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绎杜
7 years ago
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1 基于 TC65 的无线机房监控系统的设计周锦顺张宗平张咏 ( 广东出入境检验检疫局信息中心, 广东广州 ) 摘要 : 结合嵌入式技术与 GSM 技术的优势, 设计一种基于 ARM 核处理器和 GSM 技术的嵌入式的无线机房监控系统, 利用 nrf40 接口和各种无线传感器组成短距离的无线接收系统, 通过编写相应的驱动程序和应用程序对机房进行自动监控和远程控制, 实现了对机房监控的短消息精确自动报警自动信息查询等关键字 :ARM; 嵌入式系统 ;GSM;TC65 中图法分类号 : TP277 文献标识码 : A Design of Wireless Computer Room Watch-control System Based on TC65 ZHOU JINSHUN ZHANG ZONGPING ZHANG YONG (Computer Information Center,Guangdong Entry/Exit Inspection and Quarantine Bureau of the P.R.China ,China) Abstract: Combining with the advantage of the embedded technology and the GSM technology, Design of embedded wireless computer room monitor-control system that based on ARM core processor and GSM. Make use of nrf40 connection and all kinds of wireless sensors that composition of short distance wireless receiving system. According to the compilation corresponded to driver and the application procedure carries on the automatic monitoring and the long-distance control to the computer room, the short message would exact automatic warning and the information inquiry are implemented for Computer Room monitoring-control. Key words: ARM; embedded system; GSM; TC65 0 引言随着计算机应用的发展和普及, 数据大集中已成为各行业的发展趋势, 为各系统的核心设备提供运行环境的中心机房已成为整个系统的关键部位机房的环境设备, 包括供配电 UPS 空调保安监控等设备, 必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境否则, 一旦中心机房环境设备出现故障, 就可能影响计算机系统运行, 造成数据传输或存储系统故障, 更严重的还可能导致机房内设备严重故障, 造成信息系统长时间瘫痪, 后果不堪设想如何对机房环境设备进行有效管理, 是计算机管理人员不可回避的问题本文提出采用 TC65 模块设计的机房无人职守监控系统, 能对中心机房进行全面管理, 实时监视各种设备的状态及参数, 诊断设备运行情况更重要的是该系统融合了中心机房管理的各方面要求, 能有效地保障信息系统的安全运行 1 硬件结构无线机房监控系统是嵌入到一个工业控制系统中使用, 同时综合考虑其他相关需求和功作者简介 : 周锦顺 (1968-), 男, 广东揭阳人, 理学学士, 工程师, 主要研究方向为计算机机房管理, 计算机安全, 计算机司法鉴定 ; 张宗平 (1977-), 男, 广东南雄人, 理学学士, 工程师主要研究方向为为 DSS 系统相关及 OLTP 业务系统建设维护, 嵌入式系统与应用 ; 张咏 (1969-), 男, 广西柳州人, 工学学士, 助理工程师

2 能扩展, 因此选用 AT91RM9200 处理器作为系统的核心处理单元, 外接西门子 TC65 模块, 作为整个系统的硬件平台 AT91RM9200 是 ATMEL 公司生产的一款高性能的基于 ARM 架构到 32 位嵌入式的 ARM9 芯片,AT91RM9200 是一款工业级到 ARM9 芯片, 工作温度范围可达 -40 ~85, 存储温度 -60 ~150 CPU 内嵌 16KB 数据 Cache 和 16KB 指令 Cache, 带有 MMU 存储器关联单元, 在 180MHz 时工作频率下运行速度可达 200MIPS 芯片内嵌 10M/100M 自适应以太网口 USB2.0 协议到 USB HOST 和 Device 接口, 具有多媒体卡接口 MCI,3 个同步串口 SSC,4 个 USART 接口以及 SPI 接口等, 最多可达 122 个可编程 I/O 口图 1 是无线机房监控系统的总体硬件结构图各种传感器采集的数据 RS232 接口 nrf40 接口 JTAG 接口主晶振 AT91RM9200 大容量 Flash/SDRAM TC65 模块 TCP/IP 协议启动配置电路 RTC 晶振电源电路复位电路系统状态指示图 1 无线数据终端的总体硬件结构图在图 1 所示的硬件结构中,TC65 模块提供系统的无线数据通信链路, 通过 UART 接口和 AT91RM9200 通信, 实现数据的 GSM 短信收发其中 RS232 接口可以和机房的精密空调 UPS 以及重要主机的 COM 口连接, 将设备的运行情况采集到系统中进行处理,nRF40 接口接收无线热释电人体红外探头无线温湿度无线门磁无线火灾烟雾等传感采集器的信息无线通讯使用 Nordic 公司的单片收发芯片 nrf401 这是一个为 433MHz ISM 频段设计的真正单片 UHF 无线收发芯片, 它采用 FSK 调制解调技术 nrf401 的最高工作速度可以达到 20kbps, 发射功率可调, 最大为 +10dBm 天线接口设计为差分天线, 便于使用低成本的 PCB 天线该芯片具有待机模式, 可以更省电和高效 nrf401 的工作电压范围为 2.7V~5.25V, 发射电流约为 8mA~18mA( 10dB 输出 ), 接收电流约为 10mA, 待机电流为 8μA 其中,TC65 应用了 J2ME(Java 2 Micro Edition) 技术, 该模块的功能不再限于设备间的通讯, 更实现了对应用设备的功能控制, 可进行数据处理和通过 AT 指令进行控制, 从而令应用设备实现智能化, 内嵌 TCP/IP 协议, 但资源更丰富 :1.7Mb FLASH 400kb RAM, 并提供 GPIO SPI I2C USB 等各种外围接口紧凑轻薄设计, 支持 GSM GPRS 网络和 JAVA 技术的 TC65 模块是远程监控等特例的理想选择 2 软件平台 2.1 修改内核源代码修改内核源代码主要包括启动代码的修改内核的链接及装入参数传递和内核引导几个部分 Linux 内核分为体系结构相关部分和体系结构无关部分在 Linux 启动的第一阶段, 2

3 内核与体系结构相关部分首先执行, 它会完成硬件寄存器设置, 内存映射等初始化工作然后把控制权转给内核中与系统体系结构无关的部分在移植工作中要修改的代码主要集中在与体系结构相关的部分 ARM 芯片的体系结构在 arch/arm 目录下首先根据芯片手册修改 boot/init.s 文件中的片选组基地址寄存器 DRAM 存储配置寄存器 DRAM 片选寄存器中断屏蔽寄存器等然后修改内核的链接及装入 ELF 最后将系统中可用页面的数目文件系统大小等信息以参数形式从启动代码传给内核, 完成设置陷阱, 初始化中断, 初始化计时器, 初始化控制台等一系列操作而使内核正常启动系统主要完成对通过 RS232 接口和通过 nrf40 模块扩展的无线接口接收到的各种监控信息进行分类处理, 将按照预先设定的报警程序和内容转换为 AT 指令交 TC65 进行发送 2.2 AT 指令介绍 AT 指令集是由诺基亚爱立信摩托罗拉和 HP 等厂家共同为 GSM 系统研制的, 其中包含了对短信息的控制对 SMS 的控制共有三种实现途径 :Block 模式 Text 模式和 PDU 模式 Text 比较简单, 很多诺基亚手机都支持该模式西门子的手机大多只支持 PDU 模式, PDU 模式是发送或接收手机短信息的一种方法, 短信息正文经过十六进制编码后被传送本系统采用 PDU 来发送接收短信息, 与 SMS 有关的常用 AT 指令见表 1 表 1 与 SMS 有关的常用 AT 指令指令指令功能 AT+CMGS 发送短消息 AT+CMGD 删除 SIM 卡内存消息 AT+CMGF 选择短消息信息格式 :0-PDU, I- 文本 AT+CMGL 列出 SIM 卡中短信息格式 : 0- 未读,1- 己读,2- 待发,3- 己发,4- 全部短信 AT+CMGR 读短消息 AT+CMGW 向 SIM 卡内存中写入待发的短消息 AT+CMSS 从 SIM 卡内存中发送短消息 AT+CNMI 显示新收到的短消息 AT+CSCA 短消息中心地址 3 系统实现 3.1 系统结构设计该系统主要实现两方面的功能, 一是对机房内所布控的各种传感器的数据采集, 二是无线数据通信, 即通过 TC65 实现监控信息的传递和交互无线传感器接收结构图如图 2 所示, 系统主要有 3 个功能 : a) 轮巡各个传感器或 RS232 接口的各种信息, 并对接收返回的数据进行处理 ; b) 接收的数据与预先设定的条件对比判断是否发出报警信息 ; c) 接收 SMS 的查询请求, 并按将查询请求的数据返回给查询人员 3.2 软件设计 ARM 芯片执行程序包括初始化与传感器循环检测主程序定时器中断服务程序操作 TC65 完成短信的发送程序 LCD 显示程序等 MCU 顺序检测各通道报警传感器信息当发现警情时, 立即调用短信发送程序, 将警情发送到用户接收设备在各通道传感器检测完毕后, 返回空闲模式当定时器的定时时间到, 退出空闲模式, 执行定时器中断服务程序, 然后进行下一次各通道传感器的检测 3

4 温湿度传感器 RS485 总线 RJ45 门磁传感器电话烟雾传感器 GSM/GPRS 图 2 无线传感器接收结构图 3.3 SMS 控制程序 GSM 通讯模块的操作由单片机通过 RS232 接口并采用符合西门子公司的 AT 指令集编写的程序来实现 TC65 发送短信的子程序流程见图 5 短信发送结束,MCU 将 TC65 通讯模块设置为掉电工作模式, 然后返回主程序无线传感器信号识别数据比对调取相应传感器数据 ( 如温度 ) 发送短信按预先设定格式编写短信图 3 短信息自动报警原理图自动短消息报警正常情况下, 机房各路监控信息都有一个初始状态, 而当有异常情况发生时, 系统应当立即启动报警装置例如, 机房温度偏高电压波动异常 UPS 工作状态异常机房漏水等情况时, 相应的传感器开关闭合, 电路接通, 产生一定的电流, 通过控制模块检测到异常信号的来源, 将对应信号通过无线传输到 MCU 中, 由内部程序对异常信号进行分析, 判断并记录下异常或故障部位, 然后通过软件向 GPS 接收模块发送请求命令, 按照程序设定的固定格式编写短信, 将当前机房的异常情况等信息传送到 GSM 通信模块, 继而通过 GSM 通信网发送到值班手机上其报警原理如图 3 所示整个报警过程都是在系统控制下自动完成的, 不需任何人工干预, 而且由于采用的是 GSM 短信方式, 因此几乎不受任何时间, 报警准确手机短信是否指令 Y 是否指令 N N 垃圾短信回复指令或密码错误 Y 指令选择按要求读取传感器信息结束图 4 自动短信息查询流程图 4

5 3.3.2 自动短消息查询当值班人员或机房管理人员需要远程了解机房当前情况时, 可以通过的手机向机房监控系统发送查询指令, 当监控系统的 GSM 通信模块接收到该指令后, 便通过接口电路将该指令传送到 MCU, 由相应的控制程序对指令进行身份验证指令验证等, 如果指令正确, 并且要求系统回复用户当前需查询的有关信息如当温度超过额定值时, 则由系统向 GPS 模块发出请求指令, 调取当前无线温度传感器的信息, 然后按照固定的格式自动编写短消息, 通过 GSM 通信模块发送到用户手机上其功能流程如图 4 所示 4 结束语本系统利用 AT91RM9200 作为 MCU, 利用 nrf40 接口实现了对无线传感器信息的采集, 控制 TC65 实现了短信息的收发功能由于系统主要依托覆盖率极高的 GSM 公共网络, 利用现有的无线通信业务短消息服务业务, 因此几乎可以不受时间的限制, 实现远程监控信息服务等实际应用证明, 该系统稳定可靠, 报警准确及时, 查询方便快捷, 信息服务费用低廉系统可以扩展到其它场所进行使用, 具有广阔的应用前景本文的创新点是, 通过 nrf40 实现短距离的传感器数据采集, 利用 GSM 无线通信技术, 以及嵌入式系统的控制技术相结合, 实现了对机房监控的远程长距离的自动短消息报警和远程短消息查询作者简介 : 周锦顺 (1968-), 男, 广东揭阳人, 理学学士, 广东出入境检验检疫局信息中心工程师, 主要研究方向 : 计算机机房管理, 计算机安全, 计算机司法鉴定等 Biography: ZHOU Jin-Shun,(1968- ),Male, Jieyang Guangdong,Bachelor of science, The engineer of Computer Information Center,Guangdong Entry/Exit Inspection and Quarantine Bureau of the P.R.China.His research interest includes the computer room manages, the computer security,the computer judicial expertise and so on. 参考文献 [1] 李志伟. 基于 GSM 的车辆报警与控制系统的设计 [J]. 微计算机信息,2007,4-1: [2] 蔡体健, 刘觉夫. 基于 SMS 通信的电压监测管理系统的设计 [J]. 微计算机信息,2007,4-3: [3] 孙天泽. 嵌入式设计及 Linux 驱动开发指南 [M]. 北京 : 电子工业出版社,2002. [4] 金仁成, 张天超, 蒋勇, 于耀东. 基于 GSM 网络的安防系统设计与实现. 计算机应用,2004,12: [5] 昌燕, 闰丽丽, 张仕斌. 基于 GSM 的无线智能监控设计 [J]. 微计算机信息,2007,4-1: 联系人 : 周锦顺邮编 : 地址 : 广东省广州市珠江新城花城大道 66 号 A 五楼 5

第 05 期董房等 : 一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计 WEB 1 2 总体功能及组成 2.1 总体功能 1 2 3Web 2.2 结构组成 Web WEB WEB 2.3 系统各模块接口关系

第 05 期董房等 : 一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计 WEB 1 2 总体功能及组成 2.1 总体功能 1 2 3Web 2.2 结构组成 Web WEB WEB 2.3 系统各模块接口关系电子科学技术 Electronic Science & Technology 电子科学技术第 02 卷第 05 期 2015 年 9 月 Electronic Science & Technology Vol.02 No.05 Sep.2015 年一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计董房 1,2, 刘洋 2, 王储 2 2, 刘赞 (1. 上海交通大学, 上海,200240; 2. 上海卫星工程研究所,