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1、太原理工大学 硕士学位论文 基于“组态王“的无线冰水情远程监测管理系统的设计与应用 姓名：孙鹏 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：秦建敏 20100401 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 基于“组态王”的无线冰水情远程监测管理系统的设计与应用 摘 要 本课题是在山西省留学回国人员科研重点资助项目“山西省全天候流 域河道水情遥测系统（项目编号: 2007-2） ”资助下完成的一项科研成果工 程转化应用研究。 论文基于太原理工大学测控技术研究所多年来在冰生消、冰水情自动 化监测方面所取的研究成果，以国家水文重点报汛站滹沱河忻州南庄水 文站、山西省水文重点报汛站汾河流域太原市娄烦县境内的河岔
2、水文站 和汾河水库水文站冰水情自动测报管理系统的建设为应用背景，结合国内 外冰水情监测技术现状，以组态软件为开发平台，融合移动通信数据传输 及图像信息处理等技术设计了一种可应用于大面积流域多监测点环境下的 无线冰水情远程监测管理系统。该系统软件采用国产组态软件“组态王 6.53” ， 利用GSM调制解调器和网络摄像机， 并借助于移动通信中GSM/GPRS 数据传输技术实现了采集数据的无线远程通信；接收到的数据信息被存放 到监控中心PC管理微机数据库中，运用Microsoft Access进行数据管理备存 储、查询，并通过工控软件组态王对数据进行分析和处理，生成相关的报 表及图表，实现了对冰水情
3、数据与图像信息的网络化远程自动监测管理功 能。 冰水情远程监测管理系统主要由两部分组成: 现场冰水情数据采集终 端系统和数据采集管理中心信息监测管理系统，本课题重点研究了数据采 集管理中心信息监测管理系统的设计及 “组态王6.53” 软件的二次开发过程。 论文主要包括以下几个方面的内容： 1)从整体上介绍课题的研究背景及技术现状， 在此基础上通过阅读大量 文献资料给出了无线冰水情远程监测管理系统整体结构设计方案及其工作 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 原理。 2)简要介绍数据采集管理中心信息监测管理系统的设计方案及相关技 术，包括软件开发平台、通信模块及GSM/GPRS通信技术；并对组成
4、数据 采集管理中心信息监测管理系统的GSM通信模块、无线视频采集模块、基 于“组态王”软件开发的功能模块和后台数据库等进行了讨论与分析。 3)从文本数据的接收及处理、视频图像的采集、画面及数据的Web发布 等三个方面对监控中心信息监测管理软件的编制过程进行了详细介绍。 4)对监测系统在实际工程中的应用情况进行了介绍并对整个系统的设 计工作进行了分析总结。 本论文设计的系统作为 “基于空气、冰与水物理特性的河道冰水情自 动测报应用技术研究”的科研应用成果，已在“山西省全天候流域河道水 情遥测系统”和“太原市汾河河道全天候水情遥测系统”等水利工程中得 到了实际应用。2009年5月该应用成果通过了山
5、西省科技厅组织的专家鉴 定，取得了很好的经济与社会效益。结合本项目的研制，论文作者与项目 组其他同学合作完成的“基于空气、冰与水物理特性差异的冰水情连续自 动测报系统”科技作品参加了第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科 技品竞赛，获得世博会专项竞赛一等奖。 关键字：冰水情监测, GSM/GPRS, 无线视频采集, 组态王 太原理工大学硕士研究生学位论文 III THE DESIGN AND APPLICATION OF ICEuid=;pwd=“); 其中数据 ID 是内存 整型变量，用来保存 SQLConnect()函数为每个数据库连接分配的一个数值 2 。通信成功 后执行此函数，查询的数
6、据信息将存储在数据库的相应表格中。 记录体“水文记录“，是将数据库表格中的变量和组态王数据词典中的变量进行连 接，其中定义了六个字段：日期、水位、冰厚、水面温度、水下温度、毫秒（组态王中 系统变量$毫秒） 。 组态软件要求必须保持记录体中字段的顺序和数据库中表格的顺序一 致， “毫秒”字段也是必须存在。因此，在创建数据库里的字段时，并须是对应的六个 字段。其中，日期的类型只能是日期/时间型，否则将不会被调用。 太原理工大学硕士研究生学位论文 23 通过以上设置，才能使组态王中的控件、按钮等与数据库进行数据通讯。 系统中使用的数据全部存放在 Microsoft Access 数据库中， 在组态王
7、中使用 KVADODBGrid 控件的一系列方法访 问数据库中的数据。在组态王中的实现步骤如下： 1) 在组态王的工具箱中选择“插入通用控件” ，在图 4-3 中选择 KVADODBGrid Class； 图 4-3 组态王中的 KVADODBGrid 控件 Fig.4-3 KVADODBGrid control configuration of Kingview 2) 选中该控件，单击右键选择控件属性，弹出图 4-4 所示对话框 图 4-4 连接数据表对话框 Fig.4-4 Dialog of linking data-tabel 太原理工大学硕士研究生学位论文 24 3)在次对话框中选择已
8、经建好的数据源：水文数据源，并且选择相应的表名称，添加相 应的有效字段后点击确定，将组态王画面保存。 4）运行组态王点击“显示数据”按钮后将如下图 4-5 所示： 图 4-5 数据显示界面 Fig.4-5 Interface of data display ? 实现“数据显示”的命令语言如下： 站点 14 控件.Where=“order by 日期 ASC“; 站点 14 控件.FetchData(); 站点 14 控件.FetchEnd(); ? 点击“历史查询” ，将弹出下图 4-6 所示画面。 图 4-6 输入历史查询日期界面 Fig.4-6 Interface of Enter the
9、 date of the historical query 若通信设备出现故障不能及时调回信息， 当恢复正常后可通过上位机的组态王软件进行 历史查询，以便及时准确的获得水情信息。本系统中规定“查找年月日 时”为历史查询的命令字，即按格式要求在图 4-6 中的文本框中输入要查询的日期 太原理工大学硕士研究生学位论文 25 （08060820 表示 08 年 06 月 08 日 20 时） ，然后点击“确定”按钮，将返回图 4-1 所示 的界面进行数据的采集并显示，同时将数据存储在数据库中。实现历史查询的命令语言 如下： write=“AA02“+add3( 本站点 站点号码)+ “67E5627
10、E“+add003(year)+“5E74“+add003(month)+“6708“+ add003(day)+“65E5“+add003(clock)+“65F6“; 其中: “67E5627E“ 为命令字“查找”两字的 Unicode 码； “add003( )“ 为自定义函数； “5E74“ “6708“ “65E5“ “65F6“ 分别为 “年“ “月“ “日“ “时“ 的 Unicode 码。 然后，对接收到的数据进行合适的字符截取并进行转换，以正确的格式显示在通信界面 的文本图形处。实现此功能的程序应在数据改变命令语言中编写（此处仅以水位值的截 取为例）为： long devic
11、e=0; if(device=所选站点) 本 站 点 日 期 =“20“+StrMid( 接 收 数 据 , 30,1)+StrMid( 接 收 数 据 , 32,1)+“/“+StrMid(接收数,34 ,1 )+StrMid(接收数据, 36,1 )+“/“+StrMid(接收数据, 38,1 )+StrMid(接收数据, 40,1 );/截取日期数据 本站点时间= StrMid(接收数据, 42,1)+StrMid(接收数据, 44,1)+“:“+StrMid(接收数 据, 46,1 )+StrMid(接收数据, 48,1 );/截取时间信息 string w= StrMid(接收数据,
12、 50,1)+StrMid(接收数据, 52,1)+StrMid(接收数据, 54,1 )+StrMid(接收数据,56,1 )+“.“+StrMid(接收数据, 58,1 )+StrMid(接收数据, 60,1 );/ 截取水位信息 本站点水位=StrToReal( w ); 本站点日期时间=本站点日期+“ “+本站点时间; 本站点 站点名称=“所选站点“; SQLInsert( 数据 ID, “所选站点数据表“, “水文记录“ ); /执行这个语句将在记录 体下插入变量 其中： StrMid：此函数从指定的位置开始，从一个文字变量中返回指定个数的字符； StrToReal: 此函数将一个由
13、数字组成的字符串转换成一个能用于数字计算的实数 太原理工大学硕士研究生学位论文 26 值； StrLen：此函数返回某一指定的文字变量的长度； SQLConnect()函数实现同数据库的连接。 在成功的实现了通信后，显示的数据将存储在数据库的相应表格中。 3、曲线模块 趋势分析是控制软件必不可少的功能， “组态王”对该功能提供了强有力的支持和 简单的控制方法。历史趋势曲线可显示十六条曲线，它一般与功能按钮一起工作，不但 可以完成历史数据的曲线绘制，还可以实现 ODBC 数据库中记录数据的曲线绘制，而且 在运行状态下，可以实现在线动态增加/删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态 比较、曲线的打
14、印等等。 本系统中的功能界面图如图 4-7 所示： 图 4-7 趋势曲线图 Fig.4-7 Picture of Historical trend curve 4、报警模块 报警窗口是监控管理系统必不可少的部分，是整个系统安全可靠运行的有利保证。 功能界面如图 4-8： 太原理工大学硕士研究生学位论文 27 图 4-8 实时报警窗口 Fig.4-8 Real-time alarm window 本监控中心软件能检测到非正常信号的发生（报警发生） ，当系统中的某些水位值 超过了所规定的界限时，将在实时报警窗口中显示相应的报警信息，供工作人员及时查 阅，进行相应的防范措施。 4.2 视频图像的采集
15、 由于 GPRS 网和互联网都是基于 IP 协议的,并且相互连接,因此,水文监控中心只要 通过任意方式上网,即可将水文数据信息传到监控中心。 根据监测现场的实际情况， 本系 统采用公网动态 IP+DNS 解析服务将监控中心连接到 Internet，采集站直接向监控中心 发起连接，大大节约公网固定 IP 的费用。下面对 GPRS 终端设备-网络摄像机在本系 统中使用进行介绍。 一、 无线路由器设置 1、 在 PC 机上增加与无线路由器同一网段的不同IP 地址， 登录到无线路由器页面进行 设置。如图4-9所示： 太原理工大学硕士研究生学位论文 28 图 4-9 无线路由器设置示意图 Fig.4-9
16、 Schematic diagram of the wireless router settings 2、 打开路由器的无线网络设置页面，先将“无线端”使能激活，无线网络 ID 即为无 线路由器在网络中的识别号，可根据用户需要自由设定。 3、 设置完成后点击执行命令，保存最新的配置信息。 二、 设备端设置 1、 先将设备使用有线IP 地址和PC 机一起接入到无线路由器组成一个独立的网络。 2、 在 PC 上打开IE，输入设备的有线IP 地址，默认为：192.168.1.108 ，登录到设备 的WEB 页面。如图4-10所示: 太原理工大学硕士研究生学位论文 29 图 4-10 WEB 登录界面 Fig.4-10 Interface of web login 3、 在WEB 端“网络设置”的“以太网”选项中选择“端口 02”，端口02 即为无线网 卡。设置设备的无线IP 地址、子网掩码、网关等信息，将设备的无线IP 地址设为：
