CN115080189A - 微腔传感器的iOS端应用程序系统、数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微腔传感器的iOS端应用程序系统，该系统包括：iOS原生层、交互层、Web层，所述交互层设置于所述Web层和所述iOS原生层之间，用于支持所述Web层和所述iOS原生层之间的数据调用；所述iOS原生层，用于接收微腔传感器嵌入采集到的频谱数据，以支持所述Web层通过所述交互层对所述频谱数据的读取；所述Web层，用于对所述频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过所述交互层发送给所述iOS原生层，以及所述微腔传感器。

Description

微腔传感器的iOS端应用程序系统、数据处理方法

技术领域

本发明涉及光学微腔传感技术领域，尤其涉及一种微腔传感器的iOS端应用程序系统、数据处理方法。

背景技术

回音壁模式光学微腔是一种新兴的传感器件，可同时用于超声传感、磁场传感、角位移传感和粒子传感等，是普通单功能压电陶瓷式商用传感器所不能达到的。已有研究表明，回音壁模式光学微腔可将超声信号探测精度提高1-2个数量级，将微弱磁信号探测精度提高2-3个数量级，将角位移探测精度提高2-3个数量级。在目前技术帮助下，使用光学微腔来进行测量所需要的一整套光学仪器和相关探测仪器，已经能够被集成到嵌入式系统上，但从实用性和商用性上来考虑，为了用户能够便利地对嵌入式系统进行控制以及对测量数据进行采集和分析，基于嵌入式系统的应用程序设计也是必要的。

在现有技术条件下，光学微腔传感实验既可以在实验室内进行，也可以在实验室外进行。在实验室内可以实现将承载光学微腔的片子放在实验室搭好的光学实验平台上，用来测试微腔模式，实现微腔的基本理论研究。实验室内的具体实现方案如下：在光学实验平台上，先由函数发生器产生锯齿波，该锯齿波进入激光控制器驱动其产生偏置电压，激光器会根据该偏置电压的大小决定波长扫频的幅度。该激光通过光纤引导进入光学微腔，与光学微腔的模式实现耦合。当外界环境发生改变时，光学微腔的模式也会产生相应的变化，从而改变激光在光腔中的光学损耗。在实验室内的研究一般是用于探索光学微腔的传感机制，以更好地将微腔带到实验室外实现真正的实用化。

由于实验室内的光学仪器都很庞大，所以我们无法将实验室的仪器原封不动地带到户外，需要采用一定的技术手段将所需的一整套光学仪器和相关探测仪器集成到嵌入式系统上，然后用无线通信的方法实现手机端和外设之间的信息交互。目前已经有的技术方案如下：传感器部分用凝胶涂层法将其固定在载玻片上，外设部分集成小型化的光学仪器及各类处理分析和无线通信电路，与传感器部分通过光纤连接。虽然现在可以通过各种技术手段将采集到的数据传到手机端进一步处理，但是现有技术没有实现手机端应用程序的全平台通用,主要体现在手机端的应用程序不够完善，手机端iOS操作系统没有连接跨平台Web App的混合开发应用程序，当系统的功能更新时，手机端iOS操作系统的应用程序需要进行修改，繁琐和费时，加大了软件开发工程师的负担，而且增大了出错的可能性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种微腔传感器的iOS端应用程序系统，主要目的在于对微腔传感器进行具有跨平台性的应用程序设计和开发，该应用程序除了具备控制嵌入式系统和采集分析数据的基础功能外，还可发布运行于iOS端操作系统，进一步实现微腔嵌入式系统跨平台功能在iOS端的平台覆盖。

根据本申请的一个方面，提供了一种微腔传感器的iOS端应用程序系统，所述系统包括：iOS原生层、交互层、Web层；

所述交互层设置于所述Web层和所述iOS原生层之间，用于支持所述Web层和所述iOS原生层之间的数据调用；

所述iOS原生层，用于接收微腔传感器嵌入采集到的频谱数据，以支持所述Web层通过所述交互层对所述频谱数据的读取；

所述Web层，用于对所述频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过所述交互层发送给所述iOS原生层，以及所述微腔传感器。

可选地，所述iOS原生层用于开启HTTP服务和UDP收发服务，所述HTTP服务用于响应于所述Web层中Web应用的HTTP请求，在所述iOS原生层的本地存储空间中加载所述Web应用的文件资源，所述UDP收发服务用于与所述微腔传感器进行数据的收发。

可选地，所述iOS原生层还用于将所述iOS原生层的网络状态相关信息通过所述交互层传递至所述Web层，便于所述Web应用调用所述iOS原生层的网络通信服务进行数据读取，或与所述微腔传感器进行数据的交互。

可选地，所述iOS原生层中包含读写函数，所述读写函数用于读写相关数据，并在数据读写异常时，向所述Web层发送数据读写异常的提示信息。

可选地，所述iOS原生层还用于向Web层交换用户定义的数据处理拟合函数，所述数据处理拟合函数用于生成所述Web层中的拟合模型。

可选地，所述Web层还用于根据所述数据处理结果构建实时数据结构体数组，并基于所述实时数据结构体数组绘制并更新待测物理量随时间变化的曲线图；

所述Web层还用于根据所述频谱数据构建浮点数组，并基于所述浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图。

可选地，所述Web层还用于显示所述Web层中的数据读取界面、数据处理界面、图像绘制界面的至少一种。

可选地，所述Web层还用于设置所述微腔传感器的启用以及启用状态下的关键参数取值。

可选地，所述交互层包括JavaScriptCore.framework核心系统库，所述Web层中包含第一调用接口，所述iOS原生层中包含第二调用接口；

所述iOS原生层用于通过所述第一调用接口以及所述JavaScriptCore.framework核心系统库，调用所述Web层中基于JavaScript编写的Web层函数，以实现对所述Web层中功能模块的调用；

所述Web层中的Web应用用于通过所述第二调用接口以及所述JavaScriptCore.framework核心系统库，调用所述iOS原生层中的原生层函数，以实现对所述iOS原生层中功能模块的调用。

根据本申请的另一个方面，提供了一种数据处理方法，所述方法包括：

利用iOS原生层接收微腔传感器采集到的频谱数据；

利用Web层通过交互层在所述iOS原生层中读取所述频谱数据；

利用Web层对所述频谱数据进行数据处理，将数据处理结果通过交互层发送给所述iOS原生层，以及通过所述iOS原生层发送给所述微腔传感器。

可选地，所述利用iOS原生层接收微腔传感器采集到的频谱数据，包括：

利用iOS原生层开启UDP收发服务，基于所述UDP收发服务接收微腔传感器采集到的频谱数据。

可选地，所述利用Web层通过交互层在所述iOS原生层中读取所述频谱数据，包括：

利用Web层向所述iOS原生层发送读取所述频谱数据的HTTP请求；

利用所述iOS原生层响应于所述HTTP请求，在所述iOS原生层的本地存储空间中加载所述频谱数据，并将所述频谱数据通过交互层传递至所述Web层。

可选地，所述利用Web层对所述频谱数据进行数据处理，将数据处理结果通过交互层发送给所述iOS原生层，以及通过所述iOS原生层发送给所述微腔传感器，包括：

利用Web层计算所述频谱数据，得到实时的待测物理量的值，以及绘制所述待测物理量随时间变化的曲线图；

利用Web层根据所述频谱数据构建浮点数组，并基于所述浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图；

利用Web层将所述实时的待测物理量的值、所述曲线图以及所述频谱图中的至少一种通过交互层发送给所述iOS原生层，以及通过所述iOS原生层发送给所述微腔传感器。

可选地，所述绘制所述待测物理量随时间变化的曲线图，包括：

根据实时的待测物理量的值构建实时数据结构体数组，并基于所述实时数据结构体数组绘制并更新所述待测物理量随时间变化的曲线图。

借由上述技术方案，本申请提供的一种微腔传感器的iOS端应用程序系统、数据处理方法，系统可包括：iOS原生层、交互层、Web层，其中，交互层设置于Web层和iOS原生层之间，用于支持Web层和iOS原生层之间的数据调用；iOS原生层，用于接收微腔传感器采集到的频谱数据，以支持Web层通过交互层对频谱数据的读取；Web层，用于对频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过交互层发送给iOS原生层，以及微腔传感器。与目前现有技术相比，本申请可将微腔传感器跨平台性的应用程序发布运行于iOS端操作系统，进一步实现微腔嵌入式系统跨平台功能在iOS端的平台覆盖，使iOS用户同样可以安装并使用该应用程序，实现控制嵌入式系统和采集分析实时数据的功能。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述说明和其它目的、特征和优点能够更浅显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种微腔传感器的iOS端应用程序系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种微腔传感器的iOS端应用程序系统的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种iOS平台应用程序文件系统结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种数据处理流程示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种Web层与iOS原生层交互的实例示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种数据处理方法的流程示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对现有技术中，嵌入式系统没有实现手机端应用程序的全平台通用,主要体现在手机端的应用程序不够完善，手机端iOS操作系统没有连接跨平台Web应用(Web App)的混合开发应用程序，当系统的功能更新时，手机端iOS操作系统的应用程序需要进行修改，繁琐和费时，加大了软件开发工程师的负担，而且增大了出错的可能性。本申请提供了一种微腔传感器的iOS端应用程序系统，以使微腔传感器具有跨平台性的应用程序，可发布运行于手机端iOS操作系统，进一步实现微腔嵌入式系统跨平台功能在iOS端的平台覆盖。

有鉴于此，在本申请中，提供了一种支持连接跨平台Web App混合开发的iOS端应用程序系统。iOS端应用程序系统含Web层和iOS端框架。在Web层的MVC(模型model，视图view和控制器controller)模型中充当控制器作用的编程语言为JavaScript。由Web层来实现核心的UI绘制功能和数据处理功能，因此需要与之对应的UI图像绘制模块和数据处理模块，此外，还需要一个用以与iOS端框架通信的接口模块，以及一个主循环函数。主循环函数按照一定频率运行于Web层中，目的在于执行一些需要按照固定频率执行的函数，包括检测应用程序窗口大小变化并动态调整页面UI，按照一定频率发送控制嵌入式系统的相关数据信息，按照一定频率刷新波形图图像等。iOS端框架在iOS端上为Web层中的Web App提供运行环境并实现文件读写功能和socket网络通信功能。iOS端框架需要文件操作模块和网络通信模块。

下面参考附图描述本申请实施例的微腔传感器的iOS端应用程序系统。如图1所示，微腔传感器的iOS端应用程序系统，可包括：iOS原生层2、交互层3、Web层4。交互层3设置于Web层4和iOS原生层2之间，用于支持Web层4和iOS原生层2之间的数据调用；iOS原生层2，用于接收微腔传感器嵌入采集到的频谱数据，以支持Web层4通过交互层3对频谱数据的读取；Web层4，用于对频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过交互层3发送给iOS原生层2，以及微腔传感器。其中，微腔传感器可部署设置在微腔传感器嵌入模块1中，其功能可由微腔传感器嵌入模块1实现，在下述实施例步骤中利用微腔传感器嵌入模块1表示微腔传感器，以对本发明的技术方案进行说明。

在具体的应用场景中，如图2所示，iOS原生层2具体可包括网络通信模块21和文件操作模块22，Web层4可包括数据处理模块41，交互层3设置于Web层4和iOS原生层2之间，用于支持Web层4和iOS原生层2之间的数据调用；iOS原生层2基于网络通信模块21与微腔传感器嵌入模块1建立通信连接，用于利用文件操作模块22接收并存储微腔传感器采集到的频谱数据，以支持Web层4在文件操作模块22中对频谱数据的读取；Web层4用于利用数据处理模块41对频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过交互层3写入文件操作模块22，以及利用网络通信模块21将数据处理结果发送到微腔传感器嵌入模块1。

在具体的应用场景中，iOS原生层2可用于开启HTTP服务和UDP收发服务，HTTP服务用于响应于Web层4中Web应用的HTTP请求，在iOS原生层2的本地存储空间中加载Web应用的文件资源，UDP收发服务用于与微腔传感器嵌入模块1进行数据的收发。以及iOS原生层还可用于将iOS原生层的网络状态相关信息通过交互层传递至Web层，便于Web应用调用iOS原生层的网络通信服务进行数据读取，或与微腔传感器嵌入模块1进行数据的交互。

具体的，iOS原生层2可利用网络通信模块21开启HTTP服务和UDP收发服务，相应的，网络通信模块21需要实现的功能主要包括HTTP服务和基于UDP协议的数据收发，在本申请中，可采用基于Swift的iOS原生层2中开发实现。首先，为了在iOS原生层2中加载在Web层4中开发的Web应用(如HTML5应用)，网络通信模块21需要能够开启HTTP服务，即需要在iOS原生层2中内嵌一个轻量化的HTTP服务器。本申请中，可借助第三方库swifter实现HTTP服务相关功能，即基于其搭建一个HTTP服务器，在收到HTTP请求后能够对其解析并返回相应的文件资源。通过加载HTML文件main-page.components.html、样式表Stylus文件main-page.components.styl、TypeScript文件main-page.components.ts以及其它静态资源例如图片等，HTTP服务器加载并组装了Web层界面的显示内容、样式表以及代码逻辑，从而实现了对Web应用的加载。

此外，考虑到现实情况下嵌入式系统(可以理解为上述实施例中的微腔传感器嵌入模块1)与移动端应用程序(可以理解为上述实施例中的iOS原生层2)之间通信的即时性和不可靠性，在本申请中可选择UDP协议作为两者之间的传输层协议。在进行基于UDP协议的数据收发之前，网络通信模块21首先获取本机当前所处网络状态的相关信息，包括IP地址和子网掩码(netmask)。这一步骤借助SystemConfiguration中的CaptiveNetwork类和Objective-C文件ifaddrs.h实现。ifaddrs.h头文件中定义了网络接口ifaddrs结构体，其中包括接口的名称，种类(有线网/无线局域网)，地址和子网掩码，同时还以链表的形式定义了指向下一个网络接口的指针，CaptiveNetwork类则提供了获取系统网络组件信息的方法与函数接口。具体的实现方法是：网络通信模块21首先使用UnsafeMutablePointer指针遍历获取本机系统的所有接口，从中筛选出IPv4或IPv6网络接口，进一步获取其结构体中“ifa_name”字段的值，若其为“en0”，则该网络接口即为本机当前所处的无线网络接口，于是访问该接口并获得本机当前所处网络状态的IP地址和子网掩码。在成功取得网络信息后，网络通信模块21将会初始化本机的UDP收发服务：首先建立接受数据时的缓存区UDPReceiveBuffer，之后在指定端口开启UDP服务，并与连接到无线网络的嵌入式系统端进行数据的收发。同时网络通信模块21同样会将本机的IP地址、子网掩码以及UDP通信端口等信息通过交互层3传递给Web层4，从而方便其中的Web应用调用网络通信服务。

相应的，如图2，网络通信模块21可包括HTTP服务单元211、UDP收发单元222；HTTP服务单元211用于开启iOS原生层2的HTTP服务，HTTP服务用于响应于Web层4中Web应用的HTTP请求，在iOS原生层2的本地存储空间中加载Web应用的文件资源；UDP收发单元222用于开启iOS原生层2的UDP收发服务，UDP收发服务用于与微腔传感器嵌入模块1进行数据的收发。网络通信模块21还用于将iOS原生层2的网络状态相关信息通过交互层3传递至Web层4，便于Web调用网络通信模块21的网络通信服务，进行数据读取或与微腔传感器嵌入模块1进行数据的交互。

在具体的应用场景中，iOS原生层2中包含读写函数，读写函数用于读写相关数据，并在数据读写异常时，向Web层4发送数据读写异常的提示信息。具体的，iOS原生层2可利用文件操作模块22实现对文件的读取和存储，相应的，在本申请中可采用基于Swift的iOS原生开发实现。Swift为开发者提供了FileManager类来与iOS平台的文件操作模块22进行交互。iOS平台的文件操作模块22具有高度的安全性，这体现在其会为每个应用程序划分单独的存储空间并建立文件目录、并只允许应用程序访问和操作自身文件目录内的文件。iOS系统为应用程序创建的文件夹目录Application_Home，如图3所示，包括：Documents文件夹、Library文件夹下的Preferences子文件夹和Caches子文件夹，以及Tmp文件夹。Documents文件夹用于存放应用程序创建、浏览或需要使用的文件数据，会被iTunes备份和恢复；Preferences子文件夹用于存放应用程序的偏好设置文件，会被iTunes备份和恢复；Caches子文件夹用于存放缓存文件，不会被iTunes备份和恢复，应用程序退出时不会被删除；Tmp文件夹用于存放应用程序运行中的临时文件，不会被iTunes备份和恢复，在iPhone重启时被丢弃。

对于本实施例，当应用程序启动时，文件操作模块22首先会对应用程序的文档目录进行初始化和检查：借助FileManager获取应用程序的根目录，定位到Documents文件夹下。基于iOS文件系统的特点，选择此文件夹保存应用程序的关键数据。在Documents文件夹下建立data文件夹，用于存放应用程序接收到的频谱数据以及数据处理的结果。与此同时，检查Documents文件夹内是否存在文件functionList.json，该文件用于向Web层中的数据处理模块交换用户定义的数据处理拟合函数。若不存在，则建立该文件。

文件操作模块22中包含了用于写入并保存数据和读写数据的相应函数。文件操作模块22一方面用于存放微腔传感器嵌入模块1采集到的频谱数据以及Web层4的数据处理结果；另一方面文件操作模块22负责进行数据读写，Web层中的Web应用通过交互层3向iOS原生层2发出数据读写请求，iOS原生层2调用文件操作模块22对本地文件进行读写，iOS原生层2完成数据读写后将数据读写结果返回给Web层。例如，待写入的数据内容与用户输入的文件名以JSON的格式传递给iOS原生层中基于Swift开发的saveData()函数，函数通过对JSON数据进行解析得到其中的文件名fileName和文件数据内容fileContent，之后定位到Documents文件夹内的data子文件夹中，创建以fileName为文件名的文件，并通过Swift的write()方法将fileContent写入文件中。此外，对于写入过程中出现的异常，saveData()函数同样会以JSON数据的格式传递到Web层，从而提醒用户文件保存失败。

相应的，文件操作模块22中包含读写函数，读写函数用于读写相关数据，并在数据读写异常时，向Web层发送数据读写异常的提示信息。其中，提示信息可以为文字提示信息、图片提示信息、音频提示信息、视频提示信息、灯光提示信息、震动提示信息等多种提示信息中的至少一种，在此不进行具体的限定。此外，iOS原生层2还可利用文件操作模块22向Web层4中的数据处理模块41交换用户定义的数据处理拟合函数，数据处理拟合函数用于生成Web层中的拟合模型，这使得使用者对拟合模型的修改变得简单快捷。

在具体的应用场景中，Web层4还用于根据数据处理结果构建实时数据结构体数组，并基于实时数据结构体数组绘制并更新待测物理量随时间变化的曲线图；Web层还用于根据频谱数据构建浮点数组，并基于浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图。具体的，可使用JavaScript语言在Web层中开发相应的数据处理模块41来实现移动应用程序的数据处理功能，设计理念如下：基于先前介绍的背景知识可以知道，“耳语回廊”模式光学微腔传感器的工作原理是待测物理量的变化会导致光学微腔内驻波场的频率发生移动，在获得两者的具体关系后可以根据频移反推待测物理量。因此要想通过数据处理得到实时的待测物理量的值，首先需要获得实时的频谱数据：在数据处理模块41中建立浮点数组Spectrum，用于接收来自嵌入式系统的实时频谱数据并保存；进一步，数据处理模块41需要对Spectrum中的频谱数据进行计算，得到实时的待测物理量的值，进而绘制待测物理量随时间变化的图像。由于频移与待测物理量之间的具体关系往往需要借助理论推导与实验的方式获得，故可在数据处理模块41中提供接口，用于加载使用者自行编写的拟合函数。在得到待测物理量的实时值后，可设计LiveData结构体，用于图像绘制前的实时数据处理：结构体的属性包括时间和待测物理量的值，还包括光学微腔嵌入式系统中一些关键参数，包括光学微腔的品质因子、嵌入式系统中电流驱动器的实时电流值和温度控制器的实时温度等。这些参数均可以由嵌入式系统端直接或经过一些简单的数据处理计算后获得。进一步，建立实时数据结构体的数组LiveDataArray，并绘制待测物理量随时间变化的图像；在收到来自嵌入式系统的新的频谱数据后，数据处理模块对其计算并得到新的实时数据，然后基于这部分数据对LiveDataArray的内容进行更新：将数组头部时间较久远的数据抛弃，并在数组末尾加入新的LiveData。与此同时，由于Spectrum数组中保存着来自嵌入式系统的实时频谱数据，故数据处理模块41可同样实现这一功能，即直接绘制光学微腔内激光驻波场的频谱图。为实现对所绘制图像的可视化展示，具体可在用户界面上设置相应功能按键以及对应的图像显示区域、数据显示区域，用户可通过触发用户界面上关于图像绘制场景切换的功能按键，向系统上传用户界面切换指令，系统中的相关功能模块(如上述数据处理模块41)即可响应执行对两种图像绘制场景的切换程序，并在图像显示区域实时显示切换后的绘制图像以及在数据显示区域显示所绘制图像对应的图像数据参数。

如图4所示，数据处理模块41在接收到来自嵌入式系统(可以理解为上述实施例中的微腔传感器嵌入模块1)的实时频谱数据后，可将实时频谱数据保存至浮点数组Spectrum中，进一步依据浮点数组Spectrum控制生成光学微腔内激光驻波场的频谱图；此外，还可基于频谱数据进行数据处理，计算频移、峰峰值、品质因子等，基于频移反推待测物理量的实时值，进一步依据待测物理量的实时值，构建实时数据结构体数组，之后依据实时数据结构体数组控制生成待测物理量随时间变化的曲线图。其中，对于频谱图以及待测物理量随时间变化的曲线图的绘制可响应于用户界面上传的用户界面切换指令进行切换。相应的，如图2所示，Web层4还包括图像绘制模块42；数据处理模块41与图像绘制模块42连接，Web层可利用数据处理模块41根据数据处理结果构建实时数据结构体数组，并向图像绘制模块42发送第一用户界面切换指令，以使图像绘制模块42响应于第一用户界面切换指令，基于实时数据结构体数组绘制并更新待测物理量随时间变化的曲线图；Web层还可利用数据处理模块41根据频谱数据构建浮点数组，并向图像绘制模块42发送第二用户界面切换指令，以使图像绘制模块42响应于第二用户界面切换指令，基于浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图。

在具体的应用场景中，数据处理模块41不仅可以对收到的嵌入式系统的数据进行处理计算，还能设置嵌入式系统中某些关键参数的值或范围。例如，在用户主界面的控制子页面下，可以通过两个开关组件设置嵌入式系统中激光器和温度控制器的启用，在启用的情况下点击设定值功能按钮，则可以改变温度控制器的设定温度与激光器的电流，这使得光学微腔中驻波场的谐振频率整体发生移动，从而调整了光学微腔传感器的测量范围。即在本申请中，Web层4还用于通过数据处理模块41设置微腔传感器嵌入模块1中光学微腔传感器的启用以及启用状态下的关键参数取值。具体的，可由Web层4通过数据处理模块41向iOS原生层2发送控制微腔传感器嵌入模块1的相关数据信息，iOS原生层2调用UDP收发单元222将相关数据信息发送至微腔传感器嵌入模块1，以实现对微腔传感器嵌入模块1中光学微腔传感器的启用以及启用状态下关键参数取值的设置。

在具体的应用场景中，如图2所示，Web层4还包括UI显示模块43；UI显示模块43与数据处理模块41和图像绘制模块42连接，可以理解的是，在UI显示模块43中，可包括图像显示区域、数据显示区域，Web层4可利用图像显示区域显示图像绘制界面，利用数据显示区域显示数据读取界面、数据处理界面对应的文字描述信息以及数据参数等。对于本实施例，可使用JavaScript、CSS和HTML的前端开发技术在Web层4中实现移动应用程序的用户界面的UI显示(可以理解为上述实施例中的UI显示模块43)，main-page.components.html是用户界面的HTML文件，记录了页面的显示内容；main-page.components.styl是用户介面的样式表文件，开发完成后进行打包发布时，应用程序会自动将其由Stylus编译为CSS；main-page.components.ts是用户界面的逻辑控制代码，编写过程中使用的是TypeScript，而打包发布时应用程序同样会自动将其编译为JavaScript。通过对这三个文件的编写，可实现用户界面的开发以及界面上的按钮等组件与数据处理功能的绑定，用户界面可直观显示有关数据，包括选择保存的数据文件并读取的界面和保存实时数据及其处理结果的界面。

在具体的应用场景中，在开发完成iOS原生层2中的网络通信模块21与文件操作模块22、Web层4中的数据处理模块41、图像绘制模块42与UI显示模块43以后，还需要分别在Web层4与iOS原生层2中编写相互调用的接口，才能实现两者的交互。在本申请设计开发的iOS平台应用程序中，iOS原生层2与Web层4的交互基于iOS原生层2和Web层4之间设置的交互层4实现，交互层4中包括JavaScriptCore.framework核心系统库。相应的，Web层4中包含第一调用接口，iOS原生层2用于通过第一调用接口以及JavaScriptCore.framework核心系统库，调用Web层4中基于JavaScript编写的Web层函数，以实现对Web层4中功能模块的调用。具体的，iOS原生层2对于JavaScript代码逻辑的调用原理则较为简单：基于系统库中JSContext类的evaluateScript()函数，iOS原生层2可以轻松加载一段JavaScript代码。如图5所示，以应用程序保存文件数据为例，展示了本申请移动应用程序中Web层与原生层交互的理念与方法。saveData()函数在被调用保存数据时，使用do-catch异常处理机制捕获可能出现的异常信息，并将其同样组装为JSON格式字符串。在Web层基于JavaScript编写saveDataRe()函数，用来从JSON格式字符串中解析异常信息并呈现给用户。这样，在iOS原生层2的文件数据保存函数saveData()的最后，调用evaluateScript()函数来加载一段通过Web层4中saveDataRe()函数提示异常的JavaScript代码，就能完整实现保存文件数据并及时将出现的异常抛出给用户的功能。在本申请开发的应用程序中，编写了myInterface.js文件用来放置所有与iOS原生层2交互的JavaScript端函数接口。

相应的，iOS原生层2中包含第二调用接口，Web层4中的Web应用用于通过第二调用接口以及JavaScriptCore.framework核心系统库，调用iOS原生层2中的原生层函数，以实现对iOS原生层2中功能模块的调用。如图5所示，同样以应用程序保存文件数据为例，示例性地举例说明Web层4中的Web应用是如何调用iOS原生层2中的功能模块的。首先，在Swift原生开发中，编写了本应用程序中iOS原生层2与Web层4的JavaScript代码逻辑交互时遵循的代理协议SwiftJsDelegate，协议继承于JavaScriptCore库中的JSExport协议类。接下来编写SwiftJsDelegate协议的子类SwiftJsModel。将JavaScript需要调用的原生层函数，例如文件操作模块中的文件数据保存函数saveData()，在SwiftJsModel中实现，同时在代理协议SwiftJsDelegate中声明saveData()的函数名与返回类型及参数。在SwiftJsDelegate和SwiftJsModel类编写完成后，首先加载UIWebView控件，然后实例化一个SwiftJsModel，并利用JavaScriptCore库中JSContext类下的setObject()方法将实例化后的模型注入到JavaScript端中，这样SwiftJsDelegate协议类中声明的方法就已经暴露在Web层4的JavaScript代码逻辑下。进而，在Web层4的Web应用中基于JavaScript实现文件数据保存函数，首先获取待保存文件的文件名fileName和数据内容fileContent，之后通过JSON.stringify()方法将其组合并转化为JSON格式字符串，并调用暴露在SwiftJsDelegate协议类中的saveData()函数，将JSON格式字符串作为其参数，iOS原生层2中的saveData()函数在对JSON格式数据解析后获取文件名和数据内容，进而通过文件操作模块22实现文件的保存。在本申请中，Web层4中的Web应用调用iOS原生层2的功能模块中任何函数时均基于相似的原理和方法。

在具体的应用场景中，微腔传感器嵌入模块1还具有对应的供电子模块，该供电子模块进行供电时不仅可以直接由电池来实现，还可以将其通过5V/1A适配器连接到220V市网电压，以此来实现供电；另外，跨平台通信除了可以使用WiFi或蓝牙等无线通信模块，还可以使用USB、LAN等有线网络通信方式实现跨平台数据传输；再者，本方案中用到Web应用(Web App)进行应用程序的设计和开发，该应用程序具备一定的跨平台能力，可发布运行于常见的计算机操作系统和移动端操作系统，也可以不用Web App进行开发，设计iOS应用程序，只是分别在各个操作系统下改代码，工作量会比较大。

通过以上的实施方式的描述，本申请基于混合开发的方式设计并开发了iOS平台端的应用程序，混合开发应用程序可以分为Web层和iOS原生层两部分：Web层基于JavaScript、CSS、HTML5等Web开发技术进行开发，其能够方便的实现丰富而强大的前端式样，因此可以基于其开发应用程序的用户交互界面；实际开发过程中，可使用TypeScript语言编写用户界面的代码逻辑，TypeScript语言相比于JavaScript语言扩充了类、接口、模块等面向对象编程的特性，能够满足移动应用程序数据处理的需求，因此应用程序的数据处理模块也在Web层实现。由于Web层无法直接访问手机端硬件和本地离线存储，应用程序的网络通信与文件操作需要在iOS原生层实现，可以通过基于Swift的iOS原生开发完成这两个功能模块。最后，如上文，Web层与iOS原生层之间的相互调用可以借助Objective-C库JavaScriptCore.framework、基于UIWebView控件实现，而两者之间的数据交换可以使用JSON数据交换格式来完成。通过本申请中的技术方案，可将微腔传感器跨平台性的应用程序发布运行于手机端iOS操作系统，进一步实现微腔嵌入式系统跨平台功能在iOS端的平台覆盖，使iOS手机用户同样可以安装并使用该应用程序，实现控制嵌入式系统和采集分析实时数据的功能。

进一步的，为了说明上述微腔传感器的iOS端应用程序系统的数据处理过程，提供了一种数据处理方法，可应用于如图1、图2所示的微腔传感器的iOS端应用程序系统，如图6所示，该方法包括：

501、利用iOS原生层接收微腔传感器采集到的频谱数据。

在具体的应用场景中，iOS原生层可选择UDP协议作为微腔传感器嵌入模块与iOS原生层之间的传输层协议，以实现两者之间通信的即时性和可靠性。在进行基于UDP协议的数据收发之前，iOS原生层中的网络通信模块首先获取本机当前所处网络状态的相关信息，包括IP地址和子网掩码(netmask)。这一步骤借助SystemConfiguration中的CaptiveNetwork类和Objective-C文件ifaddrs.h实现。ifaddrs.h头文件中定义了网络接口ifaddrs结构体，其中包括接口的名称，种类(有线网/无线局域网)，地址和子网掩码，同时还以链表的形式定义了指向下一个网络接口的指针，CaptiveNetwork类则提供了获取系统网络组件信息的方法与函数接口。具体的实现方法是：网络通信模块首先使用UnsafeMutablePointer指针遍历获取本机系统的所有接口，从中筛选出IPv4或IPv6网络接口，进一步获取其结构体中“ifa_name”字段的值，若其为“en0”，则该网络接口即为本机当前所处的无线网络接口，于是访问该接口并获得本机当前所处网络状态的IP地址和子网掩码。在成功取得网络信息后，网络通信模块将会初始化本机的UDP收发服务：首先建立接受数据时的缓存区UDPReceiveBuffer，之后在指定端口开启UDP服务，并与连接到无线网络的嵌入式系统端进行数据的收发。

相应的，对于本实施例，实施例步骤具体可以包括：利用iOS原生层开启UDP收发服务，基于UDP收发服务接收微腔传感器采集到的频谱数据。

502、利用Web层通过交互层在iOS原生层中读取频谱数据。

在具体的应用场景中，iOS原生层还可用于开启HTTP服务，HTTP服务用于响应于Web层中Web应用的HTTP请求，在iOS原生层的本地存储空间中加载Web应用的文件资源。相应的，对于本实施例，在利用Web层通过交互层在iOS原生层中读取频谱数据时，实施例步骤具体可以包括：利用Web层向iOS原生层发送读取频谱数据的HTTP请求；利用iOS原生层响应于HTTP请求，在iOS原生层的本地存储空间中加载频谱数据，并将频谱数据通过交互层传递至Web层。

503、利用Web层对频谱数据进行数据处理，将数据处理结果通过交互层发送给iOS原生层，以及通过iOS原生层发送给微腔传感器。

在具体的应用场景中，可使用JavaScript语言在Web层中开发相应的数据处理模块来实现移动应用程序的数据处理功能，得到数据处理结果。其中，数据处理结果可包括但不局限于实时的待测物理量的值、待测物理量随时间变化的曲线图以及光学微腔内激光驻波场的频谱图。具体的，通过数据处理得到实时的待测物理量的值，首先需要获得实时的频谱数据：在数据处理模块中建立浮点数组Spectrum，用于接收来自嵌入式系统的实时频谱数据并保存；进一步，数据处理模块需要对Spectrum中的频谱数据进行计算，得到实时的待测物理量的值，进而绘制待测物理量随时间变化的图像。由于频移与待测物理量之间的具体关系往往需要借助理论推导与实验的方式获得，故可在数据处理模块中提供接口，用于加载使用者自行编写的拟合函数。在得到待测物理量的实时值后，可设计LiveData结构体，用于图像绘制前的实时数据处理：结构体的属性包括时间和待测物理量的值，还包括光学微腔嵌入式系统中一些关键参数，包括光学微腔的品质因子、嵌入式系统中电流驱动器的实时电流值和温度控制器的实时温度等。这些参数均可以由嵌入式系统端直接或经过一些简单的数据处理计算后获得。进一步，建立实时数据结构体的数组LiveDataArray，并绘制待测物理量随时间变化的图像；在收到来自嵌入式系统的新的频谱数据后，数据处理模块对其计算并得到新的实时数据，然后基于这部分数据对LiveDataArray的内容进行更新：将数组头部时间较久远的数据抛弃，并在数组末尾加入新的LiveData。与此同时，由于Spectrum数组中保存着来自嵌入式系统的实时频谱数据，故数据处理模块可同样实现这一功能，即直接绘制光学微腔内激光驻波场的频谱图。

相应的，在利用Web层对频谱数据进行数据处理，将数据处理结果通过交互层发送给iOS原生层，以及通过iOS原生层发送给微腔传感器时，实施例步骤具体可以包括：利用Web层计算频谱数据，得到实时的待测物理量的值，以及绘制待测物理量随时间变化的曲线图；利用Web层根据频谱数据构建浮点数组，并基于浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图；利用Web层将实时的待测物理量的值、曲线图以及频谱图中的至少一种通过交互层发送给iOS原生层，以及通过iOS原生层发送给微腔传感器。

其中，在绘制待测物理量随时间变化的曲线图时，实施例步骤具体可以包括：根据实时的待测物理量的值构建实时数据结构体数组，并基于实时数据结构体数组绘制并更新待测物理量随时间变化的曲线图。

本实施例提供的技术方案，通过微腔传感器的iOS端应用程序系统，可将微腔传感器跨平台性的应用程序发布运行于手机端iOS操作系统，使iOS手机用户同样可以安装并使用该应用程序，实现控制嵌入式系统和采集分析实时数据的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微腔传感器的iOS端应用程序系统，其特征在于，所述系统包括：iOS原生层、交互层、Web层；

所述交互层设置于所述Web层和所述iOS原生层之间，用于支持所述Web层和所述iOS原生层之间的数据调用；

所述iOS原生层，用于接收微腔传感器嵌入采集到的频谱数据，以支持所述Web层通过所述交互层对所述频谱数据的读取；

所述Web层，用于对所述频谱数据进行数据处理，并将数据处理结果通过所述交互层发送给所述iOS原生层，以及所述微腔传感器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述iOS原生层用于开启HTTP服务和UDP收发服务，所述HTTP服务用于响应于所述Web层中Web应用的HTTP请求，在所述iOS原生层的本地存储空间中加载所述Web应用的文件资源，所述UDP收发服务用于与所述微腔传感器进行数据的收发。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述iOS原生层还用于将所述iOS原生层的网络状态相关信息通过所述交互层传递至所述Web层，便于所述Web应用调用所述iOS原生层的网络通信服务进行数据读取，或与所述微腔传感器进行数据的交互。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述iOS原生层中包含读写函数，所述读写函数用于读写相关数据，并在数据读写异常时，向所述Web层发送数据读写异常的提示信息。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述iOS原生层还用于向Web层交换用户定义的数据处理拟合函数，所述数据处理拟合函数用于生成所述Web层中的拟合模型。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述Web层还用于根据所述数据处理结果构建实时数据结构体数组，并基于所述实时数据结构体数组绘制并更新待测物理量随时间变化的曲线图；

所述Web层还用于根据所述频谱数据构建浮点数组，并基于所述浮点数组绘制并更新光学微腔内激光驻波场的频谱图。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述Web层还用于显示所述Web层中的数据读取界面、数据处理界面、图像绘制界面的至少一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述Web层还用于设置所述微腔传感器的启用以及启用状态下的关键参数取值。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交互层包括JavaScriptCore.framework核心系统库，所述Web层中包含第一调用接口，所述iOS原生层中包含第二调用接口；

所述iOS原生层用于通过所述第一调用接口以及所述JavaScriptCore.framework核心系统库，调用所述Web层中基于JavaScript编写的Web层函数，以实现对所述Web层中功能模块的调用；

所述Web层中的Web应用用于通过所述第二调用接口以及所述JavaScriptCore.framework核心系统库，调用所述iOS原生层中的原生层函数，以实现对所述iOS原生层中功能模块的调用。

10.一种数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：

利用iOS原生层接收微腔传感器采集到的频谱数据；

利用Web层通过交互层在所述iOS原生层中读取所述频谱数据；

利用Web层对所述频谱数据进行数据处理，将数据处理结果通过交互层发送给所述iOS原生层，以及通过所述iOS原生层发送给所述微腔传感器。

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