CN114760280B - 一种基于网页的嵌入式人机交互系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于网页的嵌入式人机交互系统，反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块之间通过消息总线服务器连接，还通过消息总线服务器与多个APP的Web服务器连接；权限管理模块依据APP发送的功能权限项目表生成功能权限配置页面，并生成登录界面的网页和权限配置的网页供反向代理服务器调用；主界面入口管理模块用于提供人机交互系统的主界面以供反向代理服务器调用；反向代理服务器获取用户对应主界面和APP的权限数据；依据对应主界面和APP的权限数据，从主界面入口管理模块获取界面网页数据，通过连接以太网的网络接口模块输出该用户访问的界面功能；实现对各种APP有统一接口、对不同用户有权限设置的功能。

Description

一种基于网页的嵌入式人机交互系统
技术领域
本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于网页的嵌入式人机交互系统。
背景技术
现场测量、状态监视、控制、操作设备等都需要现场终端具备人机交互界面。目前，基于具有图形用户界面的操作系统，比如Android、WinCE，可以为应用软件基于本地显示屏提供人机交互，以及基于服务器、客户端构架建立远程客户端访问。但这种人机交互对应本地和远程的模式不统一，开发工作量大，不适合物联网应用。
2020年12月《信息化研究》期刊第46卷第6期《基于WebService的智能电测仪器HMI实现》一文中给出一种内置于嵌入式Linux平台上的人机交互部分的设计方法，其软件架构如图1所示，该方法基于QT中QWidget工具的类封装交互界面框架，形成界面动态参数配置，通过XML配置管理这些参数，最终在通过WebService的服务层提供的网页界面上，实现人机交互界面的动态生成和测试方案的动态加载。
综上所述，现有适用于物联网人机交互系统的技术方案中，存在以下技术问题：首先，现有Linux容器技术平台和功能APP化的物联网终端架构，不能兼容多个应用软件APP、缺少统一的人机交互开发接口；第二，已有人机交互方案没有考虑对应管理员、监控人员、维护人员、开发人员等不同角色的功能访问权限；第三，现有集成图形用户界面的操作系统，占用硬件资源过于庞大，每个应用软件APP的交互方式更加难以统一访问入口，难以进行权限管理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于网页的嵌入式人机交互系统，用以解决嵌入式人机交互系统针对各种应用软件APP没有统一接口以及针对不同用户没有访问权限限制的问题。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
本发明提供的一种基于网页的嵌入式人机交互系统，包括：包括网络接口模块、反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块；反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块之间通过消息总线服务器连接，还通过消息总线服务器与若干应用软件APP的Web服务器连接；
所述权限管理模块用于管理登录信息和管理角色对所述应用软件APP的访问权限；依据应用软件APP发送的功能权限项目表生成功能权限配置页面，并生成登录界面的网页和权限配置的网页以供反向代理服务器调用；所述主界面入口管理模块用于提供人机交互系统的主界面以供反向代理服务器调用；并利用获取的所述应用软件APP发送的界面注册参数生成所述应用软件APP入口图标，并关联进入所述应用软件APP网页的入口信息；
所述反向代理服务器用于连接所述应用软件APP的Web服务器和消息总线服务器，根据用户登录信息从所述权限管理模块中获取该用户对应所述主界面和所述应用软件APP的权限数据；依据该用户对应所述主界面和所述应用软件APP的权限数据，从所述主界面入口管理模块获取界面网页数据，通过所述网络接口模块输出允许该用户访问的界面功能；
所述网络接口模块对外连接以太网，以用于外部浏览器访问。
上述技术方案的有益效果为：本发明首先通过网络接口模块支持外部浏览器远程访问，能够适用于无系统图形用户界面的Linux系统；其次，利用反向代理服务器和网络接口模块为各个应用软件APP提供了统一的人机交互接口，能够适用于多种应用软件APP，兼容容器化方案；对各种应用软件APP具有统一的人机交互接口，并且以网页形式提供给主站或移动终端上的浏览器显示；最后，通过权限管理模块根据功能权限管理列表信息能够针对不同用户设置不同的访问权限、根据主界面入口管理模块的界面注册信息针对不同的应用软件APP设置不同的交互权限。
进一步地，为用户和管理人员提供更加便利的操作界面，所述主界面包括：管理员操作界面、应用菜单界面、应用软件APP界面；
所述管理员操作界面用于供管理员设置用户和角色的权限配置信息；所述应用菜单界面用于显示所述应用软件APP入口图标列表，以提供进入对应所述应用软件APP界面的途径；所述应用软件APP界面，用于与所述应用软件APP进行功能交互，实现对应用软件APP的操作。
进一步地，为了方便不同用户级别和相同用户级别的权限管理，所述权限管理模块还用于根据所述应用软件APP发送的角色权限配置表为用户赋予角色，并向反向代理服务器发送该用户对应角色的权限信息；所述角色权限配置表用于记录不同角色对应所述应用软件APP的权限设置信息；所述角色是一个或多个应用软件APP的可操作功能的集合模块。
进一步地，为了便于区分不同用户，所述权限管理模块还包括，在用户登录后，通过反向代理服务器向用户的浏览器设置一个COOKIE，以区分不同用户。
进一步地，当有用户有访问请求时，所述反向代理服务器通过调用所述权限管理模块的权限数据对访问请求的用户进行判断，以确定是将其路由到所述应用软件APP的Web服务器上还是将其阻止。
进一步地，所述消息总线服务器采用MQTT协议与应用软件APP、权限管理模块和主界面入口管理模块进行数据传输。
进一步地，所述注册参数用于提供所述应用软件APP在主界面显示的信息，包括所述应用软件APP的唯一标识、所述应用软件APP显示的图标的地址、所述应用软件APP对应的域名或IP地址、所述应用软件APP的Web服务器开放的端口。
进一步地，所述功能权限项目表用于记录向所述权限管理模块注册所述应用软件APP的权限信息，包括所述应用软件APP的唯一标识、设置权限的接口集合。
进一步地，为了方便对用户和角色的管理，所述权限管理模块还用于管理用户和角色，包括创建用户、更新用户、删除用户、创建角色、更新角色和删除角色，以及为用户设置角色，为角色设置权限，并存储设置信息。
进一步地，为了进一步友好的人机交互，所述权限管理模块还包括角色设置提示功能，新用户登录时，未检测到所述权限管理模块存储的对应角色设置信息，则提示为之设置角色。
附图说明
图1是本发明的现有技术人机交互软件架构结构框图；
图2是本发明的一种基于网页的嵌入式人机交互系统结构框图。
具体实施方式
针对上述问题本发明提供一种基于网页的嵌入式人机交互系统，下面结合附图和实施例进行进一步地详细说明。
系统实施例：
本发明的一种基于网页的嵌入式人机交互系统，如图2所示，该人机交互系统用于设置在一个现场终端(例如，现场测量设备、状态监视设备)上能够使安装在现场终端的各应用软件APP能够通过该统一的交互接口供用户访问。该人机交互系统包括网络接口模块、反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块；反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块之间通过消息总线服务器连接，还通过消息总线服务器与若干应用软件APP所在的Web服务器连接。
其中消息总线服务器，采用MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)协议进行数据传输。其中MQTT协议采用消息发布/订阅机制来完成信息交互，MQTT协议将参与方划分为三种身份，分别是：发布者、订阅者和代理。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息的代理是服务器端。人机交互系统和应用软件APP作为客户端订阅其它客户端发布的消息或发布其他客户端可能会订阅的信息。消息总线服务器作为服务器端接受客户端发布的应用信息或向订阅的客户端转发应用程序消息。由此，第i个应用软件，记为APP(i)，基于MQTT协议连接消息总线服务器，并输出其界面注册参数和功能权限项目表。
其中权限管理模块用于用户登录，管理用户/角色的权限信息和管理用户对应用软件APP的访问控制；第一方面，权限管理模块，基于MQTT协议连接消息总线服务器，并获取应用软件APP(i)的功能权限项目表，依据应用软件APP(i)发送的功能权限项目表生成功能权限配置的页面，并生成登录界面的网页和权限配置的网页以供反向代理服务器调用。该权限配置页面用于管理员为其他用户的设置权限。具体地，应用软件APP(i)在启动时会通过消息总线服务器向权限管理模块发送一个功能权限项目表，该功能权限项目表用于不同用户和角色的访问控制。用户在成功登录人机交互系统之后，权限管理模块会向用户的浏览器设置一个COOKIE，通过该COOKIE，权限管理模块来区分每个登录到人机交互系统的用户。第二方面，权限管理模块还提供REST API接口、登录界面的网页和权限配置的网页，而且输出用户k对应APP(i)的权限数据。上述REST API用来管理用户和角色，API包括创建用户、更新用户、删除用户、创建角色、更新角色和删除角色。登录界面的网页为用户提供登录界面。
主界面入口管理模块用于提供人机交互系统的Web界面以供反向代理服务器调用；Web界面包括3个界面，分别是用于操作用户和角色信息的管理员操作界面，用于显示应用软件APP列表的应用菜单界面和用于操作应用软件APP(i)的界面。主界面入口管理模块基于MQTT协议连接消息总线服务器，并获取应用软件APP(i)的界面注册参数。应用软件在启动时会通过消息总线服务器发送一个界面注册参数到主界面入口管理模块进行注册操作。注册完成后，应用的图标和名称会显示在应用菜单界面。进入APP(i)界面的方法为：在应用菜单界面点击应用图标，应用软件APP(i)的Web界面则显示在主界面上，供对应用软件APP(i)进行查看和操作。具体访问人机交互界面时，看到的主界面、APP(i)的界面，针对不同角色不同用户，访问到的主界面可以相同也可以不同，访问的应用软件APP(i)界面也可以相同也可以不同；界面相同时，根据权限设置开放对应功能，未在权限内的禁止访问；界面不同时，根据权限设置显示对应界面功能。
反向代理服务器用于充当应用软件APP的Web服务器网关的代理服务器；基于HTTP连接应用软件APP(i)中的Web服务器，并转发应用的Web数据；基于HTTP协议连接权限管理模块，以获取用户k对应APP(i)的权限数据；基于HTTP协议连接界面入口管理模块，以获取主界面网页数据。基于消息总线协议(MQTT协议)连接消息总线服务器，以便通过消息总线获取权限管理模块提供的用户k对应APP(i)的权限数据；具体应用时，当用户通过网络访问应用软件APP(i)的Web服务器时，HTTP请求先转到反向代理服务器，反向代理服务器调用权限管理模块的权限数据对该请求进行判断，然后确定是将其路由到应用软件APP(i)的Web服务器上还是将其阻止。
网络接口模块，在现场终端外部连接以太网，以便主站或移动终端的浏览器通过该网络接口模块的接口、以网页方式访问现场终端的人机交互界面。网络接口模块在现场终端内部连接反向代理服务器，从反向代理服务器获取主界面网页、第i个APP(i)网页、登录和权限配置网页数据，并进行交互操作。
该系统的工作过程为：
S1.在现场终端上安装第i个应用软件APP(i)，具体执行如下步骤：
步骤1.1，应用软件APP(i)基于消息总线协议通过消息总线服务器向人机交互系统的主界面入口管理模块输出界面注册参数，主界面入口管理模块依据APP(i)的界面注册参数在其主界面网页数据上生成APP(i)入口图标，并关联APP(i)的网页入口地址。
应用软件APP(i)界面注册参数是一个明确定义的JSON对象用于向主界面管理模块提供应用软件在主界面显示的信息，该JSON对象包括5个属性：
AppId：应用程序的唯一标识；
Title：应用显示的标题；
Icon：应用显示的图标的地址；
Host：应用程序对应的域名或IP地址；
Port：应用程序的Web服务器开放的端口。
依据上述消息参数，一个界面注册参数为
{
“AppId”:“123”,
“Title”:“SimpleApp”,
“Icon”:“/appicon.png”,
“Host”:“localhost”,
“Port”:9000
}
步骤1.2，应用软件APP(i)通过消息总线服务器向人机交互系统的权限管理模块输出功能权限项目表和对应若干角色的权限配置，角色的权限配置是对应用软件APP(i)所有功能权限项目的权限设置的数据表单，权限管理模块依据APP(i)的功能权限项目表在其权限配置网页数据上生成由具有权限设置权力的管理员可以操作设置的、针对其他用户的功能权限配置页面。
APP(i)功能权限项目表是一个明确定义的JSON对象用于向权限管理模块注册应用的权限信息，该JSON对象包括：
AppId：应用程序的唯一标识。
Functions：应用可设置权限的接口集合。
在Functions下包含若干个功能接口对象,每个功能接口对象有以下4种属性：
Id：接口编号；
Name：接口名称；
Type：接口类型；
Link：接口对应的地址。
依据上述消息参数，一个功能权限项目表为
{
“AppId”:“123”,
“Functions”:
[{“Id”:“1”,
“Name”:“function1”,
“Type”:“simple”,
“Link”:“/api/function1.func”
}]}
角色是某个或某几个应用软件APP的可操作功能的集合的模板，当赋予某个用户角色后，权限管理模块向反向代理服务器发送对应该用户的权限信息。
S2.在应用软件APP(i)完成安装后，用户k通过主站或移动终端上的浏览器，经过以太网访问现场终端的网络接口模块，执行如下处理步骤：
步骤2.1、人机交互系统的反向代理服务器基于HTTP协议调取权限管理模块的登录网页数据，并由用户k通过登录网页执行登录操作。用户k在权限管理模块的相关数据如果不存在，则提示用户k执行注册操作，注册信息发送给具有权限设置权力的管理员，管理员登录现场终端，设置用户k的角色，依据角色自动生成主界面入口部分、权限管理模块、以及应用软件APP的功能权限项目的设置表单；管理员可以为用户k修改某些应用软件APP中某些功能权限项目的权限设置，权限管理模块保存用户k的权限数据。
步骤2.2、用户k完成登录后，人机交互系统的反向代理服务器基于消息总线协议通过消息总线服务器从权限管理模块获取用户k的主界面入口功能权限数据，进一步基于HTTP协议调取主界面入口管理模块的主界面网页数据，并依据用户k关于主界面入口的功能权限，通过网络接口模块输出允许用户k访问的主界面功能。步骤2.3、当用户k访问应用软件APP(i)的入口图标时，人机交互系统的反向代理服务器基于MQTT协议通过消息总线服务器从权限管理模块获取用户k关于APP(i)的权限数据，进一步基于HTTP协议调取应用软件APP(i)的入口网页数据，并依据用户k关于应用软件APP(i)的功能权限，通过网络接口模块输出允许用户k访问的APP(i)界面功能，提供用户k执行交互操作。
其中APP(i)权限数据是一个明确定义的JSON对象，该对象用于反向代理服务器鉴权使用。
该JSON对象包括：
Username：用户名称
AccessibleApps：可操作应用软件APP的集合。
在AccessibleApps包含若干可操作应用软件对象，每个可操作应用软件对象有以下2种属性：
AppId：应用程序的唯一标识。
AccessibleFunctions：可操作功能接口的集合。
在AccessibleFunctions包含若干可操作功能接口对象，每个可操作功能接口对象有以下属性：
Id：接口编号。
Link：接口对应的地址。
依据上述消息参数，一个APP(i)权限数据为
{
“Username”:“admin”,
“AccessibleApps”:
[{
“AppId”:“123”,
“AccessibleFunctions”:
[{“Id”:“1”,
“Link”:“/api/function1.func”},
{“Id”:“2”,
“Link”:“/api/function2.func”}]
}]}
因此，本发明提出的一种基于网页的嵌入式人机交互系统，利用该系统用户可通过外部主站或者移动终端上的浏览器进而访问任意应用软件APP的界面，适用于无系统图形用户界面的嵌入式系统。该人机交互系统配置于现场终端内部，包括网络接口、反向代理服务器、权限管理部分、主界面入口管理部分，并通过消息总线服务器获取到应用软件APP的界面注册参数和功能权限管理列表，在权限管理下通过反向代理服务器完成主站或移动终端对本终端应用功能的授权交互。该人机交互系统为终端中各个应用软件APP提供统一的人机交互接口，并且以网页形式给用户提供显示，针对不同用户设置不同功能交互权限，方便用户执行授权的功能操作。

Claims (10)

1.一种基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：包括网络接口模块、反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块；反向代理服务器、权限管理模块和主界面入口管理模块之间通过消息总线服务器连接，还通过消息总线服务器与若干应用软件APP的Web服务器连接；
所述权限管理模块用于管理登录信息和管理角色对所述应用软件APP的访问权限；依据应用软件APP发送的功能权限项目表生成功能权限配置页面，并生成登录界面的网页和权限配置的网页以供反向代理服务器调用；所述主界面入口管理模块用于提供人机交互系统的主界面以供反向代理服务器调用；并利用获取的所述应用软件APP发送的界面注册参数生成所述应用软件APP入口图标，并关联进入所述应用软件APP网页的入口信息；
所述反向代理服务器用于连接所述应用软件APP的Web服务器和消息总线服务器，根据用户登录信息从所述权限管理模块中获取该用户对应所述主界面和所述应用软件APP的权限数据；依据该用户对应所述主界面和所述应用软件APP的权限数据，从所述主界面入口管理模块获取界面网页数据，通过所述网络接口模块输出允许该用户访问的界面功能；
所述网络接口模块对外连接以太网，以用于外部浏览器访问。
2.根据权利要求1所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述主界面包括：管理员操作界面、应用菜单界面、应用软件APP界面；
所述管理员操作界面用于供管理员设置用户和角色的权限配置信息；所述应用菜单界面用于显示所述应用软件APP入口图标列表，以提供进入对应所述应用软件APP界面的途径；所述应用软件APP界面，用于与所述应用软件APP进行功能交互，实现对应用软件APP的操作。
3.根据权利要求1所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述权限管理模块还用于根据所述应用软件APP发送的角色权限配置表为用户赋予角色，并向反向代理服务器发送该用户对应角色的权限信息；所述角色权限配置表用于记录不同角色对应所述应用软件APP的权限设置信息；所述角色是一个或多个应用软件APP的可操作功能的集合模块。
4.根据权利要求1或3所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述权限管理模块还包括，在用户登录后，通过反向代理服务器向用户的浏览器设置一个COOKIE，以区分不同用户。
5.根据权利要求4所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：当有用户有访问请求时，所述反向代理服务器通过调用所述权限管理模块的权限数据对访问请求的用户进行判断，以确定是将其路由到所述应用软件APP的Web服务器上还是将其阻止。
6.根据权利要求1所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述消息总线服务器采用MQTT协议与应用软件APP、权限管理模块和主界面入口管理模块进行数据传输。
7.根据权利要求1所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于，所述注册参数用于提供所述应用软件APP在主界面显示的信息，包括所述应用软件APP的唯一标识、所述应用软件APP显示的图标的地址、所述应用软件APP对应的域名或IP地址、所述应用软件APP的Web服务器开放的端口。
8.根据权利要求3所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述功能权限项目表用于记录向所述权限管理模块注册所述应用软件APP的权限信息，包括所述应用软件APP的唯一标识、设置权限的接口集合。
9.根据权利要求3所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述权限管理模块还用于管理用户和角色，包括创建用户、更新用户、删除用户、创建角色、更新角色和删除角色，以及为用户设置角色，为角色设置权限，并存储设置信息。
10.根据权利要求9所述的基于网页的嵌入式人机交互系统，其特征在于：所述权限管理模块还包括角色设置提示功能，新用户登录时，未检测到所述权限管理模块存储的对应角色设置信息，则提示为之设置角色。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 461000 plant 3, Xuchang Overseas Students Pioneer Park, Shangde Road, urban and rural integration demonstration zone, Xuchang City, Henan Province

Applicant after: Henan Hongshuo Electric Co.,Ltd.

Address before: 461000 plant 3, Xuchang Overseas Students Pioneer Park, Shangde Road, urban and rural integration demonstration zone, Xuchang City, Henan Province

Applicant before: Henan BAOYING electromechanical Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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