Наглядный мониторинг большого числа обьектов (например, каналы IPTV) с помощью Arduino

в 12:18, , рубрики: arduino, diy или сделай сам, iptv

В данной статье я расскажу как реализовал свою давнюю задумку — наглядное отображение состояния иптв-каналов. Вообще изначально речь шла вообще о мониторинге — например, карта города, на нее расставлены светодиоды (в тех местах где находится оборудование), и глядя на эту карту всегда можно сразу наглядно увидеть — что где сломалось.
Но в моем случае речь идет именно про IPTV каналы.

Каналов этих у нас много, 160 штук почти, это не считая служебных, из которых например мультиплексируются федералка (т.е. берется например канал ТНТ с двух ресиверов расположенных в разных частях города (в идеале хочется конечно вообще из другого города), мультикастом приватными потоками пригоняются в мультиплексор, который уже выдает один публичный мультикаст, при этом при аварии одного из каналов автоматически переключает на резерв.

Естественно мониторинг программными средствами я наладил, т.е. наваял целый комплекс из, например, скриптов, которые пробегают все каналы — подписываются на них, проверяют есть ли ошибки в потоке, не слетела ли кодировка канала, пытается исправить их передергиванием кам-модулей (используется telnet, snmp) просто банально перезагрузка ресивера, если количество сбойнувших каналов идущих с него больше половины, естественно смс-ка мне обо всех значимых событиях. Еще к этому еще и собирается статистика по всей сети с стб-шек, со свичей, какие прошивки у народа, какие приставки, какие каналы и какие конкретно передачи больше всего смотрят люди (очень кстати любопытные данные).

Для наглядности есть программа которая в виде мозаики пробегается по каналам, или держит определенную
часть каналов на экране (все 160 каналов сами понимаете на один экран не умещаются, но 4х6=24 SD канала на компе с хорошим процом/видюхой/сетевухой — вполне реально).

В общем, программно то все это уже есть, но вот чтоб без компьютера и в виде светодиодиков — не было…
И тут я познакомился с Arduinо.
Сами наверно понимаете, к чему это привело.

Поскольку с паяльником я не дружил (да и сейчас не силен — но определенные подвижки уже надеюсь есть) и совсем не дружил с схемотехникой и т.п. — было мне тяжело поначалу (да и сейчас тоже), но в этом ведь и была цель — изучить новое, познать неведомое ранее. Я не буду подробно останавливаться как в процессе узнавал про такие вещи как сдвиговые регистры, озарения, как можно оказывается управлять целой матрицой светодиодов, используя такое явление как «динамическая индикация». Просто расскажу что получилось в итоге (а у меня получилось!).

кликабельно

Итак, я напаял на готовую прототипную плату матрицу из светодиодов 16х10, подключил их через 4 сдвиговых регистра 74HC595. Используется arduino и ethershield на enc28j60 для нее.
Получилось примерно вот такое (картинки кликабельны)

кликабельно

кликабельно

кликабельно

Код для среды разработки с версией 0.22 и библиотеки ethershield версии 1.1.
Уже на данный момент я точно знаю есть поновее, если вдруг захотите повторить — возможно придется адаптировать

#include "etherShield.h"

static uint8_t mymac[6] = {0x00,0x80,0x48,0x2d,0xf7,0x25};  // задаем mac-адрес девайса
static uint8_t myip[4] = {10,20,30,40};                   // ip-адрес 10.20.30.40

#define MYPORT 5555
#define BUFFER_SIZE 500
static uint8_t buf[BUFFER_SIZE+1];
static char number[7];


const byte clockPin = 7; //
const byte latchPin = 8; //  номера выходов ардуины для записи чисел в регистры
const byte dataPin =  9; //
 
const byte NumRegs = 4; // количество сдвиговых регистров
const byte NumCols=10;
const byte NumRows=16;

// паяльщик из меня тот еще - поэтому я старался паять чтоб было удобно, 
// а все неудобства переложил на программирование
// Вобщем я запаял 4 регистра, и к выходам регистров выводил либо строку, 
// либо колонку
// все выходы регистров последовательно (логически) пронумеровал от 1 до 32
// Поскольку мне понадобилось только 26 выходов (10+16) - припаял я ессно не все


byte Col_bits[NumCols] = {3,5,7,11,13,15,19,21,23,27};   
        // вот в этом массиве я указал соотношение колонок
        // к номеру выхода регистров, т.е. 1-я колонка 
        // светодиодов припаяна к 3 выходу регистров и т.д.

byte Row_bits[NumRows] = {32,30,28,26,24,22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2}; 
        // в этом массиве перечислены номера
        // выходов регистров отвечающих за строки
byte Regs[NumRegs];
int reg_n, bit_n, in_r, in_c;   //вспомогательные переменные, массивы. 
                                //Главное чтоб размер данных не был больше 2кбайт! ;)

                                // массив-матрица состояний сетодиодов
byte matrix[NumRows][NumCols]={{1,0,1,0,0,0,1,1,1,1}, 
                               {1,0,1,0,0,0,0,0,0,1},
                               {1,0,1,0,0,0,0,0,0,1},
                               {1,0,1,0,0,0,0,0,1,0},
                               {1,0,1,0,0,0,0,0,1,0},
                               {1,0,1,1,0,0,0,0,1,0},
                               {1,0,1,0,1,0,0,1,0,0},
                               {1,0,1,0,1,0,0,1,0,0},
                               {1,0,1,0,1,0,0,1,0,0},
                               {1,0,1,0,1,0,1,0,0,0},
                               {1,0,1,0,1,0,1,0,0,0},
                               {1,0,1,1,0,0,1,1,1,1},
                               {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
                               {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
                               {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0},
                               {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}};
 


EtherShield es=EtherShield();


void setup()
{

  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT); 
  pinMode(clockPin, OUTPUT);

  es.ES_enc28j60Init(mymac);                          // поднимаем сетевуху
  es.ES_init_ip_arp_udp_tcp(mymac,myip, MYPORT);      // открываем сокет
}

void loop()
{
  uint16_t plen, dat_p, ptr;

  while(1) 
  {
    burn_matrix(); 
        // вызываем функцию которая физически зажигает светодиоды из состояния в 
        // массиве она пробегает и зажигает их колонками (потом гасит). За счет того 
        // что это делается достаточно быстро и часто, человеческий глаз не успевает
        //  заметить что светодиоды гаснут - кажется что они горят постоянно

    // Здесь стандартно - read packet, handle ping and wait for a tcp packet:
    dat_p=es.ES_packetloop_icmp_tcp(buf,es.ES_enc28j60PacketReceive(BUFFER_SIZE, buf));

  
    /* dat_p will be unequal to zero if there is a valid request */
    if(dat_p == 0)
    { // no request
      continue;
    }

    // на всякий случаем делаем типа защиту от случайных данных пришедших по сети :)
    // реагируем только на сообщение начинающиеся на строку "IbZ "
    if (strncmp("IbZ ",(char *)&(buf[dat_p]),4)==0)
    {
      // начиная с 4-байта идут номера светодиодов которые надо зажечь
      ptr = dat_p+4;

      for(in_r=0; in_r < NumRows; in_r++)
      {
        for(in_c=0; in_c < NumCols; in_c++)
        {
          matrix[in_r][in_c] = 0; // сначала все гасим (не физически, а в массиве ;) )
        }
      }

      // начинаем парсить сообщение - каждый байт - номер светодиода 
      // который надо зажечь, конец сообщения - 0
      while(buf[ptr] != 0)
      {
        in_r = (buf[ptr]-1) % 16;
        in_c = (buf[ptr]-1) / 16;
        matrix[in_r][in_c] = 1;  // зажигаем светодиод в матрице
        ptr++;
      }

    }

  }
}



void burn_matrix()      
{    // функция для поджигания светодиодов - зажигает 1-ю колонку, гасит ее, 
     // поджигает 2-ю колонку, гасит ее и так далее до 10-й колонки

  for(int c = 0; c < NumCols; c++)
  {
    for(int i = 0; i < NumRegs; i++)
    {
      Regs[i]=255;
    }
    reg_n = (Col_bits[c]-1) / 8;
    bit_n = (Col_bits[c]-1) % 8;
    bitWrite(Regs[reg_n], bit_n, 0);

    for(int r = 0; r < NumRows; r++)
    {
        reg_n = (Row_bits[r]-1) / 8;
        bit_n = (Row_bits[r]-1) % 8;
        bitWrite(Regs[reg_n], bit_n, matrix[r][c]);
    }  
    registerWrite();
    delay(1);
  }
}

//это функция собственно записи в сдвиговые регистры-тот момент когда зажигаются светодиоды
void registerWrite() 
{
  digitalWrite(latchPin, LOW);
  for(int cur_reg = NumRegs-1; cur_reg >= 0; cur_reg-- )
  {
    shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, Regs[cur_reg]);
  }
  digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

Алгоритм простой: если канал перестает работать — сразу видно — начинает гореть и не гаснет светодиод.
Когда канал проверяется — светодиод горит, если все хорошо — светодиод тухнет, т.е. видно как бегает скрипт проверяющий каналы. Он запускается на сервере мониторинга раз в полчаса (на каждый канал уходит чуть больше 8 секунд), приватная федералка проверяется отдельно и здесь не отображается — в планах (к сожалению правда наверно уже неосуществимых :( ) сделать матрицу на большее число светодиодов, запустить несколько серверов мониторинга (распараллелить процесс, чтобы все каналы проверялись каждые 5-10 минут).

Здесь коротенькое видео:

Ну и как принято, примерная стоимость основных использованных материалов (в основном все куплено на ebay/китайшопах):

плата Breadboard Prototype PCB Print Circuit Board 18 x 30 ~$4
160 зеленых светодиодов 3мм меньше $5 можно найти
Arduino ~$16
ENC28J60 Ethernet Shield for Arduino Duemilanove/Uno ~$16
4 регистра 74HC595 ~$3
В общей сложности ~$45-50

Автор: IbZ

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля