CN103929486A - 基于单片机实时监控系统及其实现web服务器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法，应用于基于单片机实时监控系统中，所述基于单片机实时监控系统用于监测和控制与之相连的激励器，所述基于单片机实时监控系统为控制芯片运行的嵌入式实时系统，所述方法包括如下步骤：S101、将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中；S102、将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用；S103、WEB服务使用嵌入式实时系统创建一个线程；以及S104、线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。本发明还公开一种基于单片机实时监控系统。

Description

基于单片机实时监控系统及其实现WEB服务器的方法

技术领域

本发明涉及一种基于单片机实时监控系统及其实现WEB服务器的方法。

背景技术

随着计算机技术、通讯技术的飞速发展，全世界广播电视正掀起一股数字电视开发使用的热浪。在数字电视地面广播中，新型的数字电视发射机是至关重要的，而激励器(EXCITER)又是数字电视发射机中最为关键的环节。激励器的监控系统为工程维护人员提供人机交互接口，系统状态监测等功能，监控系统如何满足目前丰富激励器功能需求也一直都受到业界的关注。

随着现在激励器的发展，为了方便工程安装人员调试与灵活组配网络，激励器的监控系统也随之发展起来且功能日趋丰富。目前激励器的监控系统大多使用power pc和arm运行vxworks或者Linux这样较为复杂的操作系统，这样的方案可以提供丰富的接口和人机界面。但是这样的监控系统自身硬件的成本较高且由于系统软硬件复杂度提升使得开发成本和后期维护成本都相对较高。当然市面上也有个别激励器使用8位单片机作为监控系统，这样的方案界面单一(一般只简单配置了字符型液晶作为人机交互的唯一方法)，功能简单无法满足目前日益发展的激励器的功能性和人机接口的便利性。

同时，在系统中，AGC的调节一般是通过电路硬件做闭环反馈调节，这样的调节方式不够灵活而且保护功能较少甚而生产一致性较差。

监控系统的基本功能是设置参数、系统状态监测、系统自动保护等。所以人机交互的接口是必不可少的。人机交互接口的方案很多，有液晶显示屏、上位机软件、WEB等等。对于液晶显示屏的方案，内容显示不够丰富和直观。用上位机软件的方式呈现则比较麻烦还需要在PC机上安装相应软件，而且还需要专门找上位机软件开发人员，提高了开发成本增加了系统复杂度。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法，所述方法应用于基于单片机实时监控系统中，所述基于单片机实时监控系统用于监测和控制与之相连的激励器，所述基于单片机实时监控系统为控制芯片运行的嵌入式实时系统，所述方法包括如下步骤：S101、将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中；S102、将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用；S103、WEB服务使用嵌入式实时系统创建一个线程；以及S104、线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

本发明采用的另一个技术方案是：

提供一种基于单片机实时监控系统，用于监测和控制与之相连的激励器，所述基于单片机实时监控系统为控制芯片运行的嵌入式实时系统，所述基于单片机实时监控系统包括WEB页面控制单元，所述WEB页面控制单元具体包括：转换存储单元，用于将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中；链表生成单元，用于将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用；WEB服务单元，用于使用嵌入式实时系统创建一个线程；以及解析返回单元用于调用线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

本发明的技术效果在于：为解决现有技术的液晶显示屏内容显示不够丰富和直观、上位机软件的方式呈现需要在PC机上安装相应软件繁琐且维护成本高的技术缺陷，本发明的基于单片机实时监控系统及其实现WEB服务器的方法，通过在单片机多任务系统集成WEB服务器，PC机通过浏览器登录接入监控系统即建立一个WEB处理任务，多台PC机可实现同时多点接入监控系统进行查询，该监控系统所占资源极少，可轻松运行在廉价的单片机上，硬件电路简单便于调试，并且降低了配置WEB服务器的硬件门槛和软件复杂度。

附图说明

图1是本发明一实施方式中一种激励器监控系统功能模块框图；

图2是本发明一实施方式中激励器监控系统的硬件结构框图；

图3是激励器液晶显示面板示意图；

图4是激励器监控系统实现WEB服务器的软件架构层次图；

图5是基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法执行流程图；

图6是本发明一实施方式中一种DPD实时监测及调控方法的执行流程图；

图7是AGC调节单元的硬件结构框图；

图8是AGC调节流程图。

主要元件符号说明

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，是本发明一实施方式中一种激励器监控系统功能模块框图，该激励器监控系统用于监控数字电视激励器，图1展现了激励器监控系统各功能模块的内容。该激励器监控系统100包括功能控制模块10以及与功能控制模块10连接的人机交互接口20。人机交互接口20包括激励器集中控制器、液晶菜单控制单元、WEB页面控制单元。在本实施方式中，所述功能控制模块10包括数字功能设置模块，射频信号控制模块、以及系统状态监测模块。

请一并参阅图2，是本发明一实施方式中激励器监控系统的硬件结构框图。如图2所示，所述功能控制模块的功能由控制芯片根据人机交互接口的输入通过控制接口220控制激励器的FPGA实现。在本实施方式中，所述控制芯片为LM3S控制芯片210，具体地，为LM3S9B92控制芯片。与所述功能控制模块10对应地，所述控制接口包括数字处理控制接口221和射频控制接口222，所述数字处理控制接口221具体为SPI接口。

在本实施方式中，激励器集中控制器用于通过422接口与控制芯片通讯，实现远程统一控制激励器。液晶菜单控制单元是通过传统的液晶显示面板控制方式实现，其中，液晶显示面板通过液晶接口与控制芯片相连。请参阅图3，是激励器液晶显示面板示意图，在本实施方式中，液晶菜单控制单元是传统的液晶显示面板控制方式，具体地，该激励器监控系统100使用字符型并行接口的液晶显示屏231和6个独立按键232，其中包括4个方向键、1个ESC键以及1个ENTER键，通过此控制方式，工程人员在现场能够做简单的查询和设置操作。

在本实施方式中，因为该LM3S控制芯片集成了网卡，所以控制芯片通过RJ45接口使用以太网通讯，以实现WEB页面控制单元的功能，所述WEB页面控制单元用于根据PC机发送的WEB页面请求执行相应的操作。在下面“(一)激励器监控系统实现WEB服务”部分会针对本发明激励器监控系统实现WEB服务进行详细说明。

所述数字功能设置模块主要用于根据人机交互接口的输入实现对激励器数字部分SFN、导频、单双频网、输入模式等数字处理功能的配置，所述数字功能设置模块具体用于通过SPI接口与FPGA通讯达到控制目的。所述数字功能设置模块具体包括一DPD实时监测及调控单元，所述DPD实时监测及调控单元用于对激励器的DPD处理单元进行监测和调控，在下面“(二)DPD(数字预失真)实时监测及调控”部分对此进行详细说明。

所述射频信号控制模块包括射频开关单元、调整输出频率的输出频率调整单元、调整输出功率的输出功率设置单元以及AGC调节单元，AGC调节方案详见下面“(三)AGC调节”部分内容。其中，激励器射频部分是单独电源控制，所述射频开关单元用于切断和打开射频电源以实现射频开关。

所述系统状态检测模块用于对系统的状态和性能进行监控。具体地，系统状态检测模块用于通过SPI接口每隔2秒钟从FPGA读取数字系统状态信息，并将不正常的状态信息加上时间戳作为日志信息存储在flash中，当超过日志信息的存储条目时，清除时间戳最早的日志信息，如此循环存储。其中，所述日志信息可以通过WEB页面查看。激励器监控系统会将异常信息反应到液晶显示屏或者WEB页面，工程人可以通过液晶屏或者WEB页面查看当前激励器的实时状态是否有异常。

(一)激励器监控系统实现WEB服务

在本发明中，激励器监控系统集成了WEB服务功能。如图2所示，本发明的激励器监控系统实现WEB服务功能的硬件架构十分简洁，因为该LM3S控制芯片集成了网卡，所以该系统只要连接RJ45接口即可使用以太网通讯而不需要另外使用PHY等外设，这样简化了系统架构便于调试和维修。

请一并参阅图4，是激励器监控系统实现WEB服务器的软件架构层次图，由于WEB服务是基于TCP/IP协议，所以该监控系统的软件实现是基于嵌入式实时监控系统上的TCP/IP协议栈上实现的HTTP协议。这样的软件架构层次不同于常用的Linux等操作系统+WEB服务器的方案，该系统没有实现文件系统。

所述激励器监控系统100即为基于单片机实时监控系统，下面对基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方案进行详细说明。请参阅图5，是基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法执行流程图。该方法包括如下步骤：

步骤S101、将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中。

步骤S102、将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用。这样系统简单稳定且资源占用率低，适合本发明单控制芯片架构的监控系统使用。

步骤S103、WEB服务使用嵌入式实时系统创建一个线程；

步骤S104、线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

其中，所述步骤S104具体包括步骤：

步骤S1041、接收浏览器根据输入的设备IP地址发送的get原语请求；

步骤S1042、当线程接收到浏览器发出的请求后，解析出get原语取出网页名并将网页名与单向链表遍历匹配，当匹配到WEB页面名后返回相应的WEB页面数组数据给浏览器。

该监控系统WEB服务的密码登录实现较为简单，浏览器发送带有用户名和密码的post原语供监控系统匹配。密码登入正常后页面每分钟刷新一次页面信息，监控系统就凭此作为心跳包，若浏览器关闭后心跳包时间超出，则销毁密码时效并提示重新输入密码登录。具体如下：在本实施方式中，所述步骤S104还包括步骤：

步骤S1043、接收浏览器根据输入的用户名和密码发出的带有用户名和密码的post原语；

步骤S1044、线程解析所述pos原语取出用户名和密码并对其进行匹配以实现身份认证，当认证通过后允许浏览器登陆所述基于单片机实时监控系统；

步骤S1045、登陆成功后，判断浏览器网页是否每隔预设时间刷新一次，若否，销毁密码时效并通知浏览器需要重新输入密码进行登录。

相应地，本发明还提供了一种运行于所述控制芯片中的基于单片机实时监控系统，该基于单片机实时监控系统即为前述激励器监控系统100，其中，所述的WEB页面控制单元用于根据PC机发送的WEB页面请求执行相应的操作。所述WEB页面控制单元具体包括转换存储单元、链表生成单元、WEB服务服务单元、解析返回单元。转换存储单元用于将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中。链表生成单元用于将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用。WEB服务单元用于使用嵌入式实时系统创建一个线程。解析返回单元用于调用线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

其中，所述解析返回单元具体包括第一接收单元和匹配单元。所述第一接收单元用于接收浏览器根据输入的设备IP地址发送的get原语请求。所述匹配单元用于当线程接收到浏览器发出的请求后，解析出get原语取出网页名并将网页名与单向链表遍历匹配，当匹配到WEB页面名后返回相应的WEB页面数组数据给浏览器。

在本实施方式中，所述WEB页面控制单元还包括登录单元，所述登录单元具体包括第二接收单元、认证单元以及销毁单元。第二接收单元用于接收浏览器根据输入的用户名和密码发出的带有用户名和密码的post原语。认证单元用于线程解析所述pos原语取出用户名和密码并对其进行匹配以实现身份认证，当认证通过后允许浏览器登陆所述基于单片机实时监控系统。销毁单元用于当登陆成功后，判断浏览器网页是否每隔预设时间刷新一次，若否，销毁密码时效并通知浏览器需要重新输入密码进行登录。

Web是目前越来越流行的人机交互接口方案，他不用另外安装软件又能实现丰富直观的内容显示。在本发明的方案中，PC机通过浏览器登录接入监控系统即建立一个WEB处理任务，多台PC机可实现同时多点接入监控系统进行查询，该监控系统所占资源极少，可轻松运行在廉价的单片机上，硬件电路简单便于调试，并且降低了配置WEB服务器的硬件门槛和软件复杂度。

(二)DPD(数字预失真)实时监测及调控

由前述可知所述数字功能设置模块还包括用于对激励器的DPD处理单元进行监测和调控的DPD实时监测及调控单元。首先，对DPD的定义和用途加以说明，DPD(Digital Pre-Distortion，数字预失真)：在开路电视传输设备中，高功率放大器(HPA)对整机的价格具有决定意义，对于给定的功率和噪声电子，HPA的价格将随着输入信号线性工作范围的扩大而盘升，因此用扩展HPA的线性工作范围的技术取代购买更高档的HPA的研究意义重大。对于扩展HPA线性范围的研究和应用一一即预失真技术，在国外已经有很多成熟的经验，出现了很多种数字自适应预失真技术如：查表法、笛卡尔环法等。

下面对DPD(数字预失真)实时监测及调控的方案进行详细说明。请参阅图6，是本发明一实施方式中一种DPD实时监测及调控方法的执行流程图。该DPD实时监测及调控方法包括如下步骤：

步骤S201、当开机时判断是否有保存的DPD系数，若是则将其导入到FPGA，然后执行步骤S202；

步骤S202、监测并判断DPD是否正常运行，若是，则循环执行步骤S202，若否，则执行步骤S203；

步骤S203、削峰到特定值，然后退出DPD并清除DPD系数，进行频谱翻转，更新ECF，然后执行步骤S204；

步骤S204、打开DPD运行DPD系数运算，保存算好的DPD系数并返回步骤S202。

其中，ECF(Estimation Core Function)是在xinlinx的DPD ip中的一个功能模块，用来估计信号失真程度和计算预失真系数。频谱翻转就是在频谱上面，频谱左边的信号转移到右边，右边的信号转移到左边，通常是对调信号的IQ就可实现频谱翻转。削峰是一个峰均比概念：信号的峰值(最大值或者最小值，类似sin信号的波峰)和信号平均功率的比值。削峰的原因是：功放管饱和时(最大输出功率时)，因为信号峰值问题，当信号的峰值到达功放管的饱和点时候后输入功率继续增加，信号的峰值就会被压缩(类似sin信号的波峰被刀砍成平平的)，峰值被压缩有，频谱上看，原本信号外的杂散增加，削峰就是把信号的峰值砍掉一些但是有尽量让带外杂散不增加。

相应地，本发明还提供一种DPD实时监测及调控单元，其包括导入单元、判断单元、更新单元以及运行单元。所述导入单元用于当开机时判断是否有保存的DPD系数，若是则将其导入到FPGA。判断单元用于当导入单元导入DPD系数完成后，监测并判断DPD是否正常运行，若是，则循环执行该监测判断操作。所述更新单元用于当所述判断单元判定DPD没有正常运行时，削峰到特定值，然后退出DPD并清除DPD系数，进行频谱翻转，更新ECF。所述运行单元用于当所述更新单元完成操作后，打开DPD运行DPD系数运算，保存算好的DPD系数并通知所述判断单元执行相应操作。

本发明的DPD实时监测及调控方法能将DPD计算后较为成功的参数记录在内存中，在下次开机的时候直接取出使用，节省了DPD计算的时间，增加了DPD调整的成功率。关于激励器数字功能部分的状态也是通过SPI接口从FPGA中读出并反应到人机接口上。

(三)AGC调节

请一并参阅图7、图8，图7是AGC调节单元的硬件结构框图，图8是AGC调节流程图。

所述AGC调节单元包括功率检测模块、LM3S控制芯片、ATT调节模块以及信号输出模块。功率检测模块用于将当前功率转化成电压反馈给监控系统，监控系统根据反馈的值，对作为ATT调节模块的ATT衰减器件进行操作来控制功率电平。具体的控制逻辑可以参看图8的AGC调节流程图。在AGC控制中还实现了一些信号的保护功能，为了保护功放，当AGC调节幅度太大的时候会按1db步进缓慢放开信号，在信号无法调节时或有信号异常时，会将功率衰减到最低以保护功放。AGC调节的功率电平误差在+/-1db，当调节稳定后AGC调节模块会进入巡检模式，即不断采用功率电平20次过滤掉异常电平求平均值后再比较是否需要调节当前功率电平以消除干扰。

本发明的激励器监控系统具有如下技术效果：

1、实现了一个较好的激励器监控系统架构，该架构由于其简单轻便增加了系统稳定性且易于生产调试却又不失其丰富的功能性；

2、在单片机多任务系统集成WEB服务器，大大降低了配置WEB服务器的硬件门槛；

3、提供了一套机制能对DPD(数字预失真)运行状态进行监视并实时调整控制，能将DPD计算后较为成功的校准参数记录在flash中下次开机的时候直接取出使用，节省了DPD计算的时间，增加了DPD调整的成功率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法，所述方法应用于基于单片机实时监控系统中，所述基于单片机实时监控系统用于监测和控制与之相连的激励器，其特征在于，所述基于单片机实时监控系统为控制芯片运行的嵌入式实时系统，所述方法包括如下步骤：

S101、将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中；

S102、将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用；

S103、WEB服务使用嵌入式实时系统创建一个线程；以及

S104、线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法，其特征在于，所述步骤S104具体包括步骤：

S1041、接收浏览器根据输入的设备IP地址发送的get原语请求；以及

S1042、当线程接收到浏览器发出的请求后，解析出get原语取出网页名并将网页名与单向链表遍历匹配，当匹配到WEB页面名后返回相应的WEB页面数组数据给浏览器。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机实时监控系统实现WEB服务器的方法，其特征在于，所述步骤S1041前还包括步骤：

接收浏览器根据输入的用户名和密码发出的带有用户名和密码的post原语；

线程解析所述pos原语取出用户名和密码并对其进行匹配以实现身份认证，当认证通过后允许浏览器登陆所述基于单片机实时监控系统；以及

登陆成功后，判断浏览器网页是否每隔预设时间刷新一次，若否，销毁密码时效并通知浏览器需要重新输入密码进行登录。

4.一种基于单片机实时监控系统，用于监测和控制与之相连的激励器，其特征在于，所述基于单片机实时监控系统为控制芯片运行的嵌入式实时系统，所述基于单片机实时监控系统包括WEB页面控制单元，所述WEB页面控制单元具体包括：

转换存储单元，用于将编写后的WEB页面转换成16进制并做成数组存储于内存中；

链表生成单元，用于将所述数组对应相应的WEB页面名连成单向链表供遍历使用；

WEB服务单元，用于使用嵌入式实时系统创建一个线程；以及

解析返回单元用于调用线程解析HTTP协议请求，得到网页名，并根据所述单向链表和解析出的网页名返回与请求相应数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于单片机实时监控系统，其特征在于，所述解析返回单元具体包括：

第一接收单元，用于接收浏览器根据输入的设备IP地址发送的get原语请求；以及

匹配单元，用于当线程接收到浏览器发出的请求后，解析出get原语取出网页名并将网页名与单向链表遍历匹配，当匹配到WEB页面名后返回相应的WEB页面数组数据给浏览器。

6.根据权利要求5所述的一种基于单片机实时监控系统，其特征在于，所述WEB页面控制单元还包括登录单元，所述登录单元具体包括:

第二接收单元,用于接收浏览器根据输入的用户名和密码发出的带有用户名和密码的post原语；

认证单元，用于线程解析所述pos原语取出用户名和密码并对其进行匹配以实现身份认证，当认证通过后允许浏览器登陆所述基于单片机实时监控系统；以及

销毁单元，用于当登陆成功后，判断浏览器网页是否每隔预设时间刷新一次，若否，销毁密码时效并通知浏览器需要重新输入密码进行登录。