基于WebServer的工业数据采集系统

 一、项目框架及流程

二、http简介

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写，是用于Web Browser（浏览器）到Web Server（服务器）进行数据交互的传输协议。

HTTP是应用层协议

HTTP是一个基于TCP通信协议传输来传递数据（HTML 文件, 图片文件, 查询结果等）

HTTP协议工作于B/S架构上，浏览器作为HTTP客户端通过URL主动向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求，Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

HTTP默认端口号为80，但是你也可以改为8080或者其他端口

三、http特点

HTTP是短连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

HTTP是媒体独立的：这意味着，只要客户端和服务器知道如何处理的数据内容，任何类型的数据都可以通过HTTP发送。客户端以及服务器指定使用适合的MIME-type内容类型。

HTTP是无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

四、代码实现

   采用多线程模式，一个线程用来循环读取传感器数据，一个线程用来发送控制命令。

//数据采集代码

#include <modbus.h>
#include <modbus-tcp.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>

modbus_t *ctx;
struct msgbuf
{
    long type; // 必须有，在第一个，表示消息的类型，值>0!
    int num1;  // 消息正文，自己定义
    int num2;
};

void *handler(void *arg);

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int shmid;
    key_t key;
    uint16_t *p;
    key = ftok("00.c", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("key err");
        return -1;
    }
    printf("key: %#x\n", key);

    // 打开或创建共享内存
    shmid = shmget(key, 128, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777); // 如果共享内存不存在则创建，存在则返回-1
    if (shmid <= 0)
    {
        if (errno == EEXIST)                // 如果共享内存已存在则，直接打开
            shmid = shmget(key, 128, 0777); // 直接打开已有的共享内存并且获得共享内存id
        else
        {
            perror("shmget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("shmid: %d\n", shmid);

    // 映射共享内存
    p = (uint16_t *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (uint16_t *)-1)
    {
        perror("shmat err");
        return -1;
    }

    // 1.创建实例
    ctx = modbus_new_tcp(argv[1], 502);
    // 3.设置从机id（主从线程）
    modbus_set_slave(ctx, 0x01);
    // 4.创建连接（主从线程）
    modbus_connect(ctx);
    // 2.创建新线程
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL);
    // 5.主线程：04功能码读输入寄存器循环
    uint16_t dest[32] = {0};
    while (1)
    {
        modbus_read_input_registers(ctx, 0x00, 2, p);
        printf("temp:%02x\nhumi:%02x\n", p[0], p[1]);
        sleep(1);
    }
    pthread_join(tid, NULL);
    modbus_free(ctx);
    modbus_close(ctx);
    // 取消映射
    shmdt(p);

    // 删除共享内存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;
}
// 6.从线程：05功能码写单个线圈
void *handler(void *arg)
{
    int a, b;
    while (1)
    {
        key_t key;
        int msgid;

        if ((key = ftok("00.c", 'a')) < 0)
        {
            perror("ftok err");
        }
        printf("key: %#x\n", key);

        // 打开或创建消息队列
        msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);
        if (msgid <= 0)
        {
            if (errno == EEXIST)
                msgid = msgget(key, 0777); // 如果已经存在消息队列那直接打开该消息队列
            else
            {
                perror("msgget err");
            }
        }
        printf("msgid: %d\n", msgid);
        struct msgbuf m;
        msgrcv(msgid, &m, sizeof(m) - sizeof(long), 20, 0); // 0:阻塞，读完消息再返回
        modbus_write_bit(ctx, m.num1, m.num2);
    }
    pthread_exit(NULL);
}
 

//服务代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <modbus.h>
#include <modbus-tcp.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/msg.h>
#include <errno.h>
#include "custom_handle.h"

#define KB 1024
#define HTML_SIZE (64 * KB)
struct msgbuf
{
    long type; // 必须有，在第一个，表示消息的类型，值>0!
    int num1;  // 消息正文，自己定义
    int num2;
};

// 普通的文本回复需要增加html头部
#define HTML_HEAD "Content-Type: text/html\r\n" \
                  "Connection: close\r\n"

static int handle_login(int sock, const char *input)
{
    char reply_buf[HTML_SIZE] = {0};
    char *uname = strstr(input, "username=");
    uname += strlen("username=");
    char *p = strstr(input, "password");
    *(p - 1) = '\0';
    printf("username = %s\n", uname);

    char *passwd = p + strlen("password=");
    printf("passwd = %s\n", passwd);

    if (strcmp(uname, "admin") == 0 && strcmp(passwd, "admin") == 0)
    {
        sprintf(reply_buf, "<script>localStorage.setItem('usr_user_name', '%s');</script>", uname);
        strcat(reply_buf, "<script>window.location.href = '/index.html';</script>");
        send(sock, reply_buf, strlen(reply_buf), 0);
    }
    else
    {
        printf("web login failed\n");

        //"用户名或密码错误"提示，chrome浏览器直接输送utf-8字符流乱码，没有找到太好解决方案，先过渡
        char out[128] = {0xd3, 0xc3, 0xbb, 0xa7, 0xc3, 0xfb, 0xbb, 0xf2, 0xc3, 0xdc, 0xc2, 0xeb, 0xb4, 0xed, 0xce, 0xf3};
        sprintf(reply_buf, "<script charset='gb2312'>alert('%s');</script>", out);
        strcat(reply_buf, "<script>window.location.href = '/login.html';</script>");
        send(sock, reply_buf, strlen(reply_buf), 0);
    }

    return 0;
}

static int handle_add(int sock, const char
                                    *input)
{
    int number1, number2;

    // input必须是"data1=1data2=6"类似的格式，注意前端过来的字符串会有双引号
    sscanf(input, "data1=%ddata2=%d", &number1, &number2);
    printf("num1 = %d\n", number1);

    char reply_buf[HTML_SIZE] = {0};
    printf("num = %d\n", number1 + number2);
    sprintf(reply_buf, "%d", number1 + number2);
    printf("resp = %s\n", reply_buf);
    send(sock, reply_buf, strlen(reply_buf), 0);

    return 0;
}

static int handle_collect(int sock, const char *input)
{
    int shmid;
    key_t key;
    uint16_t *p;
    key = ftok("00.c", 'a');
    if (key < 0)
    {
        perror("key err");
        return -1;
    }
    printf("key: %#x\n", key);

    // 打开或创建共享内存
    shmid = shmget(key, 128, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777); // 如果共享内存不存在则创建，存在则返回-1
    if (shmid <= 0)
    {
        if (errno == EEXIST)                // 如果共享内存已存在则，直接打开
            shmid = shmget(key, 128, 0777); // 直接打开已有的共享内存并且获得共享内存id
        else
        {
            perror("shmget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("shmid: %d\n", shmid);

    // 映射共享内存
    p = (uint16_t *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (p == (uint16_t *)-1)
    {
        perror("shmat err");
        return -1;
    }

    char reply_buf[HTML_SIZE];
    printf("temp:%02x\nhumi:%02x\n", p[0], p[1]);
    sprintf(reply_buf, "温度:%d 湿度:%d", p[0], p[1]);
    printf("%s\n", reply_buf);
    send(sock, reply_buf, strlen(reply_buf), 0);
    return -1;
}

static int handle_set(int sock, const char *input)
{
    key_t key;
    int msgid;

    if ((key = ftok("00.c", 'a')) < 0)
    {
        perror("ftok err");
        return -1;
    }
    printf("key: %#x\n", key);

    // 打开或创建消息队列
    msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0777);
    if (msgid <= 0)
    {
        if (errno == EEXIST)
            msgid = msgget(key, 0777); // 如果已经存在消息队列那直接打开该消息队列
        else
        {
            perror("msgget err");
            return -1;
        }
    }
    printf("msgid: %d\n", msgid);

    int number1, number2;

    // input必须是"data1=1data2=6"类似的格式，注意前端过来的字符串会有双引号
    sscanf(input, "set %d %d", &number1, &number2);
    printf("num1 = %d\n", number1);
    printf("num2 = %d\n", number2);

    // 添加消息
    struct msgbuf msg;
    msg.type = 20;
    msg.num1 = number1;
    msg.num2 = number2;
    msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg) - sizeof(long), 0); // 0:发完消息再返回，而不是立即返回函数
    return -1;
}

/**
 * @brief 处理自定义请求，在这里添加进程通信
 * @param input
 * @return
 */
int parse_and_process(int sock, const char *query_string, const char *input)
{
    // query_string不一定能用的到

    // 先处理登录操作
    if (strstr(input, "username=") && strstr(input, "password="))
    {
        return handle_login(sock, input);
    }
    // 处理求和请求
    else if (strstr(input, "data1=") && strstr(input, "data2="))
    {
        return handle_add(sock, input);
    }
    else if (strstr(input, "get"))
    {
        return handle_collect(sock, input);
    }
    else if (strstr(input, "set"))
    {
        return handle_set(sock, input);
    }

    else // 剩下的都是json请求，这个和协议有关了
    {
        // 构建要回复的JSON数据
        const char *json_response = "{\"message\": \"Hello, client!\"}";

        // 发送HTTP响应给客户端
        send(sock, json_response, strlen(json_response), 0);
    }

    return 0;
}

//.h文件

#ifndef CUSTOM_HANDLE_H
#define CUSTOM_HANDLE_H

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int parse_and_process(int sock, const char *query_string, const char *input);

#endif  // CUSTOM_HANDLE_H