Abstract: Combining with the advantage of the embedded technology and the GSM technology, Design of embedded wireless computer room monitor-control system that based on ARM core processor and GSM. Make use of nRF40 connection and all kinds of wireless sensors that composition of short distance wireless receiving system. According to the compilation corresponded to driver and the application procedure carries on the automatic monitoring and the long-distance control to the computer room, the short message would exact automatic warning and the information inquiry are implemented for Computer Room monitoring-control.

Key words: ARM; embedded system; GSM; TC65

摘要：结合嵌入式技术与GSM技术的优势， 设计一种基于ARM核处理器和GSM技术的嵌入式的无线机房监控系统，利用nRF40接口和各种无线传感器组成短距离的无线接收系统，通过编写相应的驱动程序和应用程序对机房进行自动监控和远程控制，实现了对机房监控的短消息精确自动报警、自动信息查询等。

关键字：ARM；嵌入式系统；GSM；TC65

0 引言

随着计算机应用的发展和普及，数据大集中已成为各行业的发展趋势，为各系统的核心设备提供运行环境的中心机房已成为整个系统的关键部位。机房的环境设备，包括供配电、UPS、空调、保安监控等设备，必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。否则，一旦中心机房环境设备出现故障，就可能影响计算机系统运行，造成数据传输或存储系统故障，更严重的还可能导致机房内设备严重故障，造成信息系统长时间瘫痪，后果不堪设想。

如何对机房环境设备进行有效管理，是计算机管理人员不可回避的问题。

本文提出采用TC65模块设计的机房无人职守监控系统，能对中心机房进行全面管理，实时监视各种设备的状态及参数，诊断设备运行情况。更重要的是该系统融合了中心机房管理的各方面要求，能有效地保障信息系统的安全运行。

1 硬件结构

无线机房监控系统是嵌入到一个工业控制系统中使用，同时综合考虑其他相关需求和功能扩展，因此选用AT91RM9200处理器作为系统的核心处理单元，外接西门子TC65 模块，作为整个系统的硬件平台。AT91RM9200是ATMEL公司生产的一款高性能的基于ARM架构到32位嵌入式的ARM9芯片，AT91RM9200是一款工业级到ARM9芯片，工作温度范围可达-40℃～85℃，存储温度-60℃～150℃。CPU内嵌16KB数据Cache和16KB指令Cache，带有MMU存储器关联单元，在180MHz时工作频率下运行速度可达200MIPS。芯片内嵌10M/100M自适应以太网口、USB2.0协议到USB HOST和Device接口，具有多媒体卡接口MCI，3个同步串口SSC，4个USART接口以及SPI接口等，最多可达122个可编程I/O口。图1是无线机房监控系统的总体硬件结构图。

图1 无线数据终端的总体硬件结构图

在图1所示的硬件结构中，TC65模块提供系统的无线数据通信链路，通过UART接口和AT91RM9200通信，实现数据的GSM短信收发。其中RS232接口可以和机房的精密空调、UPS以及重要主机的COM口连接，将设备的运行情况采集到系统中进行处理，nRF40接口接收无线热释电人体红外探头、无线温湿度、无线门磁、无线火灾烟雾等传感采集器的信息。无线通讯使用Nordic公司的单片收发芯片nRF401。这是一个为433MHz ISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片，它采用FSK调制解调技术。nRF401的最高工作速度可以达到20kbps，发射功率可调，最大为＋10dBm。天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线。该芯片具有待机模式，可以更省电和高效。nRF401的工作电压范围为2．7V～5．25V，发射电流约为8mA～18mA(—10dB输出)，接收电流约为10mA，待机电流为8μA。

其中，TC65应用了J2ME（Java 2 Micro Edition）技术，该模块的功能不再限于设备间的通讯，更实现了对应用设备的功能控制，可进行数据处理和通过AT指令进行控制，从而令应用设备实现“智能化”，内嵌TCP/IP协议，但资源更丰富：1.7Mb FLASH、400kb RAM，并提供GPIO、SPI、I2C、USB等各种外围接口。紧凑轻薄设计，支持GSM、GPRS网络和JAVA技术的TC65模块是远程监控等特例的理想选择。

2 软件平台

2.1修改内核源代码

修改内核源代码主要包括启动代码的修改、内核的链接及装入、参数传递和内核引导几个部分。Linux内核分为体系结构相关部分和体系结构无关部分。在Linux启动的第一阶段，内核与体系结构相关部分首先执行，它会完成硬件寄存器设置，内存映射等初始化工作。然后把控制权转给内核中与系统体系结构无关的部分。在移植工作中要修改的代码主要集中在与体系结构相关的部分。ARM芯片的体系结构在arch/arm目录下。首先根据芯片手册修改boot/init.S文件中的片选组基地址寄存器、DRAM存储配置寄存器、DRAM片选寄存器、中断屏蔽寄存器等。然后修改内核的链接及装入ELF。最后将系统中可用页面的数目、文件系统大小等信息以参数形式从启动代码传给内核，完成设置陷阱，初始化中断，初始化计时器，初始化控制台等一系列操作而使内核正常启动。系统主要完成对通过RS232接口和通过nRF40模块扩展的无线接口接收到的各种监控信息进行分类处理，将按照预先设定的报警程序和内容转换为AT指令交TC65进行发送。

2.2 AT指令介绍

AT 指 令 集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了对短信息的控制。对SMS的控制共有三种实现途径:Block模式、Text模式和PDU模式。Text比较简单，很多诺基亚手机都支持该模式。西门子的手机大多只支持PDU模式，PDU模式是发送或接收手机短信息的一种方法，短信息正文经过十六进制编码后被传送。本系统采用PDU来发送接收短信息，与SMS有关的常用AT指令见表1。

表1 与SMS有关的常用AT指令

3 系统实现

3.1系统结构设计

该系统主要实现两方面的功能，一是对机房内所布控的各种传感器的数据采集，二是无线数据通信，即通过TC65实现监控信息的传递和交互。无线传感器接收结构图如图2所示，系统主要有3个功能:

a)轮巡各个传感器或RS232接口的各种信息，并对接收返回的数据进行处理;

b)接收的数据与预先设定的条件对比判断是否发出报警信息;

c)接收SMS的查询请求，并按将查询请求的数据返回给查询人员。

3.2 软件设计

ARM芯片执行程序包括初始化与传感器循环检测主程序、定时器中断服务程序、操作TC65完成短信的发送程序LCD显示程序等。MCU顺序检测各通道报警传感器信息。当发现警情时，立即调用短信发送程序，将警情发送到用户接收设备。在各通道传感器检测完毕后，返回空闲模式。当定时器的定时时间到，退出空闲模式，执行定时器中断服务程序，然后进行下一次各通道传感器的检测。

图2 无线传感器接收结构图

3.3 SMS控制程序

GSM通讯模块的操作由单片机通过RS232接口并采用符合西门子公司的AT指令集编写的程序来实现。TC65发送短信的子程序流程见图5。短信发送结束，MCU将TC65通讯模块设置为掉电工作模式，然后返回主程序。

图3 短信息自动报警原理图

3.3.1自动短消息报警

正常情况下，机房各路监控信息都有一个初始状态，而当有异常情况发生时，系统应当立即启动报警装置。例如，机房温度偏高、电压波动异常、UPS工作状态异常、机房漏水等情况时，相应的传感器开关闭合，电路接通，产生一定的电流，通过控制模块检测到异常信号的来源，将对应信号通过无线传输到MCU中，由内部程序对异常信号进行分析，判断并记录下异常或故障部位，然后通过软件向GPS接收模块发送请求命令，按照程序设定的固定格式编写短信，将当前机房的异常情况等信息传送到GSM通信模块，继而通过GSM通信网发送到值班手机上。其报警原理如图3所示。整个报警过程都是在系统控制下自动完成的，不需任何人工干预，而且由于采用的是GSM短信方式，因此几乎不受任何时间，报警准确。

图4 自动短信息查询流程图

3.3.2自动短消息查询

当值班人员或机房管理人员需要远程了解机房当前情况时，可以通过的手机向机房监控系统发送查询指令，当监控系统的GSM通信模块接收到该指令后，便通过接口电路将该指令传送到MCU，由相应的控制程序对指令进行身份验证、指令验证等，如果指令正确，并且要求系统回复用户当前需查询的有关信息。如当温度超过额定值时，则由系统向GPS模块发出请求指令，调取当前无线温度传感器的信息，然后按照固定的格式自动编写短消息，通过GSM通信模块发送到用户手机上。其功能流程如图4所示。

4 结束语

本系统利用AT91RM9200作为MCU，利用nRF40接口实现了对无线传感器信息的采集，控制TC65实现了短信息的收发功能。由于系统主要依托覆盖率极高的GSM公共网络，利用现有的无线通信业务、短消息服务业务，因此几乎可以不受时间的限制，实现远程监控、信息服务等。实际应用证明，该系统稳定、可靠，报警准确、及时，查询方便、快捷，信息服务费用低廉。系统可以扩展到其它场所进行使用，具有广阔的应用前景。

本文的创新点是，通过nRF40实现短距离的传感器数据采集，利用GSM无线通信技术，以及嵌入式系统的控制技术相结合，实现了对机房监控的远程长距离的自动短消息报警和远程短消息查询。