基于JSP的SMT车间温湿度监控系统的设计

武宁宁

（青岛理工大学临沂校区 山东 临沂 273400）

基于JSP的SMT车间温湿度监控系统的设计

武宁宁

（青岛理工大学临沂校区 山东 临沂 273400）

本文设计了基于JSP技术的SMT车间温湿度监控系统。该系统采用B/S软件体系结构，利用具有Web服务器功能的tomcat服务器，并以mysql数据库作为数据层，客户端通过浏览器实现温湿度监控系统的访问。在系统的设计完成之后，系统进行了多次、长时间的试验，数据丢包较少，实时曲线连续，表明该系统运行稳定、可靠。

JSP；B/S；mysql数据库；Tomcat服务器

SMT车间是对环境温湿度有较高精度要求的场所，环境的温湿度会直接影响到SMT的工艺水平和PCB的加工质量，因此对SMT车间的温湿度进行科学高效的管理是十分必要的。

随着Internet网络技术在各个领域的推广，利用网络优势实现对现场的温湿度进行实时的监控成为主流。与传统的C/S软件体系结构相比，B/S软件体系结构不仅不需要客户端软件，而且维护和升级方式简单。特别是Java跨平台语言的出现，使B/S结构的管理软件变得更加方便、快捷、高效。JSP作为一种基于Java Servlet以及整个Java体系的Web开发技术，它利用JDBC API实现对后台服务器的访问，开发人员可以使用HTML或者XML标识来设计相关的页面，当服务器的页面被请求后，就会对嵌入HTML中的Java代码进行处理，然后将产生的HTML页面返回给客户端的浏览器[1]。并且JSP标准能够在所有支持标准的服务器之间进行移植，具有平台和服务器的独立性，能够实现程序一次编写、处处运行的目的。

文中利用JSP开发技术，研究并实现了一种基于Web的温湿度实时远程监控系统，该系统充分利用JSP技术和tomcat服务器的优点，并以mysql数据库作为数据层，从而实现了SMT车间温湿度的高效监控。

1 系统的整体结构和工作流程

随着WEB技术的广泛应用，B/S模式正逐步的替代C/S模式，与C/S模式相比，无论是开发成本，还是使用过程中维护和升级的方便性，B/S模式都具有明显的优势[2]。本文采用的是B/S模式的体系结构，并通过三层模型来实现，系统的软件体系结构如图1所示。

图1 系统的软件体系结构图Fig. 1 The software structure diagram of the system

1)客户层。一般是指运行在客户端计算机上的网络浏览器，常作为用户接口和用户请求的发出地。

2)服务器层。主要包括Tomcat Web容器、JSP、Servlet等组件和虚拟串口软件。

3数据层。本系统采用的是mysql数据库。

客户端通过PC机的WEB浏览器查看采集的温度和湿度。服务器层中，虚拟串口软件负责实现系统与温湿度采集模块的通信，Tomcat Web容器、JSP、Servlet等组件用于处理客户端和虚拟串口软件的请求，保存采集的温度和湿度以及与mysql数据库交互。mysql数据库主要完成用户登录身份的验证以及建表，并且存储采集的温度和湿度。

本系统的工作流程如图2所示，其中在服务器端的软件主要包括虚拟串口软件、Tomcat Web服务器和mysql数据库3个部分组成。具体工作流程如下。

图2 系统的工作流程图Fig. 2 Work flow diagram of the system

1)将虚拟串口软件安装到服务器上，启动虚拟串口软件，建立虚拟串口软件与温湿度采集模块的连接。

2)虚拟串口软件将采集的温湿度上传到Tomcat Web服务器。

3)Tomcat Web服务器处理虚拟串口软件的请求，将采集的温湿度存储到mysql数据库中的相应的表中，方便客户端用户的查询和操作。

2 温湿度服务器监控软件的设计

在B/S软件体系结构下进行软件设计时，只需要对服务器端的软件进行设计。其中本系统服务器端的软件设计主要包括虚拟串口软件、Web服务器的设计和数据库服务器的设计3个部分。下面将对这3个部分进行详细的阐述。

2.1 虚拟串口技术的实现

虚拟串口并不是物理上存在的串口，而是使用虚拟手段模拟出来的，具备物理串口全部的逻辑特征。常规的虚拟串口一般利用虚拟驱动程序来实现，它虽然具有全局性和便捷性的优点，但存在稳定性不足的缺点[3]。

为了更好的实现服务器与温湿度采集模块的通信，本系统在底层搭建了一个485总线的温湿度采集网络，并通过485转TCP/IP的串口服务器连接到以太网中，在服务器端，再通过虚拟串口软件将TCP/IP映射到虚拟串口上。

在温湿度远程监控系统中，虚拟串口通常是监控系统软件与温湿度采集模块进行通信的桥梁，因此虚拟串口工作的稳定性会直接影响到整个温湿度监控系统的性能。ComRed软件和VSPM软件是两种常用的虚拟串口软件，ComRed软件是常规虚拟串口软件的一种，它不仅能够在Windows XP系统下运行，还能很好的在WIN7系统下运行，但它避免不了普通虚拟串口稳定性差的缺点，而VSPM软件是一种基于API Hook技术的虚拟串口软件，它不再使用系统内核驱动程序，从而避免了常规虚拟串口软件稳定性差的问题。

由于虚拟串口软件是完成数据通信的重要工具，因此在温湿度监控系统的设计过程中，需要对ComRed虚拟串口软件和VSPM虚拟串口软件的稳定性进行测试，其中图3 是监控系统通过ComRed虚拟串口采集的温度曲线，图4是监控系统通过VSPM虚拟串口采集的温度曲线。

与图3的温度曲线相比，图4的温度曲线更加连续，说明使用VSPM虚拟串口软件时，采集的温湿度可以更好的完成温湿度采集模块到服务器端的传输，因此本系统选择性能稳定、可靠的VSPM虚拟串口软件。

2.2 Web服务器的设计

本系统采用的Web服务器是Tomcat服务器，它是一个小型的轻量级Web服务器，运行时占用的系统资源少，扩展性好[4]。并且它是一个JSP和Servlet容器，是进行JSP程序开发和调试的首选。

图3 COMRED虚拟串口采集的温度曲线Fig. 3 Temperature curve of COMRED virtual serial port acquisition

Tomcat本身并不是专门用作Web服务器的，它的工作其实是应用程序服务器，通常Tomcat与Apache结合是最佳的，但这只是针对大型Internet站点而言的，需要Apache处理大量的静态信息[1]。对于温湿度监控系统而言，静态信息较少，而实时采集动态数据相比静态信息重要的多，而且绝大多数是JSP网页，因此单独使用Tomcat足以胜任Web服务器。

图4 VSPM虚拟串口采集的温度曲线Fig. 4 Temperature curve of VSPM virtual serial port acquisition

在温湿度监控系统中，Tomcat Web服务器主要功能是与虚拟串口软件进行通信和对采集的温湿度进行处理。要实现监控软件与虚拟串口软件的通信，需要在jsp网页上创建一个button按钮，具体是通过openOrClose()来实现串口开启和关闭。下面是监控软件开启虚拟串口的部分代码：

Tomcat Web服务器还需要对采集的温湿度进行及时的备份，本系统的备份数据库能够保存12个月的数据，并且备份数据库每一个月做一次更新，能够自动保存最近一个月的数据，自动删除最后一个月的数据。当进行历史数据查询时，系统自动完成闰年和大小月的判断。另外，关于Tomcat Web服务器如何将采集的温湿度存储到数据库中，将在2.3节详细介绍。

2.3 数据库服务器的设计

mysql数据库作为一种完全免费的关系型数据库，是目前运行速度最快的SQL语言数据库，而且mysql数据库在多线程方面有自身的许多优点[5]，因此本文选择mysql数据库作为监控系统的数据库。

搭建温湿度监控系统数据库需要创建两类表：温湿度数据表和用户表。其中存储温湿度的表分为最新数据表、历史数据表和备份数据表，而用户表是用来存储系统注册的用户名和密码。下面是在mysql数据库环境下创建数据表的命令：

其中timestamp是当前系统时间，创建一个带有系统时间的数据表可以方便数据的查询和管理。

本系统在进行用户权限的设计时，将用户划分了3个层次：普通用户、高级用户和超级用户，普通用户只能查看实时数据和历史数据，高级用户还可以查看备份数据，超级用户不仅能够查看所有数据还能操作虚拟串口。同样，在mysql数据库环境下，可以分别为每类用户创建一个用户表。其中创建普通用户表的命令如下：

3 Web交互界面的实现

温湿度监控系统的Web交互界面包括用户登录界面和实时数据显示界面。其中用户登录界面完成用户身份的验证和访问权限的判断，实时显示界面既可以显示实时数据也可以显示实时曲线。

3.1 JSP页面用户身份验证

在温湿度监控系统的设计时，进行用户权限的设置和用户身份的验证是十分必要的。要实现用户身份的验证，需要在JSP页面上创建用户名输入框、密码的输入框和一个button按钮，当在浏览器中输入http://www.192.168.58.139/login.html时，系统会自动跳转到下图5所示的用户登录界面。

图5 监控系统用户登录界面Fig. 5 User login interface of the monitor system

设计好用户的登录界面，还需要在系统后台创建一个submitLoad()函数来响应button按钮。当点击图中的现在登录按钮时，submitLoad()函数就会对用户的身份和访问权限进行验证，从而判断该用户是否为系统已注册用户。其中下面是submitLoad()函数的具体实现代码：

3.2 温湿度实时显示界面的设计

在进行SMT车间温湿度监控系统的设计时，需要考虑到SMT车间各个监测点的特点。通常焊接PCB所用的锡膏存放在冰箱中，一般要求温度在2～7 ℃，湿度没有特别要求；SMT加工车间要求温度在25±3 ℃，湿度在45%RH-65%RH之间[6]。

为了方便用户对监控系统的使用，在进行温湿度实时显示界面的设计时，当被监测点的温湿度过高或者过低时，数据显示的背景色会发生变化，达到及时提醒用户的目的。当温湿度值正常时，背景色为绿色；当温湿度偏高时，背景色为红色；当温湿度偏低时，背景色为蓝色。

在完成监控软件的设计之后，系统在南京某电子企业的SMT车间进行了实际运行测试，在1年的运行测试期间，系统运行稳定、可靠。图6为系统运行期间的温湿度实时显示界面。

图6 系统温湿度实时显示界面Fig. 6 Temperature and humidity real-time display interface of the system

4 结 论

文中设计了基于mysql数据库的Tomcat web服务器，引入JSP技术来设计温湿度监控软件，并利用虚拟串口软件和Tomcat服务器实现温湿度的远程管理。在完成系统设计后，该系统进行了多次长时间的测试，测试过程中温湿度实时显示画面流畅，数据丢包很少，说明系统运行稳定。本系统的设计方案还可以应用到其他相关领域，它为现场数据的远程管理提供了一种切实可行的方法。

[1]邵蓬.基于JSP的微硬盘装配线信息管理系统[D].武汉：华中科技大学,2006.

[2]任维娟,李洛峰,王春红.Web的远程电脑桌面监控系统的研究与实现[J].核电子学与探测技术,2010,7(30):870-873.

REN Wei-juan,LI Luo-feng,WANG Chun-hong.Research and implementation of remote desktop computer monitoring system of the Web[J].Nuclear Electronics & Detection Technology 2010,7(30):870-873.

[3]刘洋,吴熠铭,黄可嘉,等.基于API Hook技术的虚拟串口的实现[J].自动化与信息工程,2010(3):43-45.

LIU Yang,WU Yi-ming,HUANG Ke-jia,et al.Realization of virtual serial based on API Hook[J].Automation and Information Engineering,2010(3):43-45.

[4]许漫.基于J2EE的教学评估系统的研究与实现[D].南京：南京邮电大学,2008.

[5]陆坚毅.网络应用监控系统设计与实现[D].武汉：华中科技大学,2012.

[6]肖鸿威.基于modbus协议的空间分布式温湿度测控系统设计[J].电子元器件应用,2009,11(9):40-41.

XIAO Hong-wei.Design of spatially distributed temperature and humidity monitoring and control system based on the modbus protocol [J].Application of Electronic Components,2009,11(9):40-41.

Design of SMT workshop temperature and humidity monitoring system based on JSP

WU Ning-ning
（Linyi Campus of the Qingdao Technological University,Linyi273400,China）

This paper introduces the design of SMT workshop temperature and humidity monitoring system based on JSP technology. The system uses B/S software architecture and tomcat server with the function of web server, and takes the mysql database as the data layer. The client accesses the temperature and humidity monitoring system through the browser. After the completion of the design of the system, the system also has carried out repeated test for long time,less data loss and real-time continuous curve, show that the system is stable and reliable.

JSP; B/S; mysql database; Tomcat server

TN06

A

1674-6236(2014)07-0067-04

2013-07-10稿件编号201307077

武宁宁(1983—)，男，山东临沂人，硕士研究生，助教。研究方向：机械自动化。