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B/S 模式的嵌入式远程检测系统实验

实验简介

感测技术和计算机技术应用结合的发展趋势是嵌入式和远程应用， 这种嵌入式应用由过 去的 51 系列单片机逐渐发展成被 ARM 等嵌入式系统所取代，远程应用有 C/S 和 B/S 两种模 式，由于 ARM 嵌入式系统性能优异，具有完备的功能，能运行 Linux 等开源可裁剪的实时操 作系统，方便架构 web 应用。因此传统的检测系统应用技术必将面临挑战，检测系统软件的 网络应用，过去人们之所以主要使用 C/S 模式，是因为 B/S 模式网页信息传送冗余度大，使 实时性很差，而 AJAX 技术很好的弥补了 B/S 模式这个缺点，因此过去的 C/S 模式的主体地
位必将被 B/S 模式所取代。
把检测系统中的嵌入式小型计算机作为一台接入网络中的计算机， 它既是一个检测仪表 设备，又是一个 WEB 服务器，因此可以通过浏览器远程操作该仪表，从而实现 B/S 模式的检
测系统。

1 系统的结构与组成

1.1 检测系统原理
图 1 中液位变送器输出 2-20mA 电流接入 DDC 远程模块 7017，7017 数字化后通过 485 总 线接入嵌入式系统 ARM7，完成数据采集、数据处理。与远程用户通过浏览器基于 HTTP 协议
进行交互。 。

图 1：检测系统结构框图
1.2 应用软件设计
采用 B/S 模式开发的应用程序的关键问题是如何提高检测的实时性，常规的 web 应用是 采用网页刷新机制，强制用户进入提交/等待/重新显示，用户的动作总是与服务器的"思考 时间"同步，客户端每次刷新数据都要求服务器端传送整页数据，而一页数据中只有极少数 据是需要更新的实时数据，因此网络传送大量冗余信息，严重影响实时性。AJAX（异步 JavaScript + XML）技术，是一种新的 WEB 开发理念，它集 JavaScript、CSS、DOM、 XMLHttpRequest 技术于一体，将浏览器端的 JavaScript、DHTML 与服务器异步通信有机融
合。 提供与服务器异步通信的能力， 使用户从请求/响应的循环中解脱出来。 使用 JavaScript 和 DHTML 立即更新 UI，并向服务器发出异步请求，以执行所需要的更新。当请求返回时， 使用 JavaScript 和 CSS 来相应地更新 UI，网络只需要传送极少的已经更新了的数据，而不 是刷新整个页面。大大减少了传输的数据量，提高了检测的实时性。在设计过程中，WEB 如

何实时的取得检测数据成为成功关键，在此，利用 Linux 特有的文件类型 FIFO（命名管道）
来和 WEB 应用程序通信，FIFO 一端写入数据，另一端就读出数据，通信方便。检测模块把 实时数据按一定的方式写入管道，另一端 WEB 服务程序（用 C 写的 CGI 程序）读出数据后发 送给 AJAX 客户端脚本和 Flash 图表，AJAX 就操作 DOM 实现无刷新的动态更新 WEB 页面数 据,Flash 得到数据后解析出绘制图表的坐标值，然后绘制出动态曲线图。这就实现了在 WEB
里显示实时数据和动态曲线图。
系统应用软件由嵌入式计算机中的测量控制模块、WEB 服务模块和客户端脚本程序共同
构成，如图 2 所示为系统软件结构图。

图 2：软件结构框图
1.3.1 测量模块
测量控制模块是基于 linux 系统 C 语言实现数据采集、标度变换.系统初始化后从串口 读取当前液位值进行标度变换，判断有无 WEB 数据请求，若有则把请求的数据写入 FIFO 送
给 WEB 服务模块，下一步，系统进入定时等待（400 毫秒） ，定时到则立即进入下一次数据
采集、运算。
这一过程就实现了液位高度的采集、变换、实时传送数据给 WEB 服务模块。
测量控制模块软件流程如图 3 所示。

图 3：测量模块软件流程图

1.3.2 WEB 服务模块

WEB 服务模块是基于 Linux + boa 架构的嵌入式 Web Server,用 C 编写的 CGI 程序。它
接受并处理 AJAX 发来的请求并通过 FIFO 管道与检测模块交换数据，实现实时数据获取、控 制参数修改。一方面从 FIFO 管道中读取来自测量控制模块的实时数据，再送给客户端 AJAX
脚本和 Flash 进行实时数据的显示和动态图表的绘制； 另一方面接受从客户端提交的控制参
数然后返回给测量控制模块进行相应控制。 这一过程就完成了用 WEB 浏览器进行测量控制的
任务，从而实现了 B/S 模式的检测系统。如图 4 所示为 WEB 服务模块软件流程图。

图 4：WEB 服务模块软件流程图

1.3.3 AJAX + CGI 动态显示测量数据
AJAX （JavaScript、XML、DHTML）可以定时向服务器发送 XML 请求（异步 XML 请求） 同时在不刷新页面的情况下利用 DOM 技术动态的更新页面数据。在此，WEB 客户端用 Ajax 脚本定时请求 WEB 服务模块的 CGI 程序，CGI 程序处理请求并返回数据，当 AJAX 获得数据 后，就操作 DOM 更新页面显示实时测量数据。由于可变数据量非常小，网络只需传输 WEB 页面需要更新的少量数据，这就提高了传输速度，从而实现了实时数据的显示。WEB 客户端 则使用通用的浏览器，当用户修改参数、给定值或显示实时数据时，只需要打开标准 WEB
浏览器就完成了系统的操作和显示，这就实现了 B/S 模式的测量。
AJAX 脚本工作流程图如图 5 所示：

图 5：AJAX 脚本和 Flash 工作流程图

1.3.4 Flash + CGI 绘制实时曲线
Flash 能定时自动请求并读取数据文件这一特性使它与 XML 结合能动态更新内部数据，
XML（The Extensible Markup Language） 样只要通过 WEB 服务程序（CGI）更新了 XML 。这
文件的数据，Flash 的内部数据就能得到更新。
在此 CGI 把测量控制模块采集的数据（如液位值）以预先规定的 XML 文件格式动态生成 XML 送给 Flash。Flash 读取了这个 XML 文件后就解析文件，从标记<pv></pv>有解析出当前 液位，从标记<sv></sv>中解析出设定液位。有了这两个值，Flash 用脚本操作 Flash 元件
间断的在预定的坐标上打点，就样就绘制出动态曲线图。
本次测试中的 XML 文件格式为：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<data>