一種嵌入式智能化監(jiān)控系統(tǒng)

張小林++鐘洪++林青++劉佳揚(yáng)++王宏

摘 要為了實(shí)時監(jiān)控硬件平臺產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是對設(shè)備開機(jī)過程故障、運(yùn)行中故障、突然死機(jī)/宕機(jī)等情況發(fā)生時，我們有必要對硬件平臺的各個因素進(jìn)行監(jiān)控記錄。還有為了便于及時了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和有利于后續(xù)產(chǎn)品故障維修分析，我們有必要進(jìn)行一種嵌入式智能化監(jiān)控的研究與設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 智能化 監(jiān)控 系統(tǒng)

1 前言

為了更好的對系統(tǒng)進(jìn)行智能化監(jiān)控，我們分析了以下幾個方面需要進(jìn)行監(jiān)控或欲達(dá)到的要求：

系統(tǒng)上電/斷電過程及時間偵測、溫度檢測、濕度檢測；獨(dú)立的系統(tǒng)模塊、獨(dú)立供電（在無外界供電情況下，最好保證6個月供電）；與其他硬件系統(tǒng)通過串口通訊（可設(shè)置比較少用的波特率，要求穩(wěn)定）；可搭配液晶模塊，可實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)：如CPU/內(nèi)存使用率、CPU溫度、機(jī)箱內(nèi)部溫度、網(wǎng)絡(luò)輸入輸出流量；產(chǎn)品硬件開機(jī)過程（記錄上電時間，每項(xiàng)自檢完成時間、系統(tǒng)引導(dǎo)正確完成時間等）；產(chǎn)品關(guān)機(jī)動作（最好能檢測到是由哪觸發(fā)的關(guān)機(jī)信號、以及關(guān)機(jī)時間）；運(yùn)行狀態(tài)：針對CPU/內(nèi)存使用率，CPU溫度，機(jī)箱內(nèi)部溫度、濕度，網(wǎng)絡(luò)流量檢測，跌落數(shù)據(jù)檢測（有變化時記錄數(shù)據(jù)，保留7天）；關(guān)機(jī)狀態(tài)：針對溫度、濕度（有變化時記錄數(shù)據(jù)。最好能保留6個月）；數(shù)據(jù)（信息）獲取方式，一是模塊自行獲取信息，再是可以通過主系統(tǒng)獲取，具體選擇哪種方式或者混合使用，主要從簡單、使用、高可靠性方面設(shè)計(jì)考慮。

2 技術(shù)路線

根據(jù)我們對監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控需求，我們采用MCU為主模塊控制器，接入溫濕度傳感器（機(jī)箱內(nèi)部溫濕度），RTC，F(xiàn)LASH存儲設(shè)備，液晶模塊，通訊串口，電壓監(jiān)控（開/關(guān)機(jī)）等外圍設(shè)備。MCU通過串口和主板進(jìn)行通訊。主板通過檢測SUPERIO寄存器及系統(tǒng)API向MCU提供CPU核電壓、CPU溫度、主板溫度，系統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、CPU/內(nèi)存使用率、網(wǎng)絡(luò)輸入輸出流量、系統(tǒng)引導(dǎo)正常事件，系統(tǒng)正常關(guān)機(jī)事件等信息。

采用外部鋰電池和系統(tǒng)供電可切換供電模式，主板上電后使用系統(tǒng)電力，關(guān)機(jī)后使用鋰電池供電。同時提供鋰電池充電及電量檢測模塊。

3 數(shù)據(jù)流向

如圖1所示，MCU中溫濕度傳感器，RTC及電壓監(jiān)控均使用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以向MCU提供實(shí)時時鐘數(shù)據(jù)，電壓數(shù)據(jù)，重力加速度數(shù)據(jù)及機(jī)箱內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)。MCU定期讀取信息并處理。

主板中的SupeIO輸入輸出接口可以向監(jiān)控中間件提供CPU核電壓，CPU溫度，主板溫度，系統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)。OS操作系統(tǒng)可以向中間件提供CPU使用率，內(nèi)存使用率以及網(wǎng)絡(luò)輸入輸出流量等信息。同時中間件在開機(jī)之后會向MCU發(fā)送系統(tǒng)開機(jī)完成信息，并在正常關(guān)機(jī)時檢測到關(guān)機(jī)信號向MCU發(fā)送正常關(guān)機(jī)事件信息，由監(jiān)控中間件定期通過串口將數(shù)據(jù)輸送到MCU進(jìn)行處理。

MCU將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存儲到FLASH中，并通過液晶模塊顯示出來或者通過接收用戶接口的操作指令進(jìn)行輸出。同時用戶也可以通過LAN管理口和客戶應(yīng)用程序進(jìn)行交互，通過客戶應(yīng)用程序向監(jiān)控中間件提供查詢指令，之后監(jiān)控中間件向MCU提交用戶命令，MCU收到命令后通過串口向中間件輸出信息。中間件再將信息轉(zhuǎn)發(fā)給客戶應(yīng)用程序并通過LAN遠(yuǎn)程提供給用戶。

監(jiān)控模塊采用雙切換電源進(jìn)行供電，當(dāng)系統(tǒng)電源存在時，使用系統(tǒng)電源，并根據(jù)鋰電池電量檢測來判斷是否給鋰電池充電，當(dāng)系統(tǒng)電源失效時，使用鋰電池進(jìn)行供電。

4 顯示界面

如圖2所示，研究設(shè)置顯示開機(jī)過程，比如BIOS自檢完成，程序加載完成等信息，此過程的顯示內(nèi)容設(shè)計(jì)來自中間件或是客戶設(shè)備。監(jiān)測項(xiàng)共顯示8項(xiàng)內(nèi)容，大致分布為左邊四項(xiàng)，右邊四項(xiàng)，年月日時分秒也在此菜單中顯示。也可以根據(jù)客戶需要顯示更多的內(nèi)容。

黑匣子數(shù)據(jù)存取不需要中間件的參與，中間件負(fù)責(zé)通過串口把采集的數(shù)據(jù)傳給固件，數(shù)據(jù)的存儲由MCU控制spi flash完成，數(shù)據(jù)的讀取由用戶直接通過預(yù)留的串口進(jìn)行。

存數(shù)據(jù)內(nèi)容和規(guī)范。系統(tǒng)運(yùn)行時存儲數(shù)據(jù)的時間間隔暫定為每2s一次。系統(tǒng)關(guān)機(jī)時每10min存儲一次存儲數(shù)據(jù)的格式：Time，voltage，temp（機(jī)箱溫度/CPU溫度），Humidity，使用率（依次為CPU，內(nèi)存，磁盤，網(wǎng)絡(luò)）。數(shù)據(jù)以ASCII形式存儲，存儲的的字節(jié)大小固定。

取數(shù)據(jù)內(nèi)容和規(guī)范。通過預(yù)留的串口，用戶輸入相應(yīng)的讀取指令和密碼，開始讀取數(shù)據(jù)。此處的串口需要支持讀取指令和密碼修改指令。串口輸出的數(shù)據(jù)格式和存儲的格式一樣（Time，voltage，temp（機(jī)箱溫度/CPU溫度），Humidity，使用率（依次為CPU，內(nèi)存，磁盤，網(wǎng)絡(luò)）），全部以ASCII形式輸出。

將系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)下發(fā)給MCU。從Linux系統(tǒng)下獲取CPU使用率，內(nèi)存使用率，網(wǎng)絡(luò)使用率，CPU溫度，CPU電壓，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，按照ASCII形式傳送給MCU。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的前提下，運(yùn)用當(dāng)前的嵌入式技術(shù)和日益發(fā)展的智能化技術(shù)的嵌入式智能化監(jiān)控系統(tǒng)，具有一定的創(chuàng)新性。該系統(tǒng)由于采用了高性能的帶溫濕度傳感器的MCU和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，具有一定的可擴(kuò)展性，可以通過適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展來滿足用戶更多更高的要求。此外，本系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，而且成本低，對嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)有一定的借鑒意義。

作者單位

深圳市億威爾信息技術(shù)股份有限公司 廣東省深圳市 518057