基于物聯(lián)網(wǎng)技術的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究

賈蘇+陳永康+王春明+袁鴻燕

摘要：為了處理實時顯示和處理物聯(lián)網(wǎng)中收集來的大量有用數(shù)據(jù)，利用.NET平臺下的ZedGraph控件以直觀的形式展現(xiàn)實時觀測的事物狀態(tài)，實現(xiàn)管理，監(jiān)控的科學化、自動化。ZedGraph是一種較為常用的表達數(shù)據(jù)的控件，簡單易用，面對大量數(shù)據(jù)也有不錯的性能。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；ZedGraph；實時分析

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0278-03

Abstract： In order to process enormous valuable data from the Internet of things，using the .NET platforms open-source library ZedGraph to make real-time data report，present the situation of things what we watch in various form，realize the science， automation of management and monitoring.ZedGraph is a more commonly used expression data control， and easy to use， in the face of a large number of data also has a good performance.

Key words： the Internet of things； ZedGraph； real time analysis

近年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，人們對于環(huán)境污染的日益嚴重頗為擔心，對環(huán)境監(jiān)測的重視程度越來越高。傳統(tǒng)的以人工為主的方式效率較低，且無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控，不適合現(xiàn)代發(fā)展的需求。隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術將逐步取代人工監(jiān)控，大大提高了環(huán)境監(jiān)測的效率，為更科學優(yōu)化的監(jiān)測環(huán)境參數(shù)拓寬了思路與方式。

物聯(lián)網(wǎng)技術是信息化技術的一個極其重要的產(chǎn)物，是環(huán)境監(jiān)測的重要手段。物聯(lián)網(wǎng)強調的是“物—物”以無線的方式相互連接，達到“物—物”通信的目的。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)是研究管理人員評估審查的重要指標，這些數(shù)據(jù)對環(huán)境的監(jiān)管、污染源的發(fā)現(xiàn)以及環(huán)境問題的反饋與處理方面發(fā)揮了極大的作用，那么，在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，如何科學的呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)就成了研究的主要課題。

圖表是對數(shù)據(jù)進行分析評估的有效工具，也是最直觀表示數(shù)據(jù)的方式。本文就是在已通過傳感器獲得物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎上，利用ZedGraph圖表制作工具來實時顯示數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)更富有生命，科學而直觀的動態(tài)實時展示。

1 ZedGraph的介紹

ZedGraph控件使用 C# 語言實現(xiàn)的，是 .NET 平臺上一個開源和非交互式圖表的制作類庫。ZedGraph支持多種2D圖表類型的圖表，可以利用任意的數(shù)據(jù)集合創(chuàng)建2D的線性圖表和柱形圖表，ZedGraph支持Windows Form和ASP.NET Web Form開發(fā)，還能夠實現(xiàn)各種二維表，如Line、Bar、Pie、Area等，因此是一種理想的顯示數(shù)據(jù)的控件。

ZedGraph控件是面向對象的，即在使用中具有很高的靈活性。圖表的每個層面都可以被用戶修改，所有的圖表屬性都提供了缺省值，ZedGraph類庫中源代碼可被進行修改，重新生成，包括圖表顯示特性的若干默認值，如數(shù)值單位、數(shù)值范圍、步長、尺寸等。ZedGraph控件繼承了Framework中的UserControl接口，允許用戶在VS 的IDE 環(huán)境中進行拖放操作，對其他語言同時提供了相應的接口。

當上位機通過選擇指定節(jié)點和需要顯示的數(shù)據(jù)后，依從業(yè)務邏輯的需求，從某種數(shù)據(jù)接口中獲取相關數(shù)據(jù)，在上位機端經(jīng)過數(shù)據(jù)整理后，構造圖表所需的數(shù)據(jù)集，再由ZedGraph控件加載此數(shù)據(jù)集，最終，在上位機端生成圖表，通過定時器的時鐘控制，定期更新圖表信息的顯示。

ZedGraph可在運行時期創(chuàng)建實例對象，此處使用的是版本5.0.10的類庫，對應于VS2012開發(fā)平臺，一般開發(fā)步驟如下：

（1）打開Visual Studio 2012中文版。

（2）在菜單中選擇“文件”—>“新建”—>“項目…”。

（3）選擇“Windows應用程序”，取名為“ZedGraphDEMO”。

（4）在解決方案瀏覽窗口，右鍵點擊“引用”，選擇“添加引用…”。

（5）選擇“瀏覽”，導航到ZedGraph.dll，單擊“確定”，在項目引用中會增加ZedGraph。

（6）在菜單項“視圖”中選擇“工具箱”，查看“常規(guī)”選項卡的內容。

（7）如“ZedGraphControl”選項不存在，右鍵點擊“常規(guī)”選項卡，并選“選擇項…”。

（8）在“.NetFramework組件”標簽下，點擊“瀏覽（B）…”。

（9）導航到ZedGraph.dll文件，點擊“打開”，之后點擊“確定”。

（10）工具箱中點擊“ZedGraphControl”控件，拖放控件到窗體。實際上工具箱中的控件拖放到窗體時，類庫的引用自動添加，所以在具體應用時，之前的添加引用過程可省略。

（11）窗體中點選“ZedGraphControl”控件，視圖菜單中選擇“屬性窗口”。

（12）把ZedGraphControl的名稱“（Name）”項填寫成“zg1”，默認通常是“zedGraphControl1”。

（13）雙擊窗體，切換到代碼窗口，窗口模板中帶有Form1_Load（）方法。

（14）在文件上部加上“usingZedGraph；”。

2 ZedGraph應用開發(fā)實例

本例的分析數(shù)據(jù)來自物聯(lián)網(wǎng)中的中心節(jié)點，中心節(jié)點收集分散于通過無線的形式收集各處的信息采集點發(fā)送來的數(shù)據(jù)，通過上位機對中心節(jié)點的讀取就實現(xiàn)對遠程節(jié)點的控制，中心節(jié)點起著一定程度上的網(wǎng)關的作用，對中心節(jié)點的讀取可以使用.NET提供的System.IO.Ports命名空間下的控件。

（1）在WinForm容器中繪制圖表的代碼

下列函數(shù)是在要表達實時數(shù)據(jù)的窗體中的私有函數(shù)，zedGraphControl1在函數(shù)之外經(jīng)過實列化之后，只要設置其x軸為自動增長，PointPairList中保存有要在界面上顯示的數(shù)據(jù)，執(zhí)行zedGraphControl1.Refresh（）；就實現(xiàn)了圖表的刷新。隨著數(shù)據(jù)的積累，應該放棄一些時間點，以保證圖表中數(shù)據(jù)的個數(shù)一樣，DropPrePoint（）函數(shù)就是實現(xiàn)了這樣的功能，代碼如下：

private void DrawGraph（）

{

//設置為x軸的標尺Scale可以隨著值自動增長

zedGraphControl1.GraphPane.XAxis.Scale.MaxAuto = true；

double x = （double）new XDate（DateTime.Now）；//橫坐標

//縱坐標，y1表示溫度，y2表示濕度，y3表示土壤濕度

double y1 = 0， y2 = 0， y3 = 0；

for （int i = 1； i < dt.Rows.Count； i++） {

//dt中存放的是從中心節(jié)點中讀取的緩存數(shù)據(jù)

y1 = double.Parse（dt.Rows[i]["wd"].ToString（））；

y1 = y1 * 0.01；

y2 = double.Parse（dt.Rows[i]["sd"].ToString（））；

y2 = y2 * 0.01；

y3 = double.Parse（dt.Rows[i]["yw"].ToString（））；

y3 = y3 * 0.01；

}

//分結點添加數(shù)據(jù)

for （int k = 0； k < nodesum； k++） {

if （dt.Rows[i][0].ToString（） == （k + 1）.ToString（）） {

wlist[k].Add（x， y1）；

slist[k].Add（x， y2）；

ylist[k].Add（x， y3）；

}

}

}

//控制折線圖中的點保持在100個，超過100個就報先前的去掉

DropPrePoint（）；

this.zedGraphControl1.AxisChange（）；

this.zedGraphControl1.Refresh（）；//刷新數(shù)據(jù)

}

（2）使用定時器定期對容器中圖表進行刷新

使用定時器便可以在指定的時間間隔刷新圖表，定時器是timer1，其時間間隔到時便會自動調用約定的函數(shù)timer1_Tick（），在這個函數(shù)中需要保證上位機中留存的數(shù)據(jù)個數(shù)，從串口中讀取收集來的數(shù)據(jù)LoadSerialData（），重新繪制圖表DrawGraph（），代碼如下：

private void timer1_Tick（object sender， EventArgs e） {

if （isStart） {//判斷是否已經(jīng)開始記錄

if （_serialPort.IsOpen）{ //判斷端口是否打開

if （dt.Rows.Count > 1）{ //dt里面是否有上位機以外的記錄

//移除掉線結點

for （int j = 1； j < dt.Rows.Count； j++）{

comboBox2.Items.RemoveAt（j - 1）；

dt.Rows.RemoveAt（j）；

}

if （dt.Rows.Count > 0）{

Node = new string[dt.Rows.Count， 5]；//5表示有5列

//將dt里面的數(shù)據(jù)移入Node，以便繪制TOPO圖

for （int i = 0； i < dt.Rows.Count； i++）{

Node[i， 0] = dt.Rows[i][0].ToString（）； //ID碼

Node[i， 1] = dt.Rows[i]["wd"].ToString（）； //溫度

Node[i， 2] = dt.Rows[i]["sd"].ToString（）； //濕度

Node[i， 3] = dt.Rows[i]["yw"].ToString（）； //土壤濕度

Node[i， 4] = dt.Rows[i]["ontime"].ToString（）； //時刻

}

bind（）；//拓撲圖綁定

}

}

}

LoadSerialData（）；// 從串口讀取數(shù)據(jù)

DrawGraph（）；//畫折線圖

}

}

（3）使用定時器定期捕獲數(shù)據(jù)，如圖1和圖2所示。

3 結束語

ZedGraph控件為開發(fā)者提供了豐富的屬性用來簡化軟件開發(fā)過程，控件開源的特性使得開發(fā)者可以根據(jù)具體情況修改源代碼以滿足特定需求。在生態(tài)養(yǎng)殖的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中應用ZedGraph控件，有助于監(jiān)測的數(shù)據(jù)圖形化和分析結果的可視化。

參考文獻：

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