作或者溫濕度較高而引起相關設備的老化；
3. 開關機構箱內(nèi)、手車式開關柜、箱變等設備的箱內(nèi)對多個部位進行防潮；
4. 用于其他局部需要自動除濕控溫的場合。

3.6資質(zhì)證書

4 結束語

大型糧食物流園區(qū)設備間溫濕度監(jiān)測是確保機房設備間運行環(huán)境的前提，將布置在前端溫濕度傳感器接入網(wǎng)絡中，并通過TCP/IP協(xié)議對傳感器進行數(shù)據(jù)讀取，可以方便快捷地獲取到溫濕度數(shù)據(jù)，從而盡早發(fā)現(xiàn)因環(huán)境溫濕度導致的設備故障。通過建立基于B/S 架構的系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了溫濕度的遠程檢測，通過在河南、江蘇等地大型糧食物流園區(qū)的廣泛使用，效果良好。串口服務器作為工業(yè)現(xiàn)場IP 化設備的出現(xiàn)，使得基于TCP/IP 協(xié)議控制遠端串口設備成為可能，因此，開展基于TCP/IP 協(xié)議的機房設備間溫濕度監(jiān)測研究研究將有助于提高設備運行環(huán)境監(jiān)測能力，更好地滿足信息化管理維護的需求。