嵌入式系统在机房监控中的应用研究.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date嵌入式系统在机房监控中的应用研究嵌入式系统在机房监控中的应用研究湖南文理学院课程设计报告课程名称: 嵌入式系统课程设计 专业班级: 通信工程12101班 学生姓名: 穆 文 刚 指导教师: 杨 峰 完成时间: 2015年6 月 5 日 报告成绩: 评阅意见: 评阅教师 日期 湖南文理学院制目 录一、设计题目2二、设计要求2三、设计作用与目的2四、所用设备及软件3五、系
2、统设计方案35.1 系统工作原理35.2 系统总体设计3六、系统硬件设计46.1 监测电路46.2 GSM模块电路56.3 语音电路56.4 液晶显示电路66.5 最小系统电路66.6 电源电路8七、系统软件设计87.1 系统硬件接口定义87.2 主函数97.3 系统初始化子程序107.4 系统设置子程序107.5 监测子程序117.6 设备运行正常来电语音回复子程序11八、仿真调试分析118.1 仿真调试工具118.2 调试结果128.3 设计中的问题及解决方法12九、嵌入式系统学习心得13参考文献14附录1:机房监控系统电路图15附录2:源代码(部分)16-嵌入式系统在机房监控中的应用研究
3、一、设计题目嵌入式机房监控系统的设计二、设计要求本文设计了一种基于嵌入式系统的机房环境监控系统,本系统可对机房内的各种环境参数进行监测和监视,并通过GSM短信和语音电话等通讯手段将环境异常情况及时反映给维护人员,实现机房的科学管理。利用嵌入式机房监控系统,解决机房监控系统的远程控制、程序维护等问题。总之,本设计有以下要求:(1)监测功能包括交流无源、直流欠压、环境温度、环境烟雾的监测;(2)报警方式多样化,诸如:发短信、打电话、现场语音警示;(3)可以支持远程监测与控制。三、设计作用与目的随着我国经济的发展和计算机技术的普及,各行业对计算机系统的依赖越来越大,计算机房已成为各大单位的重要组成部
4、分。为了确保机房设备的正常运行,对机房环境(温度、湿度、漏水等)的维护提出了更高的要求。这种要求的特点是:实现对机房环境的远程监控,一旦机房环境出现异常,实时地将情况传送给管理人员,以便对异常隋况进行及时有效地处理,最终实现无人职守。与此同时,随着电子科学技术的发展,利用嵌入式技术构建远程监控系统凭借体积小、远程化、成本低、功耗小、操作界面人性化等特点已成为监控系统的发展主流。监控系统一般采用B/S结构,为了提高运行效率和资源利用率,系统嵌入式Web是以TCP/IP协议为底层,以HTTP为应用层的通信协议,为服务器提供了可靠的网络服务,并对其功能和实现进行优化,提高了传输速度和处理效率。监控端
5、试用浏览器通过IP地址即可访问服务器实现监控功能。四、所用设备及软件 本设计除了需要计算机,还会用到三款软件:作图软件Protel99SE、仿真软件Proteus、编程软件Keil uVision4。关于这三种软件的简介如表1所示。表1 软件简介软件名称软件图标主要特点作用备注Protel99SEProtel99SE是PC环境下以独特设计管理和协作技术为核心的印制电路板设计软件系统,是基于Windows 95/98/2000/NT的全32位EDA设计系统。它主要采用了SmartDoc技术、SmartTool技术、SmartTeam技术。绘制电路图和PCB板串口调试助手串口调试助手软件支持常用的
6、11025600bps波特率及自定义波特率,可以自动识别串口,能设置校验、数据位和停止位,能以ASCII码或十六进制接收或发送任何数据或字符,可以任意设定自动发送周期,并能将接收数据保存成文本文件,能发送任意大小的文本文件。查看串口数据Keil uVision4uVision4在uVision3 IDE的基础上,增加了更多大众化的功能:多显示器和灵活的窗口管理系统;系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息;调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局;多项目工作区简化与众多的项目。编写程序五、系统设计方案5.1 系统工作原理借助GSM网络平台并利用语音和短信的方式,使机房动力与环境监测报警系统实时报警
7、机房动力丢失或不足以及环境温度过高与烟雾浓度过高。另外,通过短信方式对该系统进行各项功能与参数设置,通过电话方式确认系统运行的可靠性。5.2 系统总体设计本系统采用STM32F103为主控芯片,因其精度较高,操作比较灵活,输入电路和输出电路由芯片来进行处理,电路的系统的稳定性高,功耗小。如图1所示嵌入式机房监控系统的原理框图,它主要由监测电路、GSM模块电路、语音电路、液晶显示电路、最小系统电路和电源电路六部分所构成。最小系统电路监测电路语音电路GSM模块电路 嵌入式芯片图1 嵌入式机房监控系统的原理框图液晶显示电路六、系统硬件设计基于STM32F103的嵌入式机房监控系统电路由监测电路、GS
8、M模块电路、语音电路、液晶显示电路、最小系统电路和电源电路六部分所构成。监测电路负责动力监测和环境监测,当监测的有异常情况时,会通过GSM模块电路中的G600发送短信给指定的手机号码;通过短信方式对该系统进行各项功能与参数设置,通过电话方式确认系统运行的可靠性。语音电路的功能就是在电话方式时播放当前系统状况;而液晶显示电路会显示系统监测到的当前信息;电源电路为整个系统提供能源。6.1 监测电路图2 监测电路监测电路负责动力监测和环境监测,即交流无源(交流220V)、直流欠压(直流48V)、环境温度、环境烟雾的监测。如图2所示监测电路,动力监测就是动力电源通过简单的降压电路后,检测光耦另一端的开
9、关信号的有无;而环境监测是直接读取传感器的AD值。(1)交流无源监测当交流电源低于200V或断电时,产生“交流异常”报警电话或短信。(2)直流欠压监测当蓄电瓶直流电源低于47V时,产生“直流欠压”报警电话或短信。(3)环境温度监测当环境温度高于30时,产生“温度超标”报警电话或短信。(4)环境烟雾监测当环境出现烟雾时,产生“烟雾超标”报警电话或短信。6.2 GSM模块电路G600是M2M专家FIBOCOM为物联网应用推出的GSM/GPRS模块。它作为全面模块适用的主要领域包括安全、自动售货机、计量、网关、远程维护与控制、路由器等。如图3所示GSM模块电路,当系统监测到异常状况时,通过GSM模块
10、电路中的G600发送短信或打电话给指定的手机号码,通知维修人员及时排除故障;而维修人员可以使用短信方式对该系统进行各项功能与参数设置,可以通过电话方式确认系统运行的可靠性。图3 GSM模块电路6.3 语音电路WT588D语音芯片是早期可外挂FLASH的一款语音芯片,它具有音质较好、控制灵活的特点,更增加了可播放MIDI和弦功能,性能更好。同时WT588D是一款具有嵌入式系统内核的语音芯片,因此,可以冠名为WT588D系列语音嵌入式系统。WT588D系列语音嵌入式系统是广州唯创电子有限公司联合台湾华邦共同研发出来的集嵌入式系统和语音电路于一体的可编辑语音芯片。功能多音质好应用范围广性能稳定是WT
11、588D系列语音嵌入式系统的特长,弥补了以往各类语音芯片应用领域狭小的缺陷,MP3控制模式、按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制控制端口扩展输出模式,让应用人员能将产品投放在几乎可以想象得到的场所。故本次设计利用WT588D构成如图4所示语音电路,其功能就是在电话方式时播放当前系统状况。图4 语音电路6.4 液晶显示电路图5 液晶显示电路液晶显示电路需要选用一块液晶屏来显示系统监测到的当前信息,诸如:机房编号、当前环境温度、当前烟雾情况等。由于显示的内容不多用,4X8的LCD12864就刚好可以满足需求。如图5所示基于LCD12864
12、的液晶显示电路,由于STM32F103的I/O口充足,故采用串行接法,同时也可以简化编写程序的难度。6.5 最小系统电路如图6所示最小系统电路,它由时钟、复位以及JTAG接口电路组成。(1)时钟电路时钟频率直接影响STM32芯片的速度,时钟电路的质量也直接影响其系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式,一种是内部时钟方式,另一种是外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式做时钟电路。STM32芯片内部有2个用于构成振荡器的高增益反相放大器,输入端为芯片引脚OSC_IN和OSC32_IN,输出端为引脚和OSC32_OUT。每组引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,构成一个稳定的自激振荡器,通常OSC的石英晶
13、体选8MHz,OSC32的石英晶体选32kHz的。(2)复位电路STM32芯片的初始化操作,即给复位脚RST加上大于2个机器周期(即24个时钟振荡周期)的低电平就使其复位。这些操作都是由复位电路来实现。在实用系统中,一般有两种复位操作形式:上电复位和手动复位。上电复位在STM32芯片每次通电时执行。上电时,电容C 充电加给RST引脚一个短的低电平信号,此信号随着VCC对电容C 的充电过程而逐渐回落,即RST引脚上的低电平持续时间取决于电容C 充电时间。为保证系统可靠复位,RST引脚上的低电平必须维持足够长的时间。手动复位在系统出现操作错误或程序运行出错时使用。在STM32系统运行过程中,按下复
14、位键,低电平输入RST引脚,STM32系统被强制执行复位操作,系统可以退出错误运行状态,恢复正常工作。由于本设计的需要,同时采用这两种复位方式。(3)JTAG接口电路JTAG最初是用来对芯片进行测试的,JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP(Test Access Port;测试访问口)通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起,形成一个JTAG链,能实现对各个器件分别测试。现在,JTAG接口还常用于实现ISP(In-System Programmable;在线编程),对FLASH等器件进行编程。 图6 最小系统电路JTAG编程方
15、式是在线编程,传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上因此而改变,简化的流程为先固定器件到电路板上,再用JTAG编程,从而大大加快工程进度。JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程。6.6 电源电路当今社会大到超级计算机、小到袖珍计算器,所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。本设计的机房监控系统电路需要+3.3V、+4V、+5V三类不同等级的电源才能保证正常工作。但因为本次设计重点不在电源,故采用现成的电源模块来实现。如图7所示电源电路,由于机房原本就有48V直流电源,故利用输入电压范围为1872V的稳压直流5V电源模块VB
16、4805D-10W可以得到+5V电源,接着利用带能源模块SPX29302,结合简单的分压电路分别获得+4V、+3.3V。图7 电源电路6.6 整体电路说明基于STM32F103的嵌入式机房监控系统电路由监测电路、GSM模块电路、语音电路、液晶显示电路、最小系统电路和电源电路六部分所构成。监测电路负责动力监测和环境监测,当监测的有异常情况时,会通过GSM模块电路中的G600发送短信给指定的手机号码;通过短信方式对该系统进行各项功能与参数设置,通过电话方式确认系统运行的可靠性。语音电路的功能就是在电话方式时播放当前系统状况;而液晶显示电路会显示系统监测到的当前信息;电源电路为整个系统提供能源。整体
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- 关 键 词:
- 嵌入式 系统 机房 监控 中的 应用 研究
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