糧食物流園區設備間溫濕度監測技術IP化研究

閻磊 馬宏琳

摘 ?要：大型糧食物流園區建設是糧食現代物流的重要發展方向，基于TCP/IP協議架構的網絡綜合布線是糧食物流園區建設的基礎性工程，網絡機房設備間是綜合布線的重要組成部分，有效監測其環境運行溫濕度是保障整個園區計算機網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，將傳統的RS485溫濕度監測手段和TCP/IP協議結合起來，發揮設備間TCP/IP協議接入的優勢，構建了B/S架構的設備間溫濕度監測系統，對系統的設計分析和實現過程進行了說明，給出了應用實例，效果良好。

關鍵詞：TCP/IP;溫濕度;Socket

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）02-0016-03

Abstract： The construction of large-scale grain logistics park is an important development direction of modern grain logistics. Network integrated wiring based on TCP/IP protocol architecture is the basic project of grain logistics park construction. Network equipment room is an important part of integrated wiring， effectively monitoring its environment. Operating temperature and humidity arean important basis for ensuring the normal operation of the entire campus computer network. In this paper， the IP method of temperature and humidity detection technology between devices is studied. The traditional RS485 temperature and humidity monitoring method and TCP/IP protocol are combined to take advantage of the TCP/IP protocol access between devices， and the B/S architecture device is constructed. The inter-temperature and humidity monitoring system explains the design analysis and implementation process of the system.

Keywords： TCP/IP; temperature and humidity; Socket

引言

國家發展改革委2007年發布的《糧食現代物流發展規劃》中明確提出“發展糧食現代物流，實現糧食散儲、散運、散裝、散卸（即‘四散化）的變革，提高糧食流通自動化、系統化和設施現代化水平，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[1]。”國務院2014年發布的《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業基礎設施抓緊建設[2]。”大型糧食物流園區建設是實現“四散化”目標的重要載體，是推進“糧安工程”建設的有效途徑。

近年來，我國各糧食物流重要節點紛紛建立了大型的糧食物流園區，在這些園區建設中，信息技術得到了廣泛應用，計算機網絡綜合布線作為信息技術的基礎工程，也得到了廣泛應用。網絡機房設備間是在每一幢大樓的適當地點設置電信設備和計算機網絡設備、以及建筑物配線設備、進行網絡管理的場所[3]，為了保證數據和網絡通信的暢通，設備間的設計、建設、運行管理均有嚴格的規范要求。國家標準《建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范》（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[3]，設備間內的各種設備也要求明確的溫濕度運行環境以便保證設備的正常運行。

在大型糧食物流園區建設中，對網絡核心機房的環境要求比較注重，一般都配備了較好的精密空調等環境設備，但是在大量接入設備間內，往往沒有配置精密空調等環境設備，也沒有溫濕度的實時監控設備，常常采取維護人員到現場測量環境溫濕度。對大量設備間的溫濕度監控缺失，容易出現因溫濕度超標引起設備運行故障，而溫濕度監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測系統，實現對環境溫濕度的實時監測。

1系統分析及設計

大型糧食物流園區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據，并能夠通過某種途徑傳輸至遠端的數據采集中心，并進行輸出顯示，對于超過閾值的數據還應該能夠進行報警。

通過上述分析，系統應包括前端數據采集、傳輸網絡、后端數據存儲處理、終端數據查詢顯示等幾個層次。

其中“前端數據采集”在最底層，負責在上層程序控制下完成溫濕度數據的采集，目前，常見的溫濕度傳感器大都采用工業控制的RS485或RS232串行通訊協議和接口形式，一般采用MUDBUS協議進行數據通信，難以進入TCP/IP網絡。近年來，工業現場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的以太網接口，實現TCP/IP協議和串口通訊協議的雙向轉換，從而將串口設備接入到標準的TCP/IP網絡中來，常見的轉換設備即串口服務器設備;

“傳輸網絡”是進行控制指令和數據傳輸的鏈路和通道;“后端數據存儲處理”負責向前端發送數據采集指令，讀取接收采集的數據，對數據進行存儲和處理，為終端查詢顯示提供服務，此外還負責系統參數配置和管理;“終端數據查詢顯示”負責向維護人員和管理人員提供系統使用界面，用于人機交互。

系統結構圖如圖1所示。

在設備間內，一般布置有網絡交換設備，可以提供方便的計算機網絡接入，通過TCP/IP協議進行數據傳輸，構建起基于TCP/IP協議的機房溫濕度監測系統，從而實現遠程檢測。

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絡中。能夠將RS-232/485/422等串口協議轉換成TCP/IP以太網網絡協議接口，從而實現對用戶的串口與網絡接口的雙向數據完全透明傳輸。這樣，串口設備也就具備了TCP/IP網絡接口功能，連接以太網進行數據通信，極大延伸串口設備的通信距離。

后端數據存儲處理、終端數據查詢顯示等采用基于B/S（Browser/Server）架構的系統設計，通過HTTP等高層協議實現數據訪問。

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

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據，通過串口服務器轉換成TCP/IP協議接入計算機網絡，再由后端數據存儲處理程序應用Socket套接字編程進行數據讀取。

通過上述分析，整個系統可以分為若干功能模塊，分別對應各個邏輯層次，系統功能模塊圖如圖2所示。

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

2 系統實現

采集和傳輸過程的系統實現核心是TCP/IP協議的Socket套接字編程。為了區別不同的應用程序進程和連接，許多計算機操作系統為應用程序與TCP/IP協議交互提供了稱為套接字（Socket）的接口，區分不同應用程序進程間的網絡通信和連接。美國加州大學伯克利分校發布的UNIX4.2 BSD系統首先使用了套接字Socket技術來加強網絡通信功能[4]，并成為事實上的網絡套接字標準。

要通過互聯網進行通信，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（監聽）某個端口是否有連接請求，Client端向Server 端發出Connect（連接）請求，Server端向Client端發回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：

●創建Socket;

●打開連接到Socket的輸入/出流;

●按照一定的協議對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），在后端數據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進制的溫濕度數據，經過轉換后得到10進制的溫濕度數據。

如接收到的16進制數據為：

02 92 01 0D A2

其中，“02 92”是濕度數據，“01 0D”是溫度數據，“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℃。

本文采用JAVA平臺作為主開發平臺，通過Socket讀取溫濕度數據的部分程序代碼如下：

//創建Socket連接

TempRHSocket = new TempRHSocket（host，port）;

//打開連接到Socket的輸入/出流

TempRHSocketReader = TempRHSocket.getInputStream（）;

TempRHSocketWriter = TempRHSocket.getOutputStream（）;

//按照一定的協議對Socket進行讀/寫操作

TempRHSocketReader.read（receive_TRH）;

TempRHSocket.close（）; //關閉Socket

intTemp = 0;

str = "";

intTemp = receive_TRH[0] >= 0 ？ receive_TRH[0] ： 256 + receive_TRH[0];

str = str+Integer.toHexString（intTemp）;

lX = Long.parseLong（str，16）;

Temp = lX*10; ?//計算溫度

intTemp = 0;

str = "";

intTemp = receive_TRH[1] >= 0 ？ receive_TRH[1] ： 256 + receive_TRH[1];

str = str+Integer.toHexString（intTemp）;

lX = Long.parseLong（str，16）;

RH = lX; ? //計算濕度

讀取到的溫濕度數據寫入數據庫中的TF_Info數據表中。后端數據存儲處理程序采用B/S架構進行數據處理，最終向用戶提供基于WEB的訪問方式。

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，具有分布性特點，業務擴展簡單方便，維護簡單，開發便捷等特點。

程序主要界面如圖3所示。

3 結束語

大型糧食物流園區設備間溫濕度監測是確保機房設備間運行環境的前提，將布置在前端溫濕度傳感器接入網絡中，并通過TCP/IP協議對傳感器進行數據讀取，可以方便快捷地獲取到溫濕度數據，從而盡早發現因環境溫濕度導致的設備故障。通過建立基于B/S架構的系統軟件，實現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的廣泛使用，效果良好。

串口服務器作為工業現場IP化設備的出現，使得基于TCP/IP協議控制遠端串口設備成為可能，因此，開展基于TCP/IP協議的機房設備間溫濕度監測研究研究將有助于提高設備運行環境監測能力，更好地滿足信息化管理維護的需求。

參考文獻：

[1]國家發展改革委關于印發糧食現代物流發展規劃的通知（發改經貿 [2007] 2136號）[EB/OL]. http：//www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/200708/t20070830_579684.html.

[2]國務院關于建立健全糧食安全省長責任制的若干意見國發〔2014〕69號[EB/OL]http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-01/22/content_9422.htm.

[3]GB/T 50311-2000.建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范[S].2000.

[4]David Coffield， Doug shepherd， Tutorial Guide to UNIX Sockets fro Network Communications， Computer Communication[J]. Vol.10， No.1， Feb.1987，PP21-29.

[5]劉啟文，孫傳林.TCP/IP協議網絡通信Socket結構的設計與應用[J].微型機與應用，1993（12）：31-33.

[6]Behrouz A.Forouzan， TCP/IP Protocol Suite， Fourth Edition[M]. McGraw Hill Higher Education，2009.

[7]陳昊鵬.Java編程思想（第4版）[M].機械工業出版社，2007.

[8]Elliotte Rusty Harold， Java Network Programming， Third Edition[M]. O' Reilly Media， Inc.，2004.