基于嵌入式数据库的分布式大坝监测数据汇聚器设计

摘  要： 采用ARM9及嵌入式数据库设计开发了基于分布式技术的大坝监测系统的数据汇聚器，论述了分布式大坝监测系统的结构及数据汇聚器的作用。重点研究了数据汇聚器的硬件构成、软件平台以及采用SQLite数据库的软件实现。该设备可以有效地应用于大坝的安全监测。
关键词： 大坝监测；嵌入式数据库；远程访问；分布式；数据采集
       随着水利资源的运用日益广泛及成熟，对于大坝的安全性进行监测便成了其中的重要部分，因为大坝在投入使用之后始终存在着安全隐患，随时都有可能威胁到下游人民的生命财产安全。电子及计算机技术的不断发展，使得对大坝的自动化监测成为可能。笔者从分布式的角度出发，引入嵌入式数据库[1]，设计开发大坝安全监测所用的数据汇聚器，为自动化的大坝监测系统提供有力的支持。
1 数据汇集器的系统结构
1.1 分布式大坝监测系统结构
     大坝监测安全采用分布式设计，由上位监测机、局域网或互联网、数据汇聚器、RS-485总线、DAM数据模块、监测仪器组成，如图1所示。各种监测仪器使用传感器将采集的信号如电流、电压等经过处理后变成可以识别和计算的数字量[2]。监测仪器可直接与数据汇聚器相连，也可以将多个仪器接至DAM数据模块后再与数据汇聚器相连。数据汇聚器作为一个总的数据采集装置，将众多监测仪器采集的数据进行汇聚并存储，可为上位监测机提供实时的或以往的监测数据，由于数据分布于各个数据汇聚器，提高了系统的可靠性及数据的共享性。数据汇聚器与上位监测可以是局域网，一般应用于对一个单独的大坝进行监测，也可以将数据汇聚器接入互联网，使得可以通过远程访问或对多个大坝进行统一的监测。在数据汇聚器与监测仪器之间采用带有屏蔽层的RS-485同缆电缆，从而保证了在大坝复杂环境下数据的正常传输。
   
   1.2 数据汇集器的硬件结构
     数据汇集器是整个大坝监测系统的数据存储中心，同时还具有TCP到RS-485的转换功能，使得上位监测机在需要时可以直接对监测仪器进行操作，其结构框图如图2所示。为保证系统的可靠性，硬件的微处理器采用工业级ARM9芯片AT91SAM9261，在工作频率为190 MHz时可达到210 MIPS，ARM9的核心系统除了包含AT91S-AM9261处理器之外，还有32 MB SDRAM、1 GB Nand Flash、4 MB Data Flash及AT91SAM9261。Data Flash用来存放Bootstrap、Uboot以及Linux的内核，而大容量的Nand Flash用于实现Linux所需的基本文件系统[3]。以太网芯片采用DM9000A与局域网及互联网通信。所有的数据均采用SD卡存储，因此设计了SD卡的接口，可以实现数据SD卡的随时更改及存档。设计了简单的按键及液晶，用来实现对RS485参数及TCP/IP参数的配置操作。数据汇集器所接的设备可以达到16个，所以AT91SAM9261自身提供的串口远远不够，通过采用ALTERA公司的EPxxxx型FPGA来完成UART功能接口的扩展，将串口接口扩展至16个。