基于嵌入式Web的远程实验教学监控设计[20200406140941]
摘要
本论文介绍了一种基于远程实验教学监控管理系统。该系统利用ARM9作为主控单元，利用嵌入式数据库、Internet网络技术通过Web方式对教学监控系统进行管理，实现管理终端使用的灵活性、便捷性，同时也使得学生的使用更自由。系统功能上实现学生、老师、管理员等用户信息管理，可以通过远程Web方式获取系统相关的信息，并能实时视频监控实验教学的具体情况。该论文详细地从远程实验教学监控系统的硬件和软件两方面进行说明，随后还介绍了ARM9的硬件平台和操作系统的主控系统的相关的知识点和技术，以及网络服务器移植、小型数据库、视频服务器的移植和应用进行研究。
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关键字:嵌入式ARMLinux远程控制数据库
目录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2研究问题的提出 1
第二章 嵌入式Web的远程实验教学监控系统概述 3
2.1系统管理框架图 3
2.2系统管理功能 3
第三章 硬件电路概述 5
3.1 系统的硬件平台 5
3.2 以太网MAC控制电路 5
第四章 系统软件开发环境 7
4.1 嵌入式交叉编译环境和Linux系统 7
4.1.1 虚拟机开发环境的配置 8
4.1.2 安装工具链 8
4.1.3 Linux系统制作 8
4.1.4 文件系统制作 9
4.2网络服务器端 10
4.2.1 Web服务器 BOA移植 10
4.2.2 Web服务器 BOA移植 11
4.3嵌入式SQLite3数据库 13
4.3.1嵌入式数据库SQLite 简介 13
4.3.2嵌入式数据库SQLite移植 13
4.4视频服务器 14
4.4.1 jpeg库的移植： 14
4.4.2 mjpg-stream的移植 15
4.4.3视频服务器的改进 17
4.5 Cgi程序 17
4.6驱动程序 18
第五章 功能实现和运行效果 21
5.1 网页的实现和运行效果 21
5.1.1网页的总框架 21
5.2.2用户的框架和效果 22
5.2.3网页的注意点 26
总结 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1课题背景
在学校的教学实验室里，我们是可以使用远程监控技术，使得教学更安全，方便。在现在国内的大学里的教学实验室，目前还是局限在实验老师的监督下，使得学生完成实验。期间，老师可以辅导学生完成实验，这是对学生很好的，可是学生如果想自己去实验室做点自己有兴趣的实验，或者想按照自己的实际分配的时间去完成教学实验任务时，就不可能去实现了，只能按照老师安排的。可见，学生做实验的灵活性，自由度，可拓展性都变弱了。
现在的监控主要分为两种，一种是以计算机为主的监控，这种监控成本比较高，功耗也大，也不易于安装，不过稳定性比较好。另一种是以嵌入式产品的监控设备，这种设备体积小，成本不会很高，功耗明显少很多，可以外扩的设备很多，所以我们在这里选择后者。嵌入式产品能够使得体积减小，成本降低，功耗也降低很多，当然嵌入式产品也有它自己的弊端，综合利用利弊，这是很好的办法。
1.2研究问题的提出
现在我们在嵌入式的产品中，刚开始里面的操作系统是没有带网络服务器的，所以我们可以去网上选择某个网络服务器，我们这里选择了BOA服务器。之后，我们将服务器植入到系统里，使得开发板成为服务器平台。这样，用户仅仅通用电脑端的浏览器，用户就即可观看视频信息的。同时这样的系统还具有以下优点：
网络监控不可能只在现场查看的，我们有时用户的地理区域还是有一定的距离的。所以我们必须考虑区域的问题。于此同时我们的网络是距离上是没有多少概念的，这样就很彻底改变地域的概念，扩展区域，我们就不必担心距离。设备都可以用IP地址进行识别，其实增加用户的设备就是对IP地址的扩充。
嵌入式的web服务器的核心是采用嵌入式微处理器先进的技术，运用嵌入式实时多任务操作系统，这样软硬件很好的结合。对于用户来说，可以在电脑前使用浏览器便可以将要监控的地方中情况进行实时监控。这种技术应用到实验教学平台，使得教学平台的智能化，合理化。而且如今此技术已经比较成熟了，硬件平台和软件平台都有相应的参考资源，这样不少的技术难点就不会变的很难，从而是我们最后的成品能够成功完成。
第二章 嵌入式Web的远程实验教学监控系统概述
2.1系统管理框架图
服务器端用ARM9主板，系统为LINUX。LINUX作为服务器稳定、功能强大和可定制性强。PC通过网络方式访问服务器端，服务器和指纹模块是用串口通信，稳定、快速。远程教程的系统框架如图2-1。
图2-1 远程教程的系统框架
我们这里是使用arm开发板作为服务器的，有人可能会问到，为什么要使用它。其实在选择服务器方面，很多可以去作为服务器，比如PC机就完全可以，尽管PC机的稳定性比较好，但是考虑到PC机的成本高，功耗大，适合大型的控制系统。对于我们的系统，需要的是体积小，功耗小，成本小，稳定性好，所以选择arm平台是很好的选择。
2.2系统管理功能
1.系统的用户可以分为学生、老师、管理员、普通游客这几类。不同类的用户的权限不一样。
2.管理员可以实现查看所有账户的信息，指定用户信息的添加和删除，还可以清空所有用户，还可以导入用户的信息文档到数据库，门的状态和电脑的状态也可以查看，有远程视频监控功能，就是可以直接在网页监控实验室。管理员还可以发送命令，使得摄像头自动抓拍实验室照片，当然，抓拍的照片会自动保存到开发板的某个目录下。如果管理员要查看的话，可以再网页上直接浏览抓拍的图片，图片名里包含了拍摄的具体时间。
3.老师首先可以管理自己的数据，增删改查基本功能；接着还可以管理学生的实验信息，导入学生的信息文件到数据库，添加删除查看的功能。
4. 学生可以按照自己的学号和密码，登录到Web浏览器，实验预约和取消，查看自己的实验详细的信息。
5.普通游客只有查看的功能，可以按照筛选功能查看，不能进行修改的功能。
第三章 硬件电路概述
3.1 系统的硬件平台
我们的系统使用的硬件平台是TQ2440的板子，使用S3C2440主控芯片。实物平台3-1如下：
图3-2 以太网控制电路
核心板和底板一起组成了该平台，里面提供的外设很全面，比如有RS-232串口，USB接口，以太网接口等，满足我们系统的所有外设需求。
3.2 以太网MAC控制电路
网卡芯片必须和主控制芯片通信，必须连接和转换两者间的数据、地址和控制总线。S3C2440芯片是32位微处理器，最大可以支持到4GB存储空间[3-6]。最前面的1G空间被分为8块，也就是每块128M 的空间。DM9000为16位以太网控制芯片，为了实现和主芯片的通信，连接方式和重要。
读写等待信号是nWAIT。在arm9的S3C2440芯片里，太网卡的中断为中断7号，所以我们使用中端EINT7为以太网的中断信号。S3C2440芯片提供了25MHz的工作频率。S3C2440芯片的数据总线data和SD0～SD15数据总线连接就可以了，电路如下图3-11所示。
图3-2 以太网控制电路
这样就可以通过接口RJ45与客户端PC连接，PC机就可以通过网络方式访问服务器，然而进行控制和管理。
第四章 系统软件开发环境
如今嵌入式智能技术和物联网技术的正在很快地发展，我们希望可以通过网络实现远程监控教学环境，而嵌入网络监控技术现在已经很快的发展着，技术也越来越先进。普通的用户可以在电脑端使用普通的浏览器，就可以通过网络访问嵌入式设备，我们可以通过网页发送命令得到想要的数据，我们不但可以实现对现场实验教学的视频监控，还可以拍照，可以设置连拍或者单拍，拍完后还可以通过网页去查看自己拍摄的实时图片，我们也可以现在去拷贝自己拍摄的照片，然后再查看。本章主要介绍了嵌入式Web的远程实验教学的软件设计。在整个实验教学系统的实现过程中，Web 服务器的设计和网页应用程序的设计是很重要的任务，其他当然也有很多技术要完成。

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