專利名稱：一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，屬于電子信息技術領域。
背景技術：
隨著無線傳感器網絡的發(fā)展以及計算機網絡技術和電子信息技術的發(fā)展，無線傳感器網絡通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，打破了之前的傳統(tǒng)思維，人類可以實現無所不在的計算和網絡連接，如今無線傳感器網絡的可視化客戶端都是基于PC結構的，人們通過手持設備在無線傳感器網絡中進行信息交流和實時查看的需求越來越迫切。一個優(yōu)秀的操作界面作為一種直觀、便捷的交流方式，也越來越受到用戶的重視，人們可以通過鼠標或者觸摸屏可以實時查看無線傳感器網絡中的一些節(jié)點信息，實現信息的交換。發(fā)明內容
針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，無線傳感器網絡可視化手持客戶端通過連接無線傳感器網絡網關實現和無線傳感器網絡終端節(jié)點的交互，接收、處理、存儲和顯示節(jié)點返回的數據并返回應答控制命令，同時將數據通過TDS-CDMA網絡發(fā)送給服務器，實現查看和控制整個無線傳感器網絡系統(tǒng)的功能。
一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，利用多線程技術，將數據的接收、處理、命令應答和數據顯示在不同的線程中實現，將數據的接收、處理和顯示隔離，使數據在處理的同時不影響數據的接收和顯示，保證數據的實時接收、處理和顯示；利用數據庫技術，存儲處理線程處理完成的數據；實現方法如下
1)設計可視化手持客戶端的邏輯結構，包括串口數據幀接收模塊、串口應答控制模塊、串口數據幀處理模塊、可視化數據動態(tài)顯示模塊和無線發(fā)射模塊；
2)串口數據幀接收模塊通過基于ARMll內核的芯片S3C6410的片內外設UART3控制器，控制連接S3C6410芯片的串口的操作；
3)在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的驅動支持下，為S3C6410芯片的串口設置波特率、數據位、停止位和奇偶校驗方式，串口數據幀接收模塊按照接收速率控制方法接收無線傳感器網絡網關發(fā)送的數據；
4)串口數據幀處理模塊對接收到的數據按照數據解析方法進行解析，判斷數據格式為數據幀還是應答幀，利用數據庫技術，完成數據幀的存儲；
5)串口應答模塊根據預定的通信協議，對串口數據幀處理模塊解析出的數據進行應答；
6)可視化數據動態(tài)顯示模塊對步驟4)存儲的數據幀進行顯示；
7)無線發(fā)射模塊通過TDS-WCDMA網絡對步驟4)存儲的數據幀重新打包封裝，按照 TCP協議發(fā)送到服務器。
步驟幻所述的數據幀接收模塊，實現從傳輸層鏈路網關接收串口數據幀，通過把核心 CPU 芯片 S3C6410 的 UART3 控制器接口 與 SIPEX 的 SP3232EEA 的 3. OV 到 +5. 5V 的 RS232 轉換器相連，得到232電平的輸入接口和輸出接口，在接收網關數據的時通過SP3232EEA把 232電平轉換為TTL電平信號；在給網關發(fā)送數據時，把TTL電平轉換為232電平；并通過核心CPU芯片S3C6410上的嵌入式Linux操作系統(tǒng)調用底層驅動打開串口設備并設置正確的波特率、數據位長度、停止位長度和校驗方式等，保證和下層網關的正常通信，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
步驟幻所述的接收速率控制方法如下
建立256個緩沖區(qū)，每一個緩沖區(qū)的長度為一個數據幀的大小；建立兩個指針 *head和*end，其中*head指向當前正在處理的單元地址，*end指向當前正在接收的單元地址，計算兩個指針的差值；根據差值，對接收速率進行調整，保證數據接收緩沖區(qū)不會因為處理速度慢導致溢出，網絡速率上下浮動時，接收的當前幀和正在處理的幀的差值保持在一定范圍，保證網絡數據的正常接收和處理；所述的一定范圍是指
1)如若差值大于64且小于128，則正常接收數據幀；
2)如若差值大于128，則以最快的接收速率進行數據幀的接收；
3)如若差值小于64，則在保證能夠正常接收情況下，適當減小接收速率；
通過對接收速率的自適應調節(jié)，保證數據的完整性和高可靠性。
步驟4)所述的數據解析的方法是，根據預定的通信協議對緩沖區(qū)中以0x7E開始和以0x7E結束的完整數據幀進行解封裝，解析出無線傳感器網絡網關發(fā)送的命令字和有效數據，根據命令格式判斷接收數據的類型為數據幀還是應答幀，并根據命令執(zhí)行相應的處理，包括數據幀的存儲、丟棄和應答幀的應答。
步驟4)所述的數據庫技術，是采用占用內存較少的嵌入式數據庫SQLite，解決嵌入式內存小運行速度慢的難題，在使用時通過Iirmx下驅動的方式進行打開，創(chuàng)建需要的表和主鍵，存儲數據處理線程中無線傳感器網絡網關傳回來的數據，并通過動態(tài)顯示模塊傳遞的查詢條件進行條件查詢并將查詢結果返回。
步驟幻所述的串口應答模塊應答方法如下
1)檢測應答標志；
2)如果不需要應答，等待重傳數據幀重復步驟1 ；
3)如果需要應答，清零應答標志，獲取需要應答無線傳感器網絡節(jié)點的地址；
4)獲取當前需要應答的控制命令；
5)獲取當前要發(fā)送數據幀的編號seq ；
6)執(zhí)行 seq = seq+1 操作；
7)獲取要發(fā)送的數據長度；
8)將獲取到的幀編號、數據長度、節(jié)點地址、控制命令封裝為數據包；
9)依據CRC校驗碼表給數據包加入CRC校驗碼；
10)加入幀頭和幀尾組成一幀數據；
11)調用write ()函數通過串口將數據幀發(fā)送給網關；
12)重復循環(huán)應答。
步驟6)所述的可視化數據動態(tài)顯示模塊，采用基于Qt4的對話框編程和2D繪圖技術，實現在嵌入式Linux環(huán)境下的可視化數據動態(tài)顯示；所述的基于Qt4的對話框編程， 是設計圖形用戶界面，放置顯示數據需要的控件和控制需要的控件，當檢測到數據處理模塊發(fā)出數據處理結束信號后，在可視化動態(tài)顯示模塊中調用updataO函數更新對話框中控件顯示的內容，通過控制控件實現人工控制；所述的2D繪圖技術，是定義IOM字節(jié)的緩沖區(qū)，定時IOms讀取數據庫中的數據并刷新緩沖區(qū)，利用坐標系轉換將在對話框的坐標系下的坐標轉換成當前繪圖控件坐標系下的坐標，最終在對話框中顯示出數據值和變化曲線，實現數據的動態(tài)顯示。
為無線傳感器網絡設計可視化手持客戶端，便要解決信息數據的采集、處理、界面顯示、應答和公網的交互問題。本發(fā)明基于ARMll內核芯片S3C6410硬件平臺，通過嵌入式 Linux的串口驅動完成信息數據的采集并向嵌入式Linux上層提供操作接口，數據處理模塊、終端應答模塊、可視化數據動態(tài)顯示模塊和無線發(fā)射模塊實現了基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡的可視化手持客戶端的功能。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明實現的程序流程圖。
圖3為本發(fā)明數據處理流程圖。
圖4為本發(fā)明串口應答控制流程圖。
其中，1、網關，2、嵌入式系統(tǒng)手持終端，2-1、數據幀接收模塊，2-2、數據幀處理模塊，2-3、可視化動態(tài)顯示模塊，2-4、串口應答控制模塊。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步描述。
實施例
一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，利用多線程技術，將數據的接收、處理、命令應答和數據顯示在不同的線程中實現，將數據的接收、處理和顯示隔離，使數據在處理的同時不影響數據的接收和顯示，保證數據的實時接收、處理和顯示；利用數據庫技術，存儲處理線程處理完成的數據；實現方法如下
1)設計可視化手持客戶端的邏輯結構，包括串口數據幀接收模塊、串口應答控制模塊、串口數據幀處理模塊、可視化數據動態(tài)顯示模塊和無線發(fā)射模塊；
2)串口數據幀接收模塊通過基于ARMll內核的芯片S3C6410的片內外設UART3控制器，控制連接S3C6410芯片的串口的操作；
3)在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的驅動支持下，為S3C6410芯片的串口設置波特率、數據位、停止位和奇偶校驗方式，串口數據幀接收模塊按照接收速率控制方法接收無線傳感器網絡網關發(fā)送的數據；
4)串口數據幀處理模塊對接收到的數據按照數據解析方法進行解析，判斷數據格式為數據幀還是應答幀，利用數據庫技術，完成數據幀的存儲；
5)串口應答模塊根據預定的通信協議，對串口數據幀處理模塊解析出的數據進行應答；
6)可視化數據動態(tài)顯示模塊對步驟4)存儲的數據幀進行顯示；
7)無線發(fā)射模塊通過TDS-WCDMA網絡對步驟4)存儲的數據幀重新打包封裝，按照 TCP協議發(fā)送到服務器。
步驟幻所述的數據幀接收模塊，實現從傳輸層鏈路網關接收串口數據幀，通過把核心 CPU 芯片 S3C6410 的 UART 接口與 SIPEX 的 SP3232EEA 的 3. OV 到 +5. 5V 的 RS232 轉換器相連，得到232電平的輸入接口和輸出接口，在接收網關數據的時通過SP3232EEA把232 電平轉換為TTL電平信號；在給網關發(fā)送數據時，把TTL電平轉換為232電平；并通過核心 CPU芯片S3C6410上的嵌入式Linux操作系統(tǒng)調用底層驅動打開串口設備并設置正確的波特率、數據位長度、停止位長度和校驗方式等，保證和下層網關的正常通信和數據正常的發(fā)送和接收，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
步驟幻所述的接收速率控制方法如下
建立256個緩沖區(qū)，每一個緩沖區(qū)的長度為一個數據幀的大?。唤蓚€指針 *head和*end，其中*head指向當前正在處理的單元地址，*end指向當前正在接收的單元地址，計算兩個指針的差值；根據差值，對接收速率進行調整，保證數據接收緩沖區(qū)不會因為處理速度慢導致溢出，網絡速率上下浮動時，接收的當前幀和正在處理的幀的差值保持在一定范圍，保證網絡數據的正常接收和處理；所述的一定范圍是指
1)如若差值大于64且小于128，則正常接收數據幀；
2)如若差值大于128，則以最快的接收速率進行數據幀的接收；
3)如若差值小于64，則在保證能夠正常接收情況下，適當減小接收速率；
通過對接收速率的自適應調節(jié)，保證數據的完整性和高可靠性。
步驟4)所述的數據解析的方法是，根據預定的通信協議對緩沖區(qū)中以0x7E開始和以0x7E結束的完整數據幀進行解封裝，解析出無線傳感器網絡網關發(fā)送的命令字和有效數據，根據命令格式判斷接收數據的類型為數據幀還是應答幀，并根據命令執(zhí)行相應的處理，包括數據幀的存儲、丟棄和應答幀的應答。
步驟4)所述的數據庫技術，是采用占用內存較少的嵌入式數據庫SQLite，解決嵌入式內存小運行速度慢的難題，在使用時通過Iirmx下驅動的方式進行打開，創(chuàng)建需要的表和主鍵，存儲數據處理線程中無線傳感器網絡網關傳回來的數據，并通過動態(tài)顯示模塊傳遞的查詢條件進行條件查詢并將查詢結果返回。
步驟幻所述的串口應答模塊應答方法如下
13)檢測應答標志；
14)如果不需要應答，等待重傳數據幀重復步驟1 ；
15)如果需要應答，清零應答標志，獲取需要應答無線傳感器網絡節(jié)點的地址；
16)獲取當前需要應答的控制命令；
17)獲取當前要發(fā)送數據幀的編號seq ；
18)執(zhí)行 seq = seq+1 操作；
19)獲取要發(fā)送的數據長度；
20)將獲取到的幀編號、數據長度、節(jié)點地址、控制命令封裝為數據包；
21)依據CRC校驗碼表給數據包加入CRC校驗碼；
22)加入幀頭和幀尾組成一幀數據；
23)調用write ()函數通過串口將數據幀發(fā)送給網關；
24)重復循環(huán)應答。
步驟6)所述的可視化數據動態(tài)顯示模塊，采用基于Qt4的對話框編程和2D繪圖技術，實現在嵌入式Linux環(huán)境下的可視化數據動態(tài)顯示；所述的基于Qt4的對話框編程， 是設計圖形用戶界面，放置顯示數據需要的控件和控制需要的控件，當檢測到數據處理模塊發(fā)出數據處理結束信號后，在可視化動態(tài)顯示模塊中調用updataO函數更新對話框中控件顯示的內容，通過控制控件實現人工控制；所述的2D繪圖技術，是定義IOM字節(jié)的緩沖區(qū)，定時IOms讀取數據庫中的數據并刷新緩沖區(qū)，利用坐標系轉換將在對話框的坐標系下的坐標轉換成當前繪圖控件坐標系下的坐標，最終在對話框中顯示出數據值和變化曲線，實現數據的動態(tài)顯示。
權利要求
1.一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，利用多線程技術，將數據的接收、處理、命令應答、數據顯示和無線發(fā)送在不同的線程中實現，將數據的接收、處理、顯示和無線發(fā)送隔離，使數據在處理的同時不影響數據的接收和顯示，保證數據的實時接收、處理、顯示和公網的交互；利用數據庫技術，存儲處理線程處理完成的數據； 其特征在于，實現方法如下1)設計可視化手持客戶端的邏輯結構，包括串口數據幀接收模塊、串口應答控制模塊、 串口數據幀處理模塊、可視化數據動態(tài)顯示模塊和無線發(fā)射模塊；2)串口數據幀接收模塊通過基于ARMll內核的芯片S3C6410的片內外設UART3控制器，控制連接S3C6410芯片的串口的操作；3)在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的驅動支持下，為S3C6410芯片的串口設置波特率、數據位、停止位和奇偶校驗方式，串口數據幀接收模塊按照接收速率控制方法接收無線傳感器網絡網關發(fā)送的數據；4)串口數據幀處理模塊對接收到的數據按照數據解析方法進行解析，判斷數據格式為數據幀還是應答幀，利用數據庫技術，完成數據幀的存儲；5)串口應答模塊根據預定的通信協議，對串口數據幀處理模塊解析出的數據進行應答；6)可視化數據動態(tài)顯示模塊對步驟4)存儲的數據幀進行顯示；7)無線發(fā)射模塊通過TDS-WCDMA網絡對步驟4)存儲的數據幀重新打包封裝，按照TCP 協議發(fā)送到服務器。
2.如權利要求1所述的一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，其特征在于，步驟幻所述的接收速率控制方法如下建立256個緩沖區(qū)，每一個緩沖區(qū)的長度為一個數據幀的大??；建立兩個地址指針 *head和*end，其中*head指向當前正在處理的單元地址，*end指向當前正在接收的單元地址，計算兩個指針的差值；根據差值，對接收速率進行調整，保證數據接收緩沖區(qū)不會因為處理速度慢導致溢出，在網絡速率上下浮動時，接收的當前幀和正在處理的幀的差值保持在一定范圍，保證網絡數據的正常接收和處理；所述的一定范圍是指1)如若差值大于64且小于128，則以正常速率接收數據幀；2)如若差值大于128，則以最快的速率接收數據幀；3)如若差值小于64，則在保證能夠滿足正常處理情況下，適當降低接收速率；通過對接收速率的自適應調節(jié)，保證數據的完整性和高可靠性。
3.如權利要求1所述的一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，其特征在于，步驟4)所述的數據解析的方法是，根據預定的通信協議對緩沖區(qū)中以0x7E開始和以0x7E結束的完整數據幀進行解封裝，解析出無線傳感器網絡網關發(fā)送的命令字和有效數據，根據命令格式判斷接收數據的類型為數據幀還是應答幀，并根據命令執(zhí)行相應的處理，包括數據幀的存儲、丟棄和應答幀的應答。
4.如權利要求1所述的一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，其特征在于，步驟4)所述的數據庫技術，是采用占用內存較少的嵌入式數據庫 SQLite，解決嵌入式內存小運行速度慢的難題，在使用時通過Iinux下驅動的方式進行打開，創(chuàng)建需要的表和主鍵，存儲數據處理線程中無線傳感器網絡網關傳回來的數據，并通過動態(tài)顯示模塊傳遞的查詢條件進行條件查詢并將查詢結果返回。
5.如權利要求1所述的一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，其特征在于，步驟幻所述的串口應答模塊應答方法如下1)檢測應答標志；2)如果不需要應答，等待重傳數據幀重復步驟1；3)如果需要應答，清零應答標志，獲取需要應答無線傳感器網絡節(jié)點的地址；4)獲取當前需要應答的控制命令；5)獲取當前要發(fā)送數據幀的編號seq；6)執(zhí)行seq= seq+1操作；7)獲取要發(fā)送的數據長度；8)將獲取到的幀編號、數據長度、節(jié)點地址、控制命令封裝為數據包；9)依據CRC校驗碼表給數據包加入CRC校驗碼；10)加入幀頭和幀尾組成一幀數據；11)調用write()函數通過串口將數據幀發(fā)送給網關；12)重復循環(huán)應答。
6.如權利要求1所述的一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，其特征在于，步驟6)所述的可視化數據動態(tài)顯示模塊，采用基于Qt4的對話框編程和2D繪圖技術，實現在嵌入式Linux環(huán)境下的可視化數據動態(tài)顯示；所述的基于Qt4的對話框編程，是設計圖形用戶界面，放置顯示數據需要的控件和控制需要的控件，當檢測到數據處理模塊發(fā)出數據處理結束信號后，在可視化動態(tài)顯示模塊中調用updataO函數更新對話框中控件顯示的內容，通過控制控件實現人工控制；所述的2D繪圖技術，是定義IOM 字節(jié)的緩沖區(qū)，定時IOms讀取數據庫中的數據并刷新緩沖區(qū)，利用坐標系轉換將在對話框的坐標系下的坐標轉換成當前繪圖控件坐標系下的坐標，最終在對話框中顯示出數據值和變化曲線，實現數據的動態(tài)顯示。
全文摘要
一種基于嵌入式Linux的無線傳感器網絡可視化手持客戶端實現方法，以運行于ARM11芯片上的嵌入式Linux為載體，開發(fā)運行于嵌入式Linux平臺的無線傳感器網絡可視化手持客戶端，數據均經過軟件的優(yōu)化和糾錯處理，接收程序采用了數據緩沖、自適應調整的方式，實現在嵌入式Linux平臺接收和顯示無線傳感器網絡節(jié)點數據的功能；針對嵌入式系統(tǒng)特定的應用環(huán)境，通過算法優(yōu)化，實現了基于嵌入式Linux平臺的無線傳感器網絡可視化手持客戶端的接收和處理功能。本發(fā)明對于同類嵌入式平臺，可移植性強，對于推動嵌入式無線傳感器網絡設備的普及應用具有積極地意義。
文檔編號G06F17/30GK102510581SQ201110299628
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者單小明, 徐偉濤, 徐加利, 徐祥桐, 王磊, 紀洪亮, 薛良飛, 袁東風, 赫明哲 申請人:山東大學