基于J2EE 的气体安全监控系统的设计

向碧群，刘 亮

(重庆邮电大学移通学院计算机系，重庆401520)

0 引言

随着工业化的发展，有毒有害气体已经成为我们在生活中不得不面对的危险来源。对此，目前国内外是由专人携带便携式毒害、可燃、易爆气体检测仪，对重点区域进行定期抽检，发现问题后及时用冲水、通风、清淤等手段消除爆炸、泄漏隐患，但这种方法耗费人力、物力较大，并常常发生漏检，不能及时发现、排除危险，无法根本解决毒害、可燃、易爆气体安全预警问题。

近期国内已经开始尝试应用一些新技术在容易产生毒害、可燃、易爆气体地点安装红外毒害、可燃、易爆气体传感器，通过无线网络将数据及时传至城市监测中心，并将预警信息及时通知相关人员，达到迅速准确消除安全隐患，减少人力投入，实现精确、敏捷、高效、全时段、全方位覆盖的气体安全管理。

该易爆气体安全监测预警系统就是针对我国污水处理厂、化粪池、垃圾处理场等容易产生毒害、可燃、易爆气体的场所而专门研制。

1 系统工作原理

该系统中采用了红外线气体探测仪来测量甲烷浓度。工作时，气体采集泵把被监测环境中的气体吸进检测气室，通过红外吸收光谱计算出甲烷气体浓度值。同时探测仪还能检测环境温度、采集井盖防盗报警信号、自身防盗报警信号、污水溢出报警等信号。通过无线分组业务(general packet radio service，GPRS)模块［1］，将检测信息实时上传至安全监控系统，并与监测中心实现信息交互。该系统的网络结构如图1所示。

图1 系统组网拓扑图Fig.1 Network topology of system

实时监控模块［2］对采集到的数据进行分析，根据数据呈现的不同情况，在系统软件前台进行展示，同时对达到一定界限值的数据进行短信发送，提醒相关责任人员。

2 系统硬件设计

气体采集采用的是红外甲烷探测仪。该探测仪原理如图2所示。

图2 红外甲烷探测仪电路原理框图Fig.2 Circuit diagram of infrared detectors

红外甲烷探测仪基本原理依据Lambert-Beer定律［3］，特定波长的红外光穿过甲烷气体时会被气体吸收，气体吸收红外光的程度与透射光强度和被测气体的浓度关系遵循(1)式所示

(1)式中:I出为透过被测气体的光强度;I入为光源的光强度;K为吸收系数，为常数;C为被测气体浓度;L为光路长度，其值由探头气室结构决定。

由(1)式可得

由于K是常数、在探头气室结构一定的情况下，L也可测试得出，从(2)式可看出，我们只要测出I出，I入即可算出气体浓度 C。

红外甲烷探测仪的探测头采用单光路双波长工作方式。工作时，被测环境中的气体以扩散方式进入探测仪探头气室，探头气室中有特定波长的红外光源，红外线透过探头气室分别到达参考检测单元和测量检测单元，检测单元输出电信号，电信号经过放大、A/D转换、数字补偿、运算等过程，最后得出浓度值，根据需要可以将浓度值转换成LED显示、频率显示或数字信号，这些信号由RS-485接口上传至远程终端［4］，同时通过键盘及微控制单元(micro controller unit，MCU)可设置报警点、控制点，并可声光报警，输出控制电平等。该红外甲烷探测仪的工作流程图如图3所示。

图3 探测仪工作流程图Fig.3 Work flow chart of detector

3 系统的软件设计

系统软件采用J2EE平台的B/S多层架构［5］，通过IE浏览器进行系统访问。数据层采用目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统来存储管理数据，具有移植性好、使用方便、性能强大等特点。应用层采用专门为企业电子商务应用系统开发的weblogic server，它具有良好的灵活性和安全性，同时还支持关键任务所必需的扩展性和高可用性。软件系统与监测对象通过GPRS或Internet网络进行数据远距离交互，并且提供与其他系统的接口功能［6］，该系统的软件物理结构图如图4所示。

图4 系统软件物理结构图Fig.4 Physical structure of system software

3.1 系统的软件平台

该系统采用了专门为企业电子商务应用系统开发的weblogic server。webLogic是美国bea公司出品的一个webserver，如同我们使用的IIS，Apache，确切的说是一个基于J2ee架构的中间介［6］，webserver是用来构建网站的必要软件，具有用来解析发布网页等功能，它是用纯java开发的。该软件支持Oracle Database 10g Release2 for Linux X86_64 RAC［7］。表1和表2是该系统中的2个比较典型的数据结构。

表1 终端采集数据表Tab.1 Terminal data collection table

表2 终端控制指令表Tab.2 Terminal control command table

3.2 系统的数据流程

3.2.1 数据存储转换

采集数据时通过监控系统首先下达采集数据指令，再通过GPRS模块上传至服务器，通信模块对接收的GPRS数据进行解包并存入数据库，以供实时监控模块进行数据分析和前台程序调用。数据存储转换图如图5所示。

图5 系统数据存储图Fig.5 Data storage of system diagram

3.2.2 数据处理转换

实时监控模块对采集到的数据进行分析，根据数据呈现的不同情况，在系统软件前台进行展示，同时对达到一定界限值的数据进行短信发送，提醒相关责任人员［8］。系统的数据处理如图6所示。

图6 系统数据处理图Fig.6 Data processing system diagram

4 结束语

本系统中采用了自行研发的红外甲烷探测仪，并与专门为企业电子商务应用系统开发的weblogic server软件相结合。能够在一定程度上解决特定环境中危险气体的漏检、误检问题。但对于数据报警的界限值、数据报警的方式等方面还可以进一步进行研究。

［1］魏航信.基于GPRS的抽油机远程监控系统现场层体系研究［J］.计算机工程与设计，2010，31(14):3317-3320.WEI Hang-xin.Research on pumping unit layer of remote supervisory and control system for pumping unit based on GPRS［J］.Computer Engineering ＆ Design，2010，31(14):3317-3320.

［2］周刚，王小玲，魏正曦.基于移动代理的气田监控管理系统［J］.计算机工程，2010，36(5):191-192.ZHOU Gang，WANG Xiao-ling，WEI Zheng-xi.Supevisory Control Management System for GAS Filed Based on Mobile Agent［J］.Computer Engineering，2010，36(5):191-192.

［3］杨力，曹谢东，袁海燕.油气生产远程监控体系的关键技术研究［J］.计算机工程，2009，35(1):247-249.YANG Li，CAO Xie-dong，YUAN Hai-yan.Key Technologies Research of Remote Monitor System on Oil-gas Production［J］.Computer Engineering，2009，35(1):247-249.

［4］王状，陈立平，刘永生.农机监控调度系统的设计与实现［J］.计算机工程，2010，36(11):232-234.WANG Zhuang，CHEN Li-ping，LIU Yong-sheng.Design and Implementation of Agricultural Machinery Monitoring and Scheduling System［J］.Computer Engineering，2010，36(11):232-234.

［5］张东平.基于TD-SCDMA无线传输的电梯视频监控系统的设计［J］.重庆邮电大学学报:自然科学版，2010，22(2):262-264.ZHANG Dong-ping.Design of a video monitor system based on TD-SCDMA wireless transmission in elevator［J］.Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications:Natural Science Edition，2010，22(2):262-264.

［6］刘步中，张曦煌，王庆磊.基于嵌入式Linux的视频监控系统的设计［J］.计算机工程与设计，2009，30(8):1886-1889.LIU Bu-zhong，ZHANG Xi-huang，WANG Qing-lei.Design of video monitoring system based on embedded Linux［J］.Computer Engineering ＆ Design，2010，22(2):262-264.

［7］YUAN Zheng，FENG Yan，WEN Qiao-yan，et al.Manufacture of a new Opaque Predicate forjava Programs［J］.Journal of BeiJing University of Posts and Telecommunications，2007，29(6):103-106.

［8］刘宇，刘俊，朱继华，等.基于ASP.NET的惯性测量组合实时监控系统设计［J］.重庆邮电大学学报:自然科学版，2008，20(1):108-112.LIU Yu，LIU Jun，ZHU Ji-hua，et al.Design of Intertial Measurement Unit real time Monitoring System Based on ASP.NET［J］.Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications:Natural Science Edition，2008，20(1):108-112.