一種基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監控系統設計

摘要：為了實(shí)現工廠(chǎng)、交通等遠程監控管理，系統設計采用DM900芯片和CC24300為主實(shí)現通信，核心部分主要包括ARM中央控制平臺及嵌入式Linux操作系統移植，創(chuàng )新之處在于融入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并巧妙地移植移植U-Boot和嵌入式Linux操作系統的編譯內核配置。按照系統的整個(gè)工作軟件流程圖進(jìn)行了試驗和聯(lián)調，符合原設計目標，系統具有擴展性，通用性和能與其他監控設備無(wú)縫連接等性能，以滿(mǎn)足不同工作環(huán)境的需要，可為其他基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監控系統所借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：ARM；物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式Linux操作系統；遠程監控

遠程監控系統現已成為現代化生產(chǎn)、生活中不可缺少的重要組成部分。目前，監控系列產(chǎn)品種類(lèi)繁多，大部分廣泛應用于交通、醫院、銀行、家居、學(xué)校等安防領(lǐng)域。伴隨著(zhù)對物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)應用研究的不斷深入，使得遠程監控系統的應用領(lǐng)域更為廣泛。本
文創(chuàng )新點(diǎn)在于是基于物聯(lián)網(wǎng)、以ARM內核芯片的嵌入式系統為核心技術(shù)的遠程監控系統設計，其中巧妙地移植移植U-Boot和嵌入式Linux操作系統的編譯內核配置。雖然主要是關(guān)于某市幾個(gè)重要路口的交通遠程監控管理系統的核心設計內容，但亦可為其他基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監控系統所借鑒。

1 系統體系結構及功能
本設計系統主要由控制模塊、ARM中央控制平臺、ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸、以太網(wǎng)通信和多個(gè)擴展接口等部分組成，實(shí)際中可根據需求和使用環(huán)境靈活地選用適合的接口進(jìn)行操作，其體系結構如圖1所示。

該系統主要是利用RS 232接口實(shí)現ARM嵌入式系統與Zigbee無(wú)線(xiàn)系統的連接進(jìn)而實(shí)現網(wǎng)關(guān)設備的功能。通過(guò)ARM中央控制平臺和Zigbee芯片的RS 232線(xiàn)路驅動(dòng)器／接收器MAX3221芯片來(lái)實(shí)現串行數據的通信。由于采用了常見(jiàn)的串口作為通信媒介，簡(jiǎn)化了硬件設計。作為接收命令端的Zigbee芯片由于采用的是8051為內核的CPU，時(shí)刻處于等待命令狀態(tài)。ARM中央控制平臺植入了Linux操作系統，當運行了串口實(shí)現程序后，就可向Zigbee芯片發(fā)出采集信息的命令。因此系統主要的軟件實(shí)現就是Linux系統下的串口實(shí)現程序的設計。
其中檢測控制模塊可以是溫度控制模塊、壓力了控制模塊、流量控制模塊等等實(shí)際監控需檢測的參量模塊。各檢測控制模塊通過(guò)ZigBee模塊與ARM中央控制平臺實(shí)現無(wú)線(xiàn)連接，組成了一個(gè)星型無(wú)線(xiàn)智能控制網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)ARM中央控制平臺通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現與外部遠程連接。從而實(shí)現遠程監控。
1．1 ARM中央控制平臺
在本設計中，ARM中央控制平臺是系統的核心，主要負責數據采集判斷處理。為了提高系統工作效率，設計中采用了ATMEL公司生產(chǎn)的ARM9芯片AT91RM9200。由于A(yíng)T91RM9200處理器具有豐富的系統與應用外設及標準的接口，因此根據應用的需要很容易就可實(shí)現功能模塊的擴展。該芯片融合了ARM920T ARM Thumb處理器特性：工作于180 MHz時(shí)性能高達200 MIPS，存儲器管理單元，16 KB的數據緩存，16 KB的指令緩存，寫(xiě)緩沖器，含有調試信道的內部仿真器，中等規模的嵌入式宏單元結構(僅針對256 BGA封裝)；低功耗：VDDCORE電流為30．4 mA，待機模式電流為3．1 mA；附加的嵌入式存儲器：SRAM為16 KB；ROM為128 KB；外部總線(xiàn)接口(EBI)：支持SDRAM，靜態(tài)存儲器，Burst FLASH，無(wú)縫連接的CompactFlash Smart Media及NAND FLASH；提高性能而使用的系統外設：2個(gè)有雙PLL的片上振蕩器，低速的時(shí)鐘操作模式與軟件功耗優(yōu)化能力，4個(gè)可編程的外部時(shí)鐘信號，調試單元、兩線(xiàn)UART并支持調試信道，有8個(gè)優(yōu)先級的高級中斷控制器，獨立的可屏蔽中斷源，偽中斷保護，7個(gè)外部中斷源及1個(gè)快速中斷源，有122個(gè)可編程I／O口線(xiàn)的4個(gè)32位PIO控制器，各線(xiàn)均有輸入變化中斷及開(kāi)漏能，20通道的外設數據控制器(DMA)；10／100 Base-T型以太網(wǎng)卡接口：獨立的媒體接口(MII)或簡(jiǎn)化的獨立媒體接口(RMII)，對于接收與發(fā)送有集成的28 B FIFO及專(zhuān)用的DMA通道；USB 2．0全速(12 Mb／s)主機雙端口：雙片上收發(fā)器(208引腳PQFP封裝中僅為一個(gè))：集成的FIFO及專(zhuān)用的DMA通道；USB 2．0全速(12 Mb／s)器件端口：片上收發(fā)器，2 KB可配置的集成FIFO；多媒體卡接口(MCI)：自動(dòng)協(xié)議控制及快速自動(dòng)數據傳輸，與MMC及SD存儲器卡兼容，支持2個(gè)SD存儲器；主機／從機串行外設接口(SPI)：8～16位可編程數據長(cháng)度，可連接4個(gè)外設；兩線(xiàn)接口(TWI)：主機模式支持，所有兩線(xiàn)Atmel EEPRoM支持；所有數字引腳的IEEE 1149．1JTAG邊界掃描。
正是由于A(yíng)T91RM9200芯片具有以上特性，所以它完全滿(mǎn)足了本設計系統必須具備的3個(gè)條件：高速處理能力、高速數據通道、網(wǎng)絡(luò )接口。
1．2 ZigBee芯片
本設計中ZigBee芯片選用Chipcon公司的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC2430。CC2430是一個(gè)真正片上系統芯片，內部集成一個(gè)高性能2．4 GHz直接序列擴頻(DSSS)射頻收發(fā)器核心和一個(gè)工業(yè)級加強型8051內核，無(wú)需再選另外的處理器，使設計簡(jiǎn)化。
1．3 以太網(wǎng)控制器
本設計中以太網(wǎng)控制器采用是DAVICOM公司的DM9000，這是具有10／100 M自適應以太網(wǎng)芯片。其特點(diǎn)是：支持8位、16位、32位數據總線(xiàn)寬度；寄存器操作簡(jiǎn)單有效，有成熟的Linux驅動(dòng)程序支持；3．3 V接口電平；成本相當低廉；還可以使用MII接口和PHY芯片連接。DM9000還提供了介質(zhì)無(wú)關(guān)的接口，以連接所有提供支持介質(zhì)無(wú)關(guān)接口功能的家用電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設10 Mb／s下3類(lèi)、4類(lèi)、5類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)和100Mb／s下5類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)。這是完全符合IEEE 802．3u規格。它的自動(dòng)協(xié)調功能將自動(dòng)完成配置以最大限度地適合其線(xiàn)路帶寬，還支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。