張力云,，余艷梅，吳小強,，何小海

　?。ㄋ拇ù髮W(xué) 電子信息學(xué)院 圖像信息研究所，四川 成都 610064）

       摘要：設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于嵌入式平臺的巖屑圖像采集信息管理系統(tǒng),。系統(tǒng)由SQLite數(shù)據(jù)庫,、Web服務(wù)器、無線WiFi模塊三部分組成,。巖屑圖像采集完成后將井號,、井段、采集時間等信息寫入到數(shù)據(jù)庫中,，采集進程利用Socket通知Web服務(wù)器更新采集信息,。PC或者移動設(shè)備通過WiFi與Web服務(wù)器建立連接,，Web服務(wù)器利用Websocket協(xié)議將采集的信息發(fā)送到客戶端的瀏覽器，同時也可以在客戶端下載圖像,。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式平臺,；Websocket協(xié)議；SQLite數(shù)據(jù)庫,；Web服務(wù)器

0引言

　　四川省教育廳2014年研究生教育改革創(chuàng)新項目（2014教034）傳統(tǒng)的巖屑圖像采集平臺是通過PC與采集設(shè)備共同協(xié)作實現(xiàn)的,，PC與采集設(shè)備之間通過串口和USB進行通信，進而實現(xiàn)對采集儀的控制,，但是采集設(shè)備龐大，系統(tǒng)比較復(fù)雜［1］,。隨著采集設(shè)備小型化和便攜式的需求日益增大,，一種新型的巖屑采集一體機應(yīng)運而生，采集儀的核心是一塊運行著Linux系統(tǒng)的ARM主板,，采集系統(tǒng)軟件集成在嵌入式系統(tǒng)上,，控制整個采集設(shè)備的正常運行，從而實現(xiàn)了采集儀與 PC的分離,，達(dá)到了設(shè)備小型化和便攜式的要求［2］,。

　　然而巖屑圖像采集過程中用戶需要統(tǒng)計所有已經(jīng)采集的圖像才能知曉當(dāng)前的采集進度，圖像信息不易管理,。另一方面,，采集儀上的圖像需要傳輸?shù)絇C進行后續(xù)處理，但是目前采集儀與PC需要通過交換機和網(wǎng)線連接之后才能進行圖像傳輸,，在實際應(yīng)用中帶來諸多不便,。

　　針對采集系統(tǒng)中存在的缺陷，本文設(shè)計并實現(xiàn)了輕量級的圖像信息管理系統(tǒng)進而實現(xiàn)對圖像信息的管理,，同時設(shè)計了無線模塊以便于客戶端與采集儀進行無線通信,。

1系統(tǒng)整體設(shè)計

　　本文設(shè)計的圖像信息管理系統(tǒng)由SQlite數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器組成。SQlite數(shù)據(jù)庫用于保存圖像信息,，Web服務(wù)器用于與客戶端進行交互,，提供圖像信息瀏覽和圖像下載的功能。Web服務(wù)器是基于Tornado框架設(shè)計的,，該框架占用資源少,，與SQLite同為輕量級的應(yīng)用，非常適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),。Web服務(wù)器與客戶端通過Websocket協(xié)議進行通信,，該協(xié)議是基于TCP的應(yīng)用層協(xié)議，讓客戶端和服務(wù)器端保持長連接,，為圖像采集信息的實時更新提供了便捷,，并且比HTTP短連接協(xié)議通信效率更高,，資源占用更少。無線模塊提供WiFi熱點功能,，任何有WiFi功能的設(shè)備可以與Web服務(wù)器建立連接,，通過瀏覽器實現(xiàn)圖像信息瀏覽和下載的功能。本文設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。

2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

　　由于平臺資源限制,，本文設(shè)計的系統(tǒng)采用了專門針對嵌入式平臺應(yīng)用的輕型數(shù)據(jù)庫SQLite，它是遵守ACID的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),，這種數(shù)據(jù)庫占用資源非常少,，一般只需要不到1 MB的內(nèi)存，并且數(shù)據(jù)存取速度快,，目前該數(shù)據(jù)庫已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種嵌入式產(chǎn)品中,。

　　在巖屑圖像采集系統(tǒng)中，所有采集的圖像信息存儲在IMG表中,，該表有6個屬性,，分別為ID、WELL,、START,、END、LIGHT,、DATE,。圖像采集完成后采集軟件將以上信息寫入數(shù)據(jù)庫，并通過Socket發(fā)送采集完成信息給Web服務(wù)器進行狀態(tài)更新,。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)如表1所示,。 表1數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)字段數(shù)據(jù)類型允許

　　為空主鍵備注IDINTEGERNY圖像信息入庫編號WELLSTRINGNN井號STARTFLOATNN起始井段ENDFLOATNN終止井段LIGHTBOOLNN燈光信息，0代表白光,，1代表熒光DATEDATETIMENN采集時間

　　3Web服務(wù)器設(shè)計及實現(xiàn)

　　本文系統(tǒng)中Web服務(wù)器是連接客戶端與采集儀的橋梁,，一方面采集儀可以實時更新采集進度并在客戶端顯示，另一方面客戶端可以下載圖像,。Web服務(wù)器與客戶端通過Websocket協(xié)議進行全雙工通信,，服務(wù)器是基于Tornado框架設(shè)計的。

　　3.1Websocket協(xié)議

　　圖像信息管理系統(tǒng)以B/S模式運行,，這樣避免了因客戶端軟件的兼容性引起的問題,，并且能夠在移動端瀏覽器進行采集進度的查看和圖像的下載。

　　傳統(tǒng)的B/S模式采用HTTP協(xié)議進行通信,，而本系統(tǒng)需要實時更新采集進度,，所以一種辦法是采用輪訓(xùn)技術(shù)。但這種傳統(tǒng)的技術(shù)具有很明顯的缺點，瀏覽器每隔一段時間就向服務(wù)器發(fā)出請求,，服務(wù)端就需要不斷地解析HTTP 請求,，而嵌入式圖像采集平臺的資源相當(dāng)有限，這樣勢必會造成服務(wù)器資源極大的浪費,。另一種辦法是使用Websocket協(xié)議進行通信,。客戶端只需要向服務(wù)端發(fā)送一次連接請求就能建立TCP連接并保持長連接,，之后的通信可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)從而省去了數(shù)據(jù)報報頭,，并且雙方是全雙工通信［45］。

　　Websocket是HTML5定義的一種新的協(xié)議并在2014年10月正式發(fā)布,，目前無論在PC平臺還是移動端平臺,，較新版本的瀏覽器已經(jīng)支持Websocket協(xié)議。

　　3.2Tornado Web框架

　　Tornado是由Facebook公司開發(fā)的開源Web服務(wù)器框架,。該框架有三個特點：（1）輕量級,，占用硬件資源少，有利于在ARM主板上進行應(yīng)用開發(fā),；（2）非阻塞式運行，Tornado充分利用了epoll方式,，為服務(wù)器提供了強大的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)性能,，并且響應(yīng)速度快，適合開發(fā)實時應(yīng)用,；（3）Tornado 2.2之后的版本都支持Websocket協(xié)議,，避免了協(xié)議實現(xiàn)這一復(fù)雜的工作?；谝陨蠋c,，本文設(shè)計的圖像信息管理系統(tǒng)中的Web服務(wù)器選擇Tornado進行開發(fā)［6］。

　　3.3Web服務(wù)器設(shè)計

　　本文設(shè)計的Web服務(wù)器的工作流程如圖2所示,。

　　首先客戶端與服務(wù)端進行連接,，客戶端發(fā)送連接請求，請求的Upgrade字段表示此次連接是以Websocket協(xié)議進行連接的,。

　　如果服務(wù)器成功接收到客戶端的連接請求,，在完成各字段的校驗后會立即返回握手請求，由此客戶端與服務(wù)端建立了連接,。

　　客戶端與服務(wù)端建立連接后,，若Web服務(wù)器接收到采集軟件發(fā)送的數(shù)據(jù)更新信號，會立即讀取數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)信息,，并將數(shù)據(jù)傳給客戶端,；若客戶端發(fā)送下載圖片的信號時，Web服務(wù)器則在相應(yīng)的文件夾找到圖片并發(fā)送給客戶端。

4無線模塊的實現(xiàn)

　　采集儀與PC之間的通信需要網(wǎng)絡(luò)連接,，如果通過有線的方式進行連接,，那么PC與采集儀需要分別用一根網(wǎng)線連接一個交換機，這種方式比較繁瑣,。本文的方案是將ARM主板設(shè)置成WiFi熱點,，筆記本、手機等設(shè)備都能連接到采集儀,，從而進行采集信息的查看和圖像下載［7］,。

　　本文設(shè)計的系統(tǒng)采用EDUP USB無線網(wǎng)卡提供WiFi接入。為了提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù),，首先設(shè)置該WiFi熱點的IP地址,、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)，并在/etc/network/interfaces文件中修改網(wǎng)絡(luò)配置,。

　　WiFi熱點的基本配置完成后需要讓無線接入功能運作起來,。Hostapd是一個用戶態(tài)用于AP和認(rèn)證服務(wù)的守護進程，它實現(xiàn)了IEEE802.11相關(guān)的接入管理,。Hostapd的默認(rèn)配置文件為/etc/default/hostapd,，配置信息包含三個部分，分別是基本配置,、加密配置和硬件配置［8］,。最后配置硬件信息，包括網(wǎng)卡驅(qū)動,、無線網(wǎng)協(xié)議等,。

　　通過以上操作已經(jīng)建立起了WiFi熱點，但是接入設(shè)備需要自行設(shè)置有效的IP地址才能連接熱點,，Linux系統(tǒng)可以通過udhcp運行DHCP服務(wù),，為接入設(shè)備自動分配有效的IP地址［9］。udhcp的配置文件為/etc/udhcp.conf,，主要配置有效的IP地址范圍,。

　　啟動hostapd和udhcp進程并加入到系統(tǒng)啟動項中，至此,，設(shè)備已經(jīng)可以通過無線局域網(wǎng)連接到采集儀,。

5結(jié)論

　　本文以Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫為核心設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于嵌入式圖像采集平臺的圖像信息管理系統(tǒng)，并通過WiFi與客戶端進行通信,。系統(tǒng)采用B/S模式運行,，用戶可以在PC或者移動客戶端的瀏覽器上查看圖像信息和下載圖像，并且采集儀與客戶端完全通過無線進行通信,。該系統(tǒng)提高了圖像信息管理的靈活性和便捷性,，并簡化了設(shè)備部署的復(fù)雜度。

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