[发明专利]一种基于传感器的监测软件设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于传感器的监测软件设计方法。

背景技术

基于传感器的自动化监测系统在多种领域中得到广泛应用。自动化监测系统主要包括三个部分：带有传感器的数据采集硬件设备、计算机和监测软件，其中监测软件负责收集、管理和分析数据，供用户使用。本发明中基于传感器的监测软件指以上自动化监测系统中的监测软件(以下简称监测软件)。监测软件被认为是自动化监测系统的主体和核心。随着传感器技术及传感器网络技术的高度发展，对于本地监测及网络化监测的需求显著增加。同时，由于在监测领域用户需求的多样性和软件开发的复杂性，监测软件的开发效率低、周期长、集成难度大。因此，研究高效率的监测软件开发方法显得尤为必要。

监测软件的开发主要有两种方法：专业化商业软件和计算机语言类编程工具。前者，如LabVIEW、LabWindows/CVI和HP VEE，开发效率相对较高，应用范围窄；后者，如C++、Java等，适用范围广，开发效率相对较低。虽然这些工具开发功能很强大，但若直接利用它们开发监测软件往往会有以下几个方面的问题。首先，开发人员必须熟悉编程语言和各种带有传感器的数据采集硬件设备。其次，需花费大量时间装配复杂框图或编写代码，开发周期长、成本高、效率低。此外，传统工具对于具体领域标准化程度低，使得软件开发和升级难度大。

目前监测软件的开发主要集中在具体问题的解决方面，未见到系统化简化监测软件开发方法的研究工作。

发明内容

监测软件接收来自传感器的时间序列数据、用户录入的监测对象描述信息等数据，完成数据处理、分析与显示功能。本发明所要解决的技术问题是针对监测软件开发效率低的不足，提出了一种监测软件设计方法，以解决监测软件的开发效率问题。采用本发明中的软件设计体系结构及对应的组件化开发方法，所设计的监测软件具有可扩展性、可维护性、可重用性和灵活性。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了自动化监测系统的层次结构模型，自下往上依次是物理层、采集层、管理层和应用层。每层实现了自动化监测系统的一部分功能，同时，低层功能是高层功能实现的基础和前提条件，中间层可以利用邻近低层的服务向高层提供服务。物理层的主要功能是监测物理量，并把它转化为电信号，包括通信接口、数据采集器和传感器。监测软件的层次结构模型只包括自动化监测系统层次结构模型中的采集层、管理层和应用层，不包括物理层。采集层主要由与数据采集硬件设备通信的函数和上下层接口软件组成，负责把低层数据采集硬件设备和高层软件系统之间的信息传输连接在一起。采集层的作用是：为周期性地从物理层采集数据并将数据传送给管理层提供了功能方法，控制采集器的执行过程和读取执行状态。管理层位于采集层和应用层之间，能够处理高层的请求与访问并为采集层提供接口。该层负责传感器数据预处理，软件配置信息及传感器等数据信息的数据库存取，实现了应用层与数据库之间的逻辑隔离。应用层是监测软件与用户之间的界面接口，用户可利用此界面接口使用监测软件提供的各种功能。

以下对该监测软件层次结构模型中各层之间的信息交互做进一步说明：

(1)采集层和管理层之间的交换信息包括采集时间、传感器编号和传感器数据等。管理层收到来自采集层的数据后，向采集层发送确认信息。

(2)管理层和应用层之间的数据交换包括采集命令、监测数据和软件配置数据。该模型采集命令采用逻辑命令实现。不同生产厂商的设备有不同的命令从数据采集器控制和获取数据，把生产厂商的命令称为物理命令。为了使低层机制更加明晰，该模型利用逻辑命令使各种数据采集器的访问和控制统一化。逻辑命令与采集层的物理命令形成一一映射。逻辑命令的使用，实现了管理层和应用层的硬件无关性，物理层的任何设备可以在不影响高层的情况下进行更换。监测数据包括监测元数据(监测过程中的描述信息，如实验室名称、传感器数量、仪器信息等)和传感器数据(如传感器类型、精度等)。软件配置数据包括描述监测对象的标题名称信息，显示界面等初始设置数据。监测软件运行时首先读软件配置数据完成初始化。