一種嵌入式智能化監控系統

張小林++鐘洪++林青++劉佳揚++王宏

摘 要為了實時監控硬件平臺產品的運行狀態，尤其是對設備開機過程故障、運行中故障、突然死機/宕機等情況發生時，我們有必要對硬件平臺的各個因素進行監控記錄。還有為了便于及時了解設備的運行狀態和有利于后續產品故障維修分析，我們有必要進行一種嵌入式智能化監控的研究與設計。

【關鍵詞】嵌入式 智能化 監控 系統

1 前言

為了更好的對系統進行智能化監控，我們分析了以下幾個方面需要進行監控或欲達到的要求：

系統上電/斷電過程及時間偵測、溫度檢測、濕度檢測；獨立的系統模塊、獨立供電（在無外界供電情況下，最好保證6個月供電）；與其他硬件系統通過串口通訊（可設置比較少用的波特率，要求穩定）；可搭配液晶模塊，可實時監測設備運行狀態：如CPU/內存使用率、CPU溫度、機箱內部溫度、網絡輸入輸出流量；產品硬件開機過程（記錄上電時間，每項自檢完成時間、系統引導正確完成時間等）；產品關機動作（最好能檢測到是由哪觸發的關機信號、以及關機時間）；運行狀態：針對CPU/內存使用率，CPU溫度，機箱內部溫度、濕度，網絡流量檢測，跌落數據檢測（有變化時記錄數據，保留7天）；關機狀態：針對溫度、濕度（有變化時記錄數據。最好能保留6個月）；數據（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、高可靠性方面設計考慮。

2 技術路線

根據我們對監控系統的監控需求，我們采用MCU為主模塊控制器，接入溫濕度傳感器（機箱內部溫濕度），RTC，FLASH存儲設備，液晶模塊，通訊串口，電壓監控（開/關機）等外圍設備。MCU通過串口和主板進行通訊。主板通過檢測SUPERIO寄存器及系統API向MCU提供CPU核電壓、CPU溫度、主板溫度，系統風扇轉速、CPU/內存使用率、網絡輸入輸出流量、系統引導正常事件，系統正常關機事件等信息。

采用外部鋰電池和系統供電可切換供電模式，主板上電后使用系統電力，關機后使用鋰電池供電。同時提供鋰電池充電及電量檢測模塊。

3 數據流向

如圖1所示，MCU中溫濕度傳感器，RTC及電壓監控均使用I2C總線進行數據傳輸，可以向MCU提供實時時鐘數據，電壓數據，重力加速度數據及機箱內部溫濕度數據。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控中間件提供CPU核電壓，CPU溫度，主板溫度，系統風扇轉速等數據。OS操作系統可以向中間件提供CPU使用率，內存使用率以及網絡輸入輸出流量等信息。同時中間件在開機之后會向MCU發送系統開機完成信息，并在正常關機時檢測到關機信號向MCU發送正常關機事件信息，由監控中間件定期通過串口將數據輸送到MCU進行處理。

MCU將收到的數據進行處理后存儲到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行輸出。同時用戶也可以通過LAN管理口和客戶應用程序進行交互，通過客戶應用程序向監控中間件提供查詢指令，之后監控中間件向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。中間件再將信息轉發給客戶應用程序并通過LAN遠程提供給用戶。

監控模塊采用雙切換電源進行供電，當系統電源存在時，使用系統電源，并根據鋰電池電量檢測來判斷是否給鋰電池充電，當系統電源失效時，使用鋰電池進行供電。

4 顯示界面

如圖2所示，研究設置顯示開機過程，比如BIOS自檢完成，程序加載完成等信息，此過程的顯示內容設計來自中間件或是客戶設備。監測項共顯示8項內容，大致分布為左邊四項，右邊四項，年月日時分秒也在此菜單中顯示。也可以根據客戶需要顯示更多的內容。

黑匣子數據存取不需要中間件的參與，中間件負責通過串口把采集的數據傳給固件，數據的存儲由MCU控制spi flash完成，數據的讀取由用戶直接通過預留的串口進行。

存數據內容和規范。系統運行時存儲數據的時間間隔暫定為每2s一次。系統關機時每10min存儲一次存儲數據的格式：Time，voltage，temp（機箱溫度/CPU溫度），Humidity，使用率（依次為CPU，內存，磁盤，網絡）。數據以ASCII形式存儲，存儲的的字節大小固定。

取數據內容和規范。通過預留的串口，用戶輸入相應的讀取指令和密碼，開始讀取數據。此處的串口需要支持讀取指令和密碼修改指令。串口輸出的數據格式和存儲的格式一樣（Time，voltage，temp（機箱溫度/CPU溫度），Humidity，使用率（依次為CPU，內存，磁盤，網絡）），全部以ASCII形式輸出。

將系統中獲取的數據下發給MCU。從Linux系統下獲取CPU使用率，內存使用率，網絡使用率，CPU溫度，CPU電壓，風扇轉速，按照ASCII形式傳送給MCU。

4 結語

本系統的設計是在數字信息技術和網絡技術發展的前提下，運用當前的嵌入式技術和日益發展的智能化技術的嵌入式智能化監控系統，具有一定的創新性。該系統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，具有一定的可擴展性，可以通過適當的功能擴展來滿足用戶更多更高的要求。此外，本系統具有功能強、穩定性好的特點，而且成本低，對嵌入式智能監控系統的開發有一定的借鑒意義。

作者單位

深圳市億威爾信息技術股份有限公司 廣東省深圳市 518057