计算机远程监控系统的技术研究

计算机远程监控系统的技术研究

谢建中

（新意（广州）电子科技有限公司，广州510620）

摘

要：计算机远程监控系统在生活、生产中得到了广泛的应用。本文应用嵌入式ARM为系统硬件平台，结合

Linux操作系统进行了设计。该系统主要应用于工业生产中，既可以满足远程监控的目标，又可以清除对人的伤害。系统采用B/S架构作为开发方式，给出了系统的总体方案，特别阐述了硬件平台和软件系统的开发和Web服务的实现。该系统的开发有着交较强的工程指导意义。

关键词：计算机监控；远程监控；ARM；嵌入式系统；Linux；Web服务

ReserchoftheTechnologyofComputerRemoteMonitoringsystemXIEJianzhong（Xinyi（Guangzhou）ElectronicTechnologyCo.,Ltd.,Guangzhou510620）

Abstract:Computerremotemonitoringsystemhasbeenwidelyappliedinlifeandproduction.Basedonembeddedhardware

platformwhichisanARMplatform,combinedwithLinuxoperatingsystemtheusageofremoteemonitoringsystemisde－signed.Thissystemismainlyusedinindustrialproductionwhichcanmeettheneedofremotemonitoringandeliminatingdangeroustopeople.Firstlysystemarchitectureischosen.B/Sstructureisadoptedasadevelopmentmode.Thentheoverallschemeofthesystemisexpoundedincludingthespecialhardwareplatformandsoftwaresystemdevelopment.FinallyWEBservicerealized.Thesystemofexploitationisofdeliveredstrongengineeringsignificance.

Keywords:computermonitor;Remotemonitoring;TheARM;Embeddedsystem;Linux;Webservices

1引言

随着科学技术的迅速发展，远程监控技术的重要性正在

务器网络结构中的数据库安全层层加锁，进行保护。客户程序在客户使用的计算机上运行，客户使用的计算机称之为客户机。当需要对数据库中的数据进行访问时，客户程序就自动寻找服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据规定的规则做出应答，送回结果。

B/S（Browser/server）结构就是浏览器/服务器结构。用户在客户端利用通用Web浏览器，以Web方式访问服务器，客户端根据某资源的URL统一资源定位符向Web服务器提出服务请求，Web服务器把数据文件传送给客户端，而客户端由HTM负责表示逻辑；服务端是Web服务器，通常使用各种访问数据库技术进行数据查询或处理；数据层是负责各种数据处理的数据库服务器。B/S是当前发展的趋势和潮流，结构的主要优点：

（1）“瘦客户端”使系统开放性得到很大改善，系统对访问的用户数的限制有所放松。

（2）系统具有良好的可扩展性，功能扩展只需在服务器上完成，所有客户端软件都不需要改动，避免了为多种不同操作系统开发同一应用系统的重复操作。

（3）系统发布与后期维护升级的工作量及开销小，在系统进行后期升级、改造时，只更新Web服务器上的程序即可。

（4）软件的安装、维护和升级容易，客户端只要拥有一个浏览器即可访问系统。

选择B/S架构作为系统的方案。

被人们所认识和重视。特别是随着工业规模化发展，生产设备的分布越来越分散，传统的现场监控系统已不能适应企业工业信息化的要求，基于网络的远程监控系统应运而生。远程监控系统是信息网络与工业控制网络结合的产物，它通过现场控制网络、企业内部网和Internet，把分布于各地的智能仪表系统互连起来，实现控制设备间的远程信息交互，完成远程监视与控制任务，实现对现场设备系统和现场监控系统的远端控制和管理，完成对生产状况的监控及设备的诊断维护等功能。

远程监控系统的研究不仅充分利用了现有资源，拓宽了因特网的利用范围，而且也使远程监控能够减少成本，扩大远程化距离，增加远程监控的灵活性，并使远程监控系统进入一般应用的领域（如家用电器远程监控领域），进一步方便人们的生活。本文设计的监控系统主要是在工业控制方面，对温度与湿度进行采集的一个系统，可广泛应用于工业生产中。

2系统的架构分析与选择

传统的C/S模式体系结构最初出现在80年代，由服务器

和客户机组成。服务器负责管理数据库的访问，为多个客户程序管理数据，对数据库进行检索和排序，此要对客户机/服本文收稿日期：2010-02-15

3系统总体方案设计

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COMPUTINGSECURITYTECHNIQUES

系统的解决方案是32位微处理器＋RTOS。设计网络监控系统的目标是采用标准的网络协议、模块化结构将传感器和网络技术有机地结合起来。在嵌入式计算机上，敏感元件输出的模拟信号经A/D转换及数据处理后，由嵌入式计算机应用程序经过转化和TCP/IP打包，将其封装成数据帧，通过网络接口传输到网络上。网络远程监控系统也可以接收网络上的其他节点，系统的基本结构如图1。

网络接口

微处理器

驱动程序

TCP/IP

实时操作系统Linux信号处理模块

数据采集模块交流电流互感器A/D转换电路湿度传感器

温度传感器

图1基于Web的监控系统

数据采集所对应的目标来自传感器，该模块首先需要选择的芯片就是传感器。传感器选择的是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式温度/湿度传感器SHT10。

由于SHT10使用的是串行总线，其外围电路设计的简单，可以自行设计基于串行总线的外设，在设计数字量控制模块时使用的是74LS164移位寄存器，它是一个8位的串入并出寄存器，使用十分方便，但74LS164并没有输出锁存，在移位传送数据的过程中每串入8位数据，8路并出口的状态都会发生改变，所以在74LS164的8输出线上另加一片73LS573用于锁存74LS164的输出，在编写驱动时每向74LS164传输完8位数据时使能74LS573的数据选通引脚，将数据锁存在74LS573的输出引脚，这样便能稳定地改变8路数字量输出状态。

模拟量的输出需要使用D/A转换芯片。所选用的D/A转换芯片为ADI公司生产的AD53OS.AD5308是一款基于SPI总线的逐次比较型8位D/A转换芯片无需其他辅助芯片，只需将数据线和时钟线接入总线即可。3.1系统硬件设计

嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心，它直接决定了整个系统的性能。基于ARM微处理器的嵌入式系统具有实时性高、代码规模小、执行速度快；专用紧凑，用途固定、成本低廉;可靠性高；功耗小等特点。具体到某个设计，需要根据用户需求选择各个功能模块的最佳核心芯片、系统的最佳存储方式和最佳控制方式，尤其是主控芯片和重要外设芯片的选择。这是设计阶段要走的第一步，也是最重要的一步。根据嵌入式工业网络控制器的功能，以及基于系统的可靠性、稳定性及可扩展性考虑，系统硬件采用主板＋接口板的设计架构。

计算机安全技术

其中主板包括：ARM核心S3C2440A（这里应用QQ2443的开发板，已经将微处理器嵌入其中）、NANDFLASH、SDRAM（SynchronousDynamicRandomAccessMemory）、JTAG（JointTestActionGroup）接口、以太网通信模块；接口板包括：RS-232串口通信模块、电源模块、复位看门狗电

RS232

以太网转换器

QQ混频器

LPF放大/整形

测低通滤波器

频

2440RS232V3

接口

modem传感器

接口

图2系统硬件组成

路模块。主要的系统硬件组成如图2所示。3.2低成本多路交流整流电路

由于有多达16路的交流电流互感器的电流测量输入通道，而通常的全波交流整流电路需要两个运算放大器。从降低成本的角度出发，设计了一个低成本的有源半波整流电路，既避免了使用运算放大器，又克服了无源半波整流电路中由于二级管的较高的压降导致的误差。

具体电路如图3所示，是在无源半波整流电路中，加入三极管T1，利用三极管T1饱和导通时的压降（约为低于0.1V）比二极管的压降低很多的特性，把交流输入的正半周波形完整地传送到取样电阻R1；而负半周波形电流由D2释放和被D1截止不能到达R1，实现半波整流。同时选择较大的

+5V

R2

1MT1

R3

Output

CT

D1D2

R1C1

10

图3有源半波整流电路

R2使得它的静态电流导致的误差，符合测量精度的要求。经过验证证明该电路性能良好，满足设计要求。

4系统软件的开发

4.1嵌入式系统的选择与裁剪

嵌入式实时操作系统统一管理系统中的软硬件资源，是

整个嵌入式系统的核心。其内核是操作系统的主要组成部分，负责管理各进程的创建、删除、调度，及进程间的并发控制和通信。当前存在众多的嵌入式操作系统，其中具有代

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电脑编程技巧与维护

表性的如Vxwork、WindowsCE，pSOS和Neculeus、Linux等。在其中Linux是一个类似于Unix的操作系统。Linux从1991年问世到现在，短短10年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统。Linux系统不仅能够运行于PC平台，还在嵌入式系统方面大放光芒，在各种嵌入式LinuxOS迅速发展的状况下，LinuxOS逐渐形成了可与WindowsCE等EOS（ElectroOpticalSystem）进行抗衡的局面。目前正在开发的嵌入式系统中，49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux现已成为嵌入式操作的理想选择。在此采用Linux作为系统平台。模块是Linux操作系统中一个比较独特的机制，它是在内核空间运行的程序，实际上是一种目标对象文件，没有链接，不能独立运行，但是其代码可以在运行时链接到系统，或者作为内核的一部分，或者从内核中取下。修改内核时，不必全部重新编译整个内核，可节省时间。需要使用新模块只要编译相应的模块，然后使用特定的用户空间的程序将程序模块插入即可。本系统对该系统进行了裁减，以满足系统的需要同时节省必要的空间。4.2嵌入式系统的移植

BootLoader是系统加电后运行的第一段软件代码。由PC的体系结构可知，PC机中的引导加载程序由BIOS（其实质就是一段固件程序）和位于硬盘MBR中的引导程序一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的引导程序读到系统的RAM中，然后将控制权交给引导程序。引导程序的主要任务就是将内核映像从硬盘读到RAM中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。嵌入式系统中，没有像BIOS那样的固件程序，整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。这个过程主要是：

（1）在PC平台上编译使用ARM(S3C2410)的Linux内核；（2）将内核移植到目标板(本平台)上；（3）验证内核是否可以在目标板上正常工作。

间隔向服务器重发采集指令，以获得新的数据。定时刷新的数量级是秒，可以使用户看到数据的变化，但不能满足实时性的要求，会漏掉大量的中间数据。建立TCP连接就是通过在网页中嵌入ActiveX控件或JavaApplet小程序增强客户机的功能。文中选择JavaApplet实现了传感器数据的远程实时采集，以组件的方式嵌入到网页中，当用户浏览器访问传感器中的服务器时，下载其内嵌的Applet，然后通过浏览器设定采样长度、采样频率等有关参数，通过GET命令传给内嵌Web服务器；当Web服务器收到命令时，启动信号采集，把采集到的数据放到数据缓冲区中。

6结语

文中研究设计了基于网络的嵌入式远程监控系统。它涉

及计算机、控制算法以及网络控制理论等多学科知识，同时包括多个现场监控子系统，在设计过程中，涉及到现场设备层，又要兼顾到各种系统的融合及系统未来的扩展。在本系统中，用户通过Internet网络利用IE浏览器即可进行远程监控，系统实现了实时电压采集、系统时间设置和系统重启的功能。该系统已经在实验室机房运行测试，效果良好，运行结果表明了系统稳定可靠，使用简单方便。

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报，2007，Vol.8(2)：121-123.作者简介

谢建中，男（1969-），本科，半导体物理与器件，工程师，研究方向：计算机远程监控技术的软/硬件开发研究。

5Web服务与系统功能

Web服务器作为系统的用户程序运行在现场设备端，接受监控端的各种请求，一方面采集设备的运行信息发送给浏览器，也根据监控端的要求向现场设备发送控制信息。

基于请求/响应模式下一次采集请求只能得到一组数据，如要实现连续数据采集，一般可以采用客户端牵引或者建立TCP连接。前者是在网页中插入定时刷新功能，按设定的时间

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第115页）

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作者简介

曾华强，男（1973-），实验师，在职研究生，主要从事计算机应用，实验室建设与管理工作。

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