對(duì)ARM和Linux的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)分析及實(shí)現(xiàn)

謝娜

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽712000）

對(duì)ARM和Linux的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)分析及實(shí)現(xiàn)

謝娜

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽712000）

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控顯得越來越重要，傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的需要，新型的、完整的、智能程度高的監(jiān)控終端是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)研究的重點(diǎn)?；诖?，本文提出了以ARM9硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)建立Linux系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，并對(duì)該終端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的描述，希望能夠?qū)ψx者起到一定的幫助。

APM；Linux；物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；設(shè)計(jì)分析

眾所周知，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為了推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展的核心動(dòng)力，嵌入式系統(tǒng)也逐漸被人們所認(rèn)知，并且得到的廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于其成本低、功耗小、性能高以及可靠性和配置型均比較強(qiáng)，已經(jīng)成為了現(xiàn)代監(jiān)控終端設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)買入了一個(gè)全新的階段，如何提高物聯(lián)網(wǎng)的安全管理水平以及監(jiān)管效率是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

1 ARM和Iinux的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)分析

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從系統(tǒng)需求需要的角度分析，該終端需要采集現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息、溫度傳感器以及濃度傳感器數(shù)據(jù)，此外，向用戶提供Web Service服務(wù)，用戶只要通過電腦或者智能手機(jī)對(duì)瀏覽器進(jìn)行訪問就能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了解，同時(shí)客戶可以利用瀏覽器在查看監(jiān)控信息的時(shí)候控制輸出終端的IO點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 終端系統(tǒng)功能圖

由圖1可得，該終端系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)需要涉及多種模塊，主要包括處理器模塊、攝像頭、傳感器信號(hào)采集、網(wǎng)絡(luò)處理模塊、IO控制接口、顯示模塊以及電源模塊等等。

1.2 硬盤選型

處理器設(shè)計(jì)采用的是S3C2440芯片，該芯片主要采用的是32位的RISC指令集，屬于一種微控制器芯片，具有價(jià)格低、功耗少、性能高的特點(diǎn)。同時(shí)，S3C2440芯片為ARM9內(nèi)核。該芯片具備獨(dú)立的16KB指令和16KB數(shù)據(jù)Cache，減少了無用組件的設(shè)計(jì)，有效的降低了系統(tǒng)的成本投入，屬于一種典型的低功耗設(shè)計(jì)，因此S3C2440的實(shí)用性非常強(qiáng)。

數(shù)據(jù)處理模塊主要由處理器、RAM和ROM三部分構(gòu)成，其中板載ROM包含兩個(gè)芯片，一片是裝載BIOS的2MB Nor Flash芯片，另一片是 Nand Flash的系統(tǒng)ROM其容量為256MB，同時(shí)，外接兩片SDRAM芯片其總?cè)萘繛?4 MB，并包含12 MHz的發(fā)生電路和外圍相關(guān)電路。介于，S3C2440需要1.2 V內(nèi)核供電和3.3 V外圍供電，因而該模塊在設(shè)計(jì)中需要引入兩種串口。

Linux串口實(shí)現(xiàn)程序的主要作用是串口進(jìn)行設(shè)置，主要是通過對(duì)struct termios結(jié)構(gòu)體各成員值的進(jìn)行設(shè)置來完成對(duì)串口的設(shè)置。一般情況下，Linux下串口文件位于/dev之下，其中內(nèi)核中串口1為/ dev/ttyS0，串口二為/dev/ttyS1，利用標(biāo)準(zhǔn)的文件打開函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的打開，當(dāng)串口設(shè)置完成之后就可以對(duì)初始化命令進(jìn)行接收以及等待接收命令了。

傳感器作為該終端設(shè)計(jì)的重要組成電子元件，其最主要的作用是實(shí)現(xiàn)物理量到電參量的轉(zhuǎn)換，該終端的設(shè)計(jì)過程中需要使用一個(gè)溫度傳感器，用來完成對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)信息采集，并利用處理器和通信模塊實(shí)時(shí)地將采集到的溫度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，用來供用戶進(jìn)行查看以及記錄。

氣體濃度傳感器也是該終端設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分，該終端設(shè)計(jì)選用的是TPS2534系列的氣體濃度常感器，這種常感器的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、精度高、適用性強(qiáng)以及響應(yīng)速度快，其設(shè)計(jì)的主要目的就是對(duì)氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最為廣泛的。TPS2534系列常感器還有一個(gè)作用就是利用內(nèi)部的熱敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境溫度的測(cè)量，為外部溫度的測(cè)量提供輔助作用。

1.3 基于S3C2440的硬件設(shè)計(jì)

S3C2440芯片采用的是32位ARM920T的CPU核，并且集成了ARM結(jié)構(gòu)的MMU單元以及包含了非常多的接口電路。基于S3C2440的硬設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

由圖2可知，基于S3C2440的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以太網(wǎng)接口路電路、WEB遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)硬件接口、LCD中英文顯示屏以及Internet網(wǎng)4部分。

1.4 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)在于對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能是該終端各項(xiàng)功能正常進(jìn)行的核心和支柱。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的。由于各項(xiàng)功能的進(jìn)程是不盡相同的，如果想要使各項(xiàng)功能正常有效配合進(jìn)行就需要在各項(xiàng)功能進(jìn)程之間建立有效的通，因此，包含算法代碼在內(nèi)的還涵蓋系統(tǒng)內(nèi)核、各模塊驅(qū)動(dòng)程序、程序及算法程序以及各項(xiàng)服務(wù)程序等，其完整的系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

圖2 基于S3C2440的硬件設(shè)計(jì)圖

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

如圖3所示，當(dāng)啟動(dòng)Linux操作系統(tǒng)后，首先對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)項(xiàng)加載，尤其是溫度傳感器驅(qū)動(dòng)以及濃度傳感器驅(qū)動(dòng)，然后對(duì)Web Service服務(wù)進(jìn)行加載，緊接著對(duì)MJPG-Steramer服務(wù)進(jìn)項(xiàng)加載，當(dāng)上述準(zhǔn)備完成之后，系統(tǒng)就開始等待由WEB發(fā)來的請(qǐng)求信息，接收到請(qǐng)求信息后，系統(tǒng)就會(huì)向視頻處理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)出請(qǐng)求，再從A/D模塊讀取信息，進(jìn)一步計(jì)算出溫度和濃度的數(shù)據(jù)信息，最后通過網(wǎng)頁將結(jié)果展現(xiàn)在客戶面前。

2 ARM和Iinux的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

正如上文所述，該終端的設(shè)計(jì)離不開對(duì)傳感器的依賴。傳感器所收集到的物理量首先轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，然后電信號(hào)再通過一系列的處理措施轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)采集所需要的電信號(hào)。其中，模擬信號(hào)利用A/D轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，而脈沖信號(hào)則利用脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，數(shù)字信號(hào)通過串口或者SPI總線發(fā)送至RAM處理器，再由RAM處理器通過特定公式將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際數(shù)據(jù)值，然后實(shí)際值、傳感器類型、終端名稱以及數(shù)據(jù)包頭和包尾按照規(guī)定格式打包后一方面發(fā)送USB數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在U盤中，另一方面將數(shù)據(jù)發(fā)送至串口存儲(chǔ)到本地計(jì)算機(jī)中，進(jìn)而遠(yuǎn)程發(fā)送至數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

2.2 本地存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)

在移動(dòng)通訊技術(shù)飛速發(fā)展以及GPRS/CDMA的日臻成熟的背景下，出現(xiàn)故障的概率逐漸降低，數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象也是鮮有發(fā)生。但是由于其他因素（軟硬件、人員操作失誤等）而造成的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象仍然是現(xiàn)階段系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮的關(guān)鍵問題。本文所采用的S3C2440芯片以ARM9為核心，并使用UDisk利用USB接口和ARM+Linux模塊連接在一起，故而操作系統(tǒng)就能夠利用USB驅(qū)動(dòng)操作UDISK。其主要原因在于以ARM處理器為核心的系統(tǒng)，具有USB驅(qū)動(dòng)、設(shè)備掛載和文件操作等功能，有效的為U-DISK存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)提供了保障。

2.3 遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)

無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要是通過系統(tǒng)采集溫度傳感器和氣體濃度傳感器對(duì)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境的溫度和氣體濃度的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并根據(jù)這些信息利用控制輔助設(shè)備對(duì)所監(jiān)控的環(huán)境進(jìn)行控制管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境因子的有效調(diào)節(jié)控制。GPRS無線遠(yuǎn)程通信技術(shù)是文中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)基礎(chǔ)，其核心是GSM/GPRS模塊MC39i，MC39i模塊利用ZIF連接SIM卡支架和電源完成外圍電路的設(shè)計(jì)，并通過串口與處理器相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。

3 結(jié)束語

綜上所述，文中主要對(duì)ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。該設(shè)計(jì)體現(xiàn)出了成本低、應(yīng)用規(guī)模大、安全可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代行業(yè)發(fā)展的要求，因此該設(shè)計(jì)必定會(huì)得到更加廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。

[1]陳學(xué)立，邱兆坤，陳志勇.嵌入式微處理器與SDRAM的接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）: 191-194.

[2]譚海燕，崔如春，肖志良，等.基于AS3990/AS3991的超高頻RFID讀寫器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2010（3）:54-56.

[3]郭琦，王志剛，牛寶超，等.一種基于ARM的WiFi無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013（4）:184-186.

[4]周潤(rùn)，謝永樂.基于ARM-Linux和S3C2440的嵌入式Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儀器儀表，2010（3）:56-59.

[5]張歡慶，高麗，宋承祥.基于ARM的嵌入式Linux交叉編譯環(huán)境的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2012，40（2）:151-152.

[6]余坤杰.一種基于GPRS無線通信的遠(yuǎn)程I/O控制終端實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2012，36（13）:114.

[7]李建功.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下移動(dòng)終端的發(fā)展趨勢(shì)思考[J].信息通信技術(shù)，2011（5）:75-78.

[8]張玉亮.于ARM+Linux的無線遠(yuǎn)程控制終端的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2010.

[9]羅金玲，劉羅仁.基于ARM+Linux的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2013（22）：189-191.

[10]陳彩華，龍衛(wèi)兵，劉彬.基于ARM-Linux的家用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（9）:78-80.

[11]徐敏.基于嵌入式Linux和GPRS的數(shù)字家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研宄[D].南京：南京理工大學(xué)，2011.

[12]王開友.基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[13]郭昌東.基于AMR9的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].太原：中北大學(xué)，2011.

[14]李偉明.基于ARM的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)關(guān)軟件模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2012.

[15]楊弘毅.基于ARMLinux的車載遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

Design analysis and implementation of remote monitoring terminal for Internet of things in ARM and Linux

XIE Na
（Shaanxi Energy Institute，Xianyang 712000，China）

With the development of things，to things remote monitoring becomes increasingly important，the traditional networking remote monitoring technology can not meet the needs of contemporary material development of the networking industry，new，complete，high degree of intelligence surveillance terminal is a modern networking industry research.Based on this，we propose to establish ARM9 hardware platform based on Linux system Things remote monitoring terminal，and the design and implementation of the terminal is described briefly，hoping to play a helpful reader.

APM；linux；networking；remote monitoring terminal；design analysis

TN0

：A

：1674－6236（2017）01-0163-03

2015-10-25稿件編號(hào)：201510175

謝 娜（1982—），女，山西臨猗人，碩士，講師。研究方向:計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。