现代检测技术与系统实验报告

现代检测理论大作业

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目 录

1 测控系统的理论基础 .......................................................................................................... 1

1.1 拉格朗日插值 ............................................................................................................... 1

1.2 自然三次样条插值 ....................................................................................................... 1

2 测控系统的感知技术 .......................................................................................................... 4

2.1 传感器的静态特性及主要指标 ................................................................................... 4

2.2 选择镜头的方法 ........................................................................................................... 4

3 基于网络的测控技术 .......................................................................................................... 6

3.1 基于Internet的水库远程监控系统............................................................................. 6

3.1.1 研究背景 ................................................................................................................ 6

3.1.2 系统功能 ................................................................................................................ 6

3.1.3 硬件结构总体设计方案 ........................................................................................ 6

3.1.4 系统软件基本框架 ................................................................................................ 7

3.1.5 软件系统的功能模块 ............................................................................................ 9

3.1.6 远程监控系统中的信息交互 .............................................................................. 10

3.1.7 实时性较低数据的交互 ...................................................................................... 10

3.1.8 实时性数据的交互 .............................................................................................. 10

3.1.9 ActiveX控件的设计 ............................................................................................. 11

3.1.10 数据库访问的实现 ............................................................................................ 11

4 基于无线通信的测控技术 ................................................................................................ 13

4.1 基于无线通信技术的橡胶林防盗系统 ..................................................................... 13

4.1.1 研究背景 .............................................................................................................. 13

4.1.2 橡胶林防盗系统的功能 ...................................................................................... 13

4.1.3 通信模块的设计和通信模式 .............................................................................. 13

4.1.4 电源的设计与保护 .............................................................................................. 14

4.1.5 下位机模块 .......................................................................................................... 15

4.1.6 上位机模块 .......................................................................................................... 15

4.1.7 嵌入式系统或者微机系统终端模块 .................................................................. 16

4.1.8 扩展功能模块 ...................................................................................................... 16

5 基于GPS的测控技术 ....................................................................................................... 18

5.1 GPS定位系统的构成及作用 ...................................................................................... 18

5.2 我国GPS应用领域及在测控领域的应用设计系统 ................................................ 18

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目 录

5.2.1 GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用 ....................................................... 19

6 机器视觉部分 .................................................................................................................... 21

6.1 机器视觉硬件技术 ..................................................................................................... 21

6.2 尺寸测量技术 ............................................................................................................. 22

7 实验部分 ............................................................................................................................ 23

7.1 测量正六边形面积 ..................................................................................................... 23

7.1.1 实验目的 .............................................................................................................. 23

7.1.2 实验原理 .............................................................................................................. 23

7.1.3 实验程序 .............................................................................................................. 24

7.1.4 运行结果 .............................................................................................................. 24

7.1.5 实验结果分析 ...................................................................................................... 25

7.2 图像融合 ..................................................................................................................... 25

7.2.1 实验目的 .............................................................................................................. 25

7.2.2 实验内容 .............................................................................................................. 25

7.2.3 实验原理 .............................................................................................................. 25

7.2.4 实验程序 .............................................................................................................. 26

7.2.5 实验结果 .............................................................................................................. 26

7.2.6 实验结果分析 ...................................................................................................... 27

7.3 光敏电阻应用——声光双控LED实验 ................................................................... 27

7.3.1 实验目的 .............................................................................................................. 27

7.3.2 实验仪器 .............................................................................................................. 28

7.3.3 实验原理 .............................................................................................................. 28

7.3.4 实验内容与步骤 .................................................................................................. 28

7.3.5 实验结果 .............................................................................................................. 28

7.4 硅光电池特性测试实验 ............................................................................................. 29

7.4.1 实验目的 .............................................................................................................. 29

7.4.2 实验仪器 .............................................................................................................. 29

7.4.3 实验原理 .............................................................................................................. 29

7.4.4 实验内容及步骤 .................................................................................................. 30

7.4.5 实验结果 .............................................................................................................. 30

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1 测控系统的理论基础

1 测控系统的理论基础

1.1 拉格朗日插值

6.

求y=的插值二次式P2(x)，使P2(100)=10，P2(121)=11，P2(144)=12(144)；并计

解：

令 P2(x)=L2(x) L2(x)=(x-x0)(x-x1)(x-x1)(x-x2)(x-x1)(x-x2)y0+y1+y2 (x0-x1)(x0-x2)(x1-x0)(x1-x2)(x2-x0)(x2-x1)

(x-100)(x-144)?11(121-100)(121-144)（1-1） 以100,121,144为节点，取拉格朗日二次多项式： L2(x)=(x-121)(x-144)?10(100-121)(100-144)(x-100)(x-121) 12 (144-100)(144-

121)

L2(115)10.7228

1'''f(e)(x-x0)(x-x1)(x-x2)（1-2） 6R2(x)=f(x)-L2(x)=

二次插值多项式误差为：0.00066 R2(115) 0.001631。

10.7238

以100,121,144为节点的二次差值真正误差为0.001。

1.2 自然三次样条插值

7.编程实现本章中关于自然三次样条插值法的实例。

已知xi，yi值如下表，决定其自然三次插值样条函数S(x)。

output=[];

[x,y,sizey,endslopes] = chckxy(x,y);

n = length(x); yd = prod(sizey);

dd = ones(yd,1); dx = diff(x); divdif = diff(y,[],2). (dd,:);

if n==2

if isempty(endslopes)

pp=mkpp(x,[divdif y(:,1)],sizey);

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else

pp = pwch(x,y,endslopes,dx,divdif); pp.dim = sizey;

end

elseif n==3&&isempty(endslopes)

y(:,2:3)=divdif;

y(:,3)=diff(divdif')'/(x(3)-x(1));

y(:,2)=y(:,2)-y(:,3)*dx(1);

pp = mkpp(x([1,3]),y(:,[3 2 1]),sizey);

else

b=zeros(yd,n);

b(:,2:n-1)=3*(dx(dd,2:n-1).*divdif(:,1:n-2)+dx(dd,1:n-2).*divdif(:,2:n-1));

if isempty(endslopes)

x31=x(3)-x(1);xn=x(n)-x(n-2);

b(:,1)=((dx(1)+2*x31)*dx(2)*divdif(:,1)+dx(1)^2*divdif(:,2))/x31;

b(:,n)=...

(dx(n-1)^2*divdif(:,n-2)+(2*xn+dx(n-1))*dx(n-2)*divdif(:,n-1))/xn;

else

x31 = 0; xn = 0; b(:,[1 n]) = dx(dd,[2 n-2]).*endslopes;

end

dxt = dx(:);

c = spdiags([ [x31;dxt(1:n-2);0] ...

[dxt(2);2*[dxt(2:n-1)+dxt(1:n-2)];dxt(n-2)] ...

[0;dxt(2:n-1);xn] ],[-1 0 1],n,n);

mmdflag = spparms('autommd');

spparms('autommd',0);

s=b/c;

spparms('autommd',mmdflag);

pp = pwch(x,y,s,dx,divdif); pp.dim = sizey;

end

if nargin==2

output = pp;

else output = ppval(pp,xx);

end

%%%%%%%设定自然三次样条初值

x =[0.25,0.30,0.39,0.45,0.53];

y = [0.5,0.5477,0.6245,0.6708,0.728];

sx = spline(x,[0 y 0]);

xx = linspace(0.25,0.53,201);

plot(x,y,'o',xx,ppval(sx,xx),'-');

实验结果如图1-1：

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1 测控系统的理论基础

图1-1 自然三次样条插值结果

采用样条插值方法，提高插值精度只需要增加分段节点，并不需要提高样条函数的次数，进一

步保证了光滑性；一般采用的三次样条插值足以满足工程应用的需要，插值效果也很好。

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2 测控系统的感知技术

2.1 传感器的静态特性及主要指标

2.什么是传感器的静态特性？有哪些主要指标？

传感器的静态特性又称“刻度特性”、“标准曲线”或者“校准曲线”，静态特性是当被测对象

处于静态，即输入为不随时间变化的恒定信号时，传感器输入与输出之间呈现的关系。衡量传感器

静态特性的主要指标有量程、分辨率、阈值、灵敏度、重复性、迟滞、线性度、精度和稳定性等。

（1） 量程又称满度值，是指系统能够承受的最大输出值与最小输出值之差。

（2） 分辨率是指传感器能够检测到的最小输入增量。

（3） 阈值是指使传感器产生输出变化的最小输入值。

（4） 灵敏度是指传感器输出变化量与输入变化量之比，其表达式为

S=Dy Dx（2-1）

（5） 重复性表示传感器在同一工作条件下，被测输入量按同一方向作全程连续多次重复测

量时，所得特性曲线的不一致程度。

dR=|DRmax| 100% yFS（2-2）

（6） 迟滞指传感器输入沿正向行程和反向行程变化时输入输出特性曲线的不一致性。

dH=|DHmax| 100% yFS（2-3）

（7） 线性度是指传感器标准输入输出特性与拟合直线的不一致程度，也称非线性误差，用

标准特性曲线与拟合直线之间的最大偏差相对满量程的百分比表示：

dL=|DLmax| 100% yFS（2-4）

（8） 精度是反映传感器系统误差和随机误差的综合误差指标。

d=dR+dH+dL

（9） 稳定性是指在规定工作条件下和规定时间内，传感器性能保持不变的能力。 （2-5）

2.2 选择镜头的方法

7.在图像测量系统中，在选择镜头时需要知道哪些参数？请描述选择镜头的具体步骤。

镜头的选择主要取决于焦距f,因为视野和像平面一般均为4:3的长方形，用Ho表示视野的高

度,Hi表示摄像机有效成像面的高度，则镜头的放大倍数PMAG为

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2 测控系统的感知技术 PMAG SensorSize(mm)HD FieldofView(mm)HoWD（2-6）

其中Di为物镜到实际像平面的距离，WD为工作距离。在一般镜头中，PMAG<1在放大镜中，

PMAG>1。

为实现聚焦，像平面必须有一个可以后移的距离，成为像平面的扩充距离LE：

LE Di f PMAG f

则物距WD、镜头放大倍数PMAG和焦距f的关系为 （2-7）

f WD PMAG 1 PMAG（2-8）

根据上式可以计算出所需镜头的焦距f，由于所计算出来的焦距可能不能与现有产品准确匹配，

所以普通镜头的选择通常是按以下步骤进行：

（1）获得镜头至物体的距离WD，如果是一个距离范围，则取中间值；

（2）计算图像放大倍数PMAG;

（3）选取焦距规格最接近计算值的镜头；

（4）根据所选镜头的焦距值重新核算镜头至物体的距离WD。

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3 基于网络的测控技术

3.1 基于Internet的水库远程监控系统

3.1.1 研究背景

随着计算机技术、网络技术的发展，水库监控系统也将发展成为一个集计算机、控制、通信、

网络、电力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用体系。本

章在将控制网络与信息网络结合，确保监控系统的实时性、安全性的基础上，对中小型水库的远程

监控系统技术进行研究，并设计了基于Internet的水库远程监控系统，为远程监控系统建立了通用

结构模型。

3.1.2 系统功能

水库基于Internet的监控系统实现的功能主要是应远程授权工作人员实现对水库的运行监视和

运行控制。水库监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数和重要数据进行实

时显示，监视的水库的重要数据主要包括电机状态、闸门启闭、上下游水位、闸门开关度数据等。远程监控功能通过各种画面，动态显示水库数据，使监控画面更形象、生动;另外趋势曲线等可显

示实时更新数据的变化，方便察看设备的运行工况和测点数值的变化趋势。水库运行控制方式可分

为远方及当地两种，并分为两级权限，当地控制权优先。运行控制的内容主要包括机组的开、停机

操作，开关站断路器，接地刀闸的分合操作等。

3.1.3 硬件结构总体设计方案

水库远程监控系统的结构主要由代理服务器，Web服务器、数据库服务器、远程工作站、主控

机、现地控制单元、工业以太网及实现远程连接的网络设备等组成。基于Internet的远程监控系统

的网络结构如图3一1所示。

（1）LCU采用51emens57一300PLC作主控设备，监控系统采用的SIMATIC57一300可编程

序控制器，充分利用其模块化结构设计，选配数字量模块、模拟量模块、通讯处理模块等，各单独

的模块之间广泛的组合以用于扩展。功能是数据采集与处理(交流量为-5A，1-10v信号;模拟量为

1-5V，4-20mA)，监控机组运行以及故障和事故信号，与主控机、调速器、励磁调节器等设备的通

信，机组工况转换检测、控制，机组控制方式设置等。

（2）主控机采用SiemenS工控计算机(CPU P4/1G/512M/80G), 两台主机配置相同，热备用，

均具备操作人员工作站功能。当一台故障时，自动切换到另一台工作。主要功能是全站运行参数及

设备状态监视，异常报警，各种事故、故障和事件顺序记录，全站主、辅设备的启停，制定运行计

划，各种运行状态显示，并能动态显示图像和参数。安装监控系统功能软件，主要功能如下:通过

采集各LCU的数据、下发控制命令实现对现场的运行设备的监视和控制;实现实时数据的存取和后

台管理等;实现与远程监控系统的通信接口，以实现基于工Internet的远程监控。

（3）Web服务器可采用PC服务器、普通PC等 (CPUP4/IG/51ZM/80G)，功能是提供远程

监控的Web网页。水库远程监控的Web网页可以分成3类：静态网页，只能看到水库的静态图形;

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3 基于网络的测控技术

动态网页可以访问数据库，动态显示数据、图形等;还可以内嵌插件，可以进行数据的实时交互，

获取实时数据，下发实时命令等。

（4）数据库服务器存放水库运行的实时数据和历史数据以及电站的相关信息，以实现信息的

共享。

（5）远程PC机即远程客户，根据访问位置的不同(如网内用户和网外用户)或登录用户的权限

不同(具体方案可根据需求设计)从服务器下载静态网页或动态网页，网外用户不能与监控主机连

接，只能对服务器进行通信访问。网内用户可以与监控主机进行实时通信。

（6）视频服务器提供水库现场的工况图像，通过访问视频服务器可观看到实际水库的运行情

况。

（7）交换机的使用。在以太网中，所有的设备(包括PC机，服务器，PLC等等)都具有相同的

优先级，现场设备的数据很容易和其他网络应用(如电子邮件，浏览Internet等)发生冲突，导致现

场数据被破坏或实时性不能保证。工业以太网交换机能够有效的把工业现场网络和办公网络分割到

单独的冲突域中，操作人员能够从冲突域外部访问控制设备，现场数据就很少发生冲突甚至没有冲

突。在交换式以太网中，网络通信的速度和效率取决于交换机的速度。为了减少交换机对整个以太

网通信速度和效率的负面影响，在组网时要尽量避免跨多个交换机的通信。在工业控制网络中，设

备之间的通信在系统组态时就已经确定下来，把经常交换数据的设备放在一个网段，这样可以最大

限度地减少跨交换机通信情况的出现。

采用CISCo355O交换机把现地控制单元LCU、主控机和服务器分成不同的网段，Web服务器、

数据库服务器等处于信息网，而现地控制单元LCU和主控机组成工业现场控制网络，处于同一网

段。控制网络采用工业以太网，将现场控制单元的PLC和主控机直接挂接在带有TCP/工P协议的

高速工业以太网上，使网络整体结构由两层变为二层，可很好的实现控制网络与信息网络的集成。

图3-1远程监控系统硬件网络结构

3.1.4 系统软件基本框架

远程监控系统网络主要由主控机、Web服务器、数据库服务器、防火墙、客户端浏览器等共同

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组成。在本系统中主控机软件使用 windows2000Server操作系统和Intellution公司的工控组态软件

iFIX。Web服务器软件使用1155.0 (InternetInformationSevers.0)和Intellution公司的iwebserver远

程监测软件，数据库服务器采用 SQLServer2000等。系统通过以太网(Ethernet)和现场实时监控网

络相连，系统客户端运行于 windowsgx/2000/XP环境，使用浏览器(如IE)通过Internet实现在远方

浏览查询监控系统实时数据，实现远程监测与控制功能。

水库远程监控系统软件基本框架如图3一2所示，从功能框架图可以看出:整个远程监控系统

由现场监控子系统，监控中心子系统，客户端子系统三大部分组成。现场监控子系统采用TCP/IP

协议的工业以太网控制网络，实现控制网络与信息网络有机融合。主控机中使用Intellution公司的

工控组态软件iFIX能够使监控人员更准确地监视和控制他们生产过程的所有环节。iFix可以实时

收集数据并且将重要的信息传输至整个组织中的操作员及各级人员，同时通过容易理解的画面将数

据反映出来，其开发平台以直观界面将所有系统组件组织到一个集成开发环境中，提供给用户一个

统一的组态环境。该平台允许用户方便地浏览操作所有系统中集成的组件，完全适合现场人员组态

和编程。

图3-2 远程监控系统软件基本框架

监控中心子系统中Web服务器通过服务器扩展技术如CGI、ISAPI，ASP等实现与客户端子系

统的交互;监控中心子系统和客户端子系统主要功能是实现对实时监控的现场监控系统的远程监测

及控制功能。由于现场监控系统的数据很复杂，包括图形、曲线数据，还有各种实时数据，并要求

实时数据能进行动态刷新，还要求有一定的实时性。所以系统采用IIS和动态服务器主页ASP技术

实现动态交互式Web设计。IIS和ASP技术结合可以简单地将Web服务器和数据库连接，将HTML、脚本和其他组件相结合，建立高效的互动式动态Web应用程序环境。

在监控中心子系统中，与数据库服务器的接口技术采用ADO，它不再需要通过继承去创建一

个对象。相对于访问数据的CGI程序而言，它是多线程的，在出现大量并发请求时，也同样可以

保持服务器的运行效率以及对数据库连接资源的完全控制，提供与远程数据库的高效连接与访问，可以开发高效率、高可靠性的数据库应用程序。应用服务器采用的功能主要是对web服务器中的

ASP程序对命令进行解释，并把解释的结果交给应用服务器处理，从数据库中取出的数据或者从控

制网络中返回的数据交给应用服务器进行相应的处理，并将结果提交给WEB服务器。

客户端子系统使用浏览器(IE)与WEB服务器进行交互，它一般没有应用程序，借助于HTML，

Activex， JavaApplet等技术可以处理一些简单的客户端处理逻辑，显示用户界面及 WebServer端

的运行结果。客户端不需要任何数据库驱动程序，但是需要下载这些组件。

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3 基于网络的测控技术

3.1.5 软件系统的功能模块

水库远程监控系统软件的设计应采用丰富的人机联系手段及画面多窗口技术、融合多媒体技

术，对水库的各种实时数据进行状态监视，对水库各主要机电设备的运行状态和运行参数应自动定

时进行采集，并作相应处理后应存入系统数据库，以便监控时进行历史数据的访问。总体功能模块

设计如图3一3所示：

问模块。

（1）主控模块是监控系统的核心，主要完成水库实时状态的采集与处理、实时运行参数的采集

与处理，对被控对象进行控制、调节，完成报警及事故记录，顺序事件记录，控制操作，报表处理，遥控遥调命令的下发及数据的上传。

（2）人机界面提供系统运行情况的监控界面，给用户一个实时数据的图形界面显示和操作功能。

包括接线图、曲线图等的浏览调用，图形的缩放，报表的打印以及报警，事件的浏览等，控制调节

命令的下发，系统的口令等等。通过人机界面，可以监视系统的实时运行状况，如开关状态，线路

的电压、电流等参数。

（3）远程监控通信接口模块，提供远程访问的通信接口，接收控制参数、命令，发送实时运行

状态、参数，提供通信接口。

（4）数据库访问模块实现对水库历史数据记录查询、运行状态的查询，以及实时数据上传以存

入历史数据库等等。

监控中心软件系统部分功能实现包括远程人机界面、与监控现场的通信接口模块、管理模块、数

据库访问模块。

（1）远程人机界面在监控系统中表现的是Web网页的设计，包括动态网页和静态网页。动态网

页是能实现远程水库监控的人机界面。

（2）与监控现场系统的通信接口表现为Web服务器上的ACtivex控件，获得权限的远程用户通

图3-3 软件系统功能模块设计 现场监控软件系统根据功能划分为主控模块、人机界面模块、远程监控通信接口模块、数据库访

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过该通信接口(Socket客户)与监控现场的远程通信接口(Soeket服务器)连接。

（3）数据库访问模块实现远程客户对数据库的访问，在接收到远程的数据库请求连接后，建立

与数据库服务器的连接，对数据库进行读取或写入操作。

（4）管理模块实现对远程用户操作的管理，如操作日志等功能。

3.1.6 远程监控系统中的信息交互

在整个远程监控系统中，最为关键的方面是实现现场设备、远程监控中心和远程监控终端之间

数据的动态交互，包括现场设备与中心之间的数据交互，中心与远程监控终端之间的数据交互，现

场设备与监控终端之间数据交互等。本系统把水库的数据信息按实时性分为两类，实时要求较高的

数据和实时性要求较低的数据信息。信息交互示意图如图3一4所示。

图3-4 远程监控系统信息交互示意图

3.1.7 实时性较低数据的交互

对实时性较低的数据通信如一般的模拟量，监控信息可以采用实时数据库访问的方式。远程数

据交换可以通过ASP技术和ACtiveX技术编程来实现，ASP属于服务器端技术，Web技术通过ASP

与数据库技术相结合，可以开发出动态、交互式Web网页。

ASP通过Activex组件ADO使得客户端的浏览器和数据库服务器之间建立一个数据通道。当

用户在客户端发出对ASP程序的HTTP请求后，Web服务器开始响应;调用ASP引擎，由工IS解

释、执行ASP程序中的任何脚本。若脚本中有访问数据库的请求，立刻通过ODBC与相应的后台

数据库相连，由ADO完成操作。最后，ASP根据访问数据库的结果生成HTML语言的Web页面，返回给前端用户。

通过对数据库访问方式的数据调用可以满足对远端用户的身份验证，以及远程用户对设备的历

史性数据的杳询。但是远程实时数据交互若仍以数据库为中心，则数据的实时、动态交互实现起来

较为困难。

3.1.8 实时性数据的交互

对于实时性要求高如开关量的变位，遥控量的数据，使用Socket进行基于TCP/IP协议的实时络

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3 基于网络的测控技术

通信。实时数据的动态交互，即将被控设备的监控界面和远程通信服务模块中的客户端打包封装在

ACtiveX控件中，形成被控设备的监控控件，将此控件内嵌在Web网页中，形成控制网页。远程

用户只要从网页中下载ACtiveX控件，就可以与远程设备直接通信，实现与远程设备的直接实时数

据交互，如图3一4所示。所谓控制网页，为内嵌被控设备的监控控件(ACtiveX控件)的网页，ACtiveX

控件内封装了设备的监控软件和远程通信服务模块的客户端。远程用户通过远程监控终端的浏览器

访问控制网页时，下载注册此控件，展现在用户面前的就是设备监控界面，用户远程使用被控设备

的监控控件的过程如下:

1、远程用户首先通过Web浏览器登录到Web服务器，经过身份验证后，进入应用服务器设备

选择页面，选择被控设备，请求对该设备进行远程操作。

2、由WEB服务器下载含有监控控件的控制网页，控件自动安装到用户机器上，下次再进行

相同操作时，不用再下载相同的控件。

3、由用户终端上的监控控件中的客户端程序，自动向监控主机发出建立Soeket连接请求。

4、当监控主机允许连接时，发出Socket连接响应，用户终端和监控主机建立了联系，可以直

接进行通信，以后的操作不再通过应用服务器。

5、在己经建立起来的Socket连接上远程用户通过ActiveX控件提供的设备监控界面，进行远

程监控、维护和管理等操作，ActiveX控件实时显示远程设备的工作状态数据，以及各种报警数据、工作参数等，同时它收集客户对现场设备发出的控制、调试、调整等命令，发送给现场的远程通信

服务模块。

3.1.9 ActiveX控件的设计

嵌入控制网页的设备监控控件，即ActiveX控件可以用VB，VC++，De1Phi等开发，其包含

设备监控界面模块、客户端模块等。远程监控界面模块是远程用户操作现场生产过程、现场测控设

备等的人机界面，对于不同的功能，界面不一样。客户端模块负责与现场的远程通信服务模块通信，接收现场发送来的过程数据或者状态数据，同时它将用户的操作命令、设定的参数等经现场的远程

通信模块传送给现场监控软件，由现场监控软件完成所要操作的功能。客户端程序同样由Winsock

网络编程技术实现。为提高实时通信的速度，降低开发的难度，可以把两个模块放在同一个应用程

序中实现，用全局变量来传递数据。

开发时，设计完成的ACtiveX控件生成“.ocx”文件，ACtiveX控件必须发布后才可以插入网

页中去。插入到网页中的ACtiveX控件，一般要设置控件的属性，包括控件的大小、外观，以及代

码源等，尤其要注意的是代码源设置，代码源是控件在服务器中的路径，假如网站域名为

“ http://~.***.***”，且控件存放在网站的缺省目录下，则代码源为codebase=

“ http://~.***.***.educn /*.ocx”，其中“*.ocx”为控件的名称。设置代码源的目的是为了让用户在

下载含ACtivex控件的网页时，浏览器知道到何处去下载控件，否则，除了服务器外别的计算机都

不能看到这个控件。

3.1.10 数据库访问的实现

在现场监控主机和远程监控中心的服务器计算机中建有数据库服务器，数据库用于存储系统的

信息，包括用户登录权限、设备辨识、设备历史数据等，并制作操作日志用以记录通信信息。将采

集的数据通过ODBC调用更新数据库服务器中相关内容。同时在现场监控软件的远程通信部分设

有通过ODBC查询数据库中信息的程序，该程序为远程用户的身份验证和设备的历史数据查询提

供服务。远程监控中心的数据库服务器访问，同样通过ODBC调用来实现。当应用服务器中监控

界面软件与现场设备监控主机中监控软件联通时，需要存储的设备数据经通信模块中的ODBC接

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口写入数据库，更新数据库中的相关内容。而远程用户则通过Web服务器，采用ADO技术访问

ODBC数据源。

通过如下设置，通信程序实现与数据库服务器的交互:

（1）设置ODBC数据源。ODBC的基本思想是为用户提供简单、标准、透明的数据库连接的

公共编程接口，开发厂商根据ODBC的标准去实现底层的驱动程序，这个驱动对用户是透明的，

并允许根据不同的DBMS采用不同的技术加以优化实现，这就利于不断吸收新的技术而趋完善。

ODBC的出现，网络中的WindowS用户可以方便地访问各种数据库。现在，在微软推出的许多产

品中都提供了ODBc支持，如 visalBasiC， ExCel5.几 Word6.0，FoxPro，ACceSS等。同时其他

一些应用软件和开发土具也提供了对ODBC的支持。因此用户只要安装不同的ODBC驱动程序，

就可存取相应的数据库产品，而不管用户使用何种前台应用软件，也不管后台是何种数据库，这个

存取的过程是一致的。

打开ODBC数据源管理器，出现数据管理对话框，添加一个用户DSN，选择SQLSERVER作

为数据源的驱动程序，设置DSN(数据源名)、数据库服务器地址和端口、数据库名、用户名、用户

口令等内容，即完成了ODBC数据源的设置。

（2）使用ADO对象操作ODBC数据源。ActiveX数据对象(ADO，ActiveXDataObjeCtS)是一

种既易于使用又可扩充的技术，使用ADO可以很方便地访问远程数据库，并可以很方便地设计出

客户机/服务器形式的数据库应用程序。其层次结构中包括7个对象，其主要对象为ConneCtion连

接对象实现对数据源的连接:Collllnand命令对象，执行一个SQL存储过程或有参数的杳询:Recordset

记录集对象，可以使用记录集对象来修改SQLServer表中记录。

用ADO对象可以实现对存储在远程ODBC数据源中的数据的存取。应用程序运行时，ADO

中的ConneCtion对象、Command对象、ReCordset对象建立与ODBC数据源的连接和操作。若有

新的记录输入，使用update方法将数据库更新，数据库操作完成后，用Close将数据库关闭。

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4 基于无线通信的测控技术

4 基于无线通信的测控技术

4.1 基于无线通信技术的橡胶林防盗系统

4.1.1 研究背景

橡胶是重要的工业原料，是国家战略物资。海南作为中国最大的天然橡胶种植省，橡胶种植在

农民的收入中占有很大的比重。做好橡胶的管理能保证胶农的种植积极性、增加胶农收入和天然橡

胶供应的稳定性。因此，园林橡胶防盗就成了广大胶农和农场的重要安全事项，做好这项工作能保

证胶农和国家的合法权益不受不法分子的侵犯。

防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器，系统应能与计算机安全综合管理系统

联网，计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制，要做到防盗就必须判别防盗的触发信号。本系统采用激光作为介质，信号采集控制和报警装置以PIC12F系列单片机作为主处理芯片，上位

机(ARM处理器)使用ARM11系列芯片，兼信号汇集和发射的务，总站信息汇总以嵌入式系统或者

微机系统作为总终端。

4.1.2 橡胶林防盗系统的功能

防盗系统需要解决的问题:一是找到和产生光谱不在自然光内的光线非常困难(如X射线等)，

但这样对人员或动植物会有很大的影响，设备投入会有很大的经济代价;二是如何杜绝非法分子使

用技术手段，防止在不中断接收介质的情况下顺利突破安防线;三是系统自动调节在不同能见度的

情况下的激光功率，保证系统实时可靠。解决问题的办法:要制作长距离的介质来达到防盗的目的，必须使用激光作为介质，因为只有激光具有长距离、低功耗和集中性好的特性，选择普通微功率激

光发生器能达到节能的目的，从而使用太阳能供电可行。通过调制激光束就能达到与自然光分离的

效果，再通过在激光束里面添加相应的加密密码或者加密算法，就能达到防止不法分子通过技术手

段破解激光防线的目的。

4.1.3 通信模块的设计和通信模式

2）通信模块选择和接口设计

无线通讯主要有“点对点”和“点对多点”两类工作模式。根据无线电调制解调器在系统中所

处的地位，可以分别设置成“点对点主站”“点对点从站”“点对多点中继站”“点对多点主站”“点

对多点从站” 和“点对点中继站”等多种工作模式，分别在料场地面控制室和堆取料机上配置无

线通讯装置。

1)信号实时采集单片机的信号发射。基于数据量不大和可靠性的要求，选择成本不高、技术成

熟的435MHz载波的串行模块加编码芯片来实现，发射距离超过1km，具体可靠通信距离可以通过

电路设计来达到。

2)每个上位机(ARM处理器)与管理员终端的通信。由于上位机(ARM处理器)的数目根据所监

控的范围和监控密度来确定。因此，这个环节的通信应根据数据量规模的大小来选择435MHz载波

的通信模块、GPRS通讯模块或者成本稍高的2．4GHz通信模块。

3)通信端口设计。在设计终端服务设备时留有2种接口和切换开关，在上位机(ARM处理器)

保持与其对应的模块接口，方便在实现功能的情况下选择更经济的接口模块。

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2）通信模式的确立

由于本系统设计为24h值守系统，不能有任何时间上的缺失，因此在系统升级要能在一瞬间完

成，并能实现分区升级;升级包括激光束的载波频率、自适应亮度调节(在雨天和大雾天气下的自动

调节亮度达到标准通信状态)、通信密码或者算法的定期升级。鉴于这样的设计，终端可以按分时

广播式逐个发送每个区的指令到对应区的上位机(ARM处理器)，某上位机确认后，再以广播的形

式发送给所管辖的下位机，来达到整个系统升级的目的。

4.1.4 电源的设计与保护

（1）电源的设计

按夜间和连续阴雨天气时电能应该能达到最大消耗值，选择足够1天日照够7天使用的太阳能

电池及充电电池的容量，初步估计30W，8h光照足以满足一个区域7天的安保任务；具体要根据

系统所在地的气候条件和光照条件选择合适的太阳能电池容量。

为了使成本降低和设计维护的方便，仍使用PIC12F系列单片机作为电源管理模块主控芯片，

利用其AD接口实时监测充电电压、电流、蓄电池温度和实时监测太阳能电池板是否正对准太阳，并及时调整对准太阳，使电池板的效率达到最佳。电源异常马上发送消息到上位机，通过上位机发

送到管理员的终端。

（2）电池的选择

鉴于电池不必要求大容量和高电压，因此选择记忆效应和充电次数更多的锂离子电池作为供电

电源。铅蓄电池存在易过充、重金属环境污染及体积大以及易老化等缺点，故不予以选择。

（3）电池保护

电池尽管有比较好的监控系统，但还是要做定期的人为检修和激活剩余容量，达到延长寿命的

目的。因此，配套使用电池活化电路。电源模块程序框图如图4-1所示。

图4-1 电源管理模块程序流程图

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4.1.5 下位机模块

载波及加密算法实现：

1)调制。硬件实现可以使用产生固定180kHz载波的调制三极管产生。

2)解调。硬件实现180kHz解调。

3)基于单片机软件实现定时器的方法实现。

基于单片机定时器的解调算法比较难以完成，占有的资源比较多，故选择硬件直接调制和解调，

在此基础上增加加密算法，这样就能达到万无一失，每套系统做到独一无二的。基于64位加密密

钥(可以按加密等级定)即使单片机解密也只是针对某一个单独的对象，不会对同系列的其他系统造

成损失。

图4-2 下位机信号采集程序流程图

4.1.6 上位机模块

本模块要求能迅速跟多个下位机通信和管理员的终端通信，因此需要比较高的速度和可靠性，

要求能做到实时性好、可靠性高、处理速度快。初步选择ARM11系列的500MHz以上，且稳定高

速地的运行。上位机(ARM处理器)采集下位机信息流程图如图4-3所示。

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图4-3 上位机采集下位机信息流程图

4.1.7 嵌入式系统或者微机系统终端模块

基于VC++编写通讯窗口软件，选择通过串口、并口、USB口和以太网接口等，达到通信的目

的;可以同时与远程的领导决策机构、安保人员、报警装置建立连接，来统一管理整个区域的胶林。或者通过INTERNET, 只要在全球任意有INTERNET的地方就能实时监测到胶林的安全信息，为

更人性化的工作环境做到更加友善的支持。管理员窗口终端通信软件流程图如图4-4所示。

4-4 管理员窗口终端通信软件流程图

4.1.8 扩展功能模块

报警模块：在对应安装激光发射与接收立柱上安装相应的报警装置。系统一边向上位机和管理

员终端发出无线信息报警信息，一边自身发出声光报警，达到威慑不法分子的目的。

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人体红外模块：本模块基于人体体温为37℃、辐射波长为10nm的红外线，通过RB200传感

器和BIS000运放，达到人员靠近便发出报警的功能。在此系统下，人体红外模块是触发模块，报

警模块是执行模块。

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