基于嵌入式Ｗｅｂ的機房監控系統設計與實現

摘要：該文采用嵌入式技術、無線傳輸技術、網絡傳輸技術、數據采集及現場控制技術和Internet/Web技術，設計基于嵌入式Web的機房環境監控系統。

關鍵詞：嵌入式Web服務器；無線數據采集；實時；CGI

中圖分類號：TP308文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)34-1803-02

Based on Embedded Room of the Web Design and Implementation Monitoring System

HE Hai-yan

(Anhui Radio， Film and Television Institute of Vocational Technology， Hefei 230022， China)

Abstract: This literary grace use embedded technology， wireless technology， network technology， data acquisition and control of on-site technology and Internet / web technology， design the room environment monitoring system based on embedded web.

Key words: embedded web server; wireless data acquisition; on-site; CGI

1 引言

隨著計算機和網絡技術的普及，計算機系統的數量與日俱增，計算機機房已成為各大型單位的信息樞紐。機房中的環境設備（如空調、UPS電源、配電柜、消防設備等）為網絡系統的安全運行提供了環境保障。同時，環境設備自身的安全運行，也成為機房管理的重要內容之一。一旦機房的環境設備出現故障，就會直接影響計算機系統的正常運行，嚴重的還會造成機房內的相關設備損壞，甚至導致網絡系統癱瘓。因此，對機房環境設備的運行狀態進行實時監控，是保證機房設備安全運行的關鍵措施。

2 系統需求分析

機房環境的監控主要涉及以下幾個方面的內容：對配電系統、UPS系統、空調系統工作狀態的監視；對機房的溫濕度、生活用水和供暖制冷系統漏水情況等進行監測、報警，以及對門禁系統、消防系統、保安系統等的管理。由于這些環境設備是連續工作的，因此要求監控系統也必須是長時間連續工作的。這樣就對系統設計的可靠性、安全性、可維護性等方面提出了更高的要求，具體表現在以下幾個方面：

1) 高可靠性。要求監控系統可長時間不間斷運行，無故障運行時間要長，且系統的維護快速簡便。

2) 高安全性。系統應能夠提供多種安全保護措施，對異常狀態進行分析、記錄、及時報警，以便讓管理人員能夠盡快了解所發生的情況并及時處理。

3) 較強的實時性。監控系統對信息的傳輸要及時，不能有過大的延時，否則難以及時跟蹤被監控對象的當前狀況。

4) 易用性和易維護性。機房環境設備監控系統，應以GUI的方式提供良好的人機界面，便于人機交互。同時，監控系統要有通用性和靈活性，即可以在對系統進行少量修改或擴充就可增加新的監控系統，擴充監測點數，以滿足新的監控要求。

5) 豐富的系統功能。要求監控系統不僅能夠提供一般的報警功能，對采集的當前數據進行記錄，并以圖形方式對環境設備運行狀態和參數進行直觀顯示。

3 機房監控系統的總體設計

3.1 設計重點

基于對遠程監控系統的需求分析，進行系統設計時我們重點考慮如下幾種因素：

首先，現場總線與數據網的互聯問題。由于被監控對象的信號種類較多，所采用的現場總線標準各異，因此不同總線標準之間的轉換以及現場總線與數據網之間的互聯是系統設計時需要重點考慮的問題。

其次，實時性要求是遠程監控網絡系統區別于普通網絡系統的基本特征。如果監控系統的實時性得不到保障，現場監控就失去了實用價值。

第三，為滿足監控系統的高可靠性要求，應對硬件系統和軟件系統明確分工，進行協同設計。

第四，根據遠程連接方式不同，需要采用不同的安全措施以保證信息的安全傳輸。

3.2 系統的功能設計

監控系統的基本功能包括：現場數據的實時采集、發送和顯示；對采集到的數據進行處理和存儲；對數據處理的結果進行分析、判斷和報警；提供多種業務支持功能。

3.2.1 實時數據采集

實時數據采集是實施系統監控的基礎。在環境設備的監控系統中，需要實時采集的數據主要包括高低壓配電系統及UPS電源的電壓、電流、電源開關狀態等參數，空調機的冷熱水溫度、流量、送風量、送風溫度、新風量等狀態參數，以及機房內部的環境參數（如溫度、濕度、水浸、煙感、門禁等）。不同的參數采用的總線標準不同（如RS232/485總線、Lonworks總線），只有把它們統一到TCP/IP協議上，才能實現真正意義上的遠程監控。

3.2.2 報警功能

報警是監控系統的基本功能之一。監控系統對采集到的數據進行分析、處理，如果發現相關數據超限、數據異常，則說明環境設備出現異常情況，此時應發出相應報警。設計報警功能時，需要考慮被監控對象的自身特性、優先級別等因素，對多個報警信號進行加權處理，以保證系統的所有重要報警都能被及時處理。

3.2.3 多種業務支持功能

靈活的查詢和豐富的報表功能是對監控系統基本功能的擴展。通過對設備運行狀態的實時數據、歷史數據進行對比分析，從不同角度向管理者提供設備運行和維護信息，為設備的維護、更新、改造等質量管理提供可靠依據。

3.3 具體方案

3.3.1 采集功能部分

根據采集信號的類型劃分為：模擬量與數字量，對信號的處理采用兩種方式：采集與控制。考慮信號分類及處理方式不同，對數字信號我們采用無線采集，模擬信號采用有線，控制信號與采集信號采用不同通道分別處理。采用這樣方式，主要是基于監控系統的安全性與可靠性要求。

3.3.2 監控功能部分

實時性是遠程監控的基本特征，遠程用戶要實時掌握機房現狀，意味用戶端的數據要不斷更新，現有監控系統較多采用C/S模式實現此過程。這會帶來我們引言部分所說的問題：客戶端需要特定的應用軟件及產生相應不便。為克服C/S系統的不足，我們設計時使用B/S模式，同時為克服B/S模式的不足，采用Java applet技術設計實時監控。

3.3.3 通用性及支持功能部分

基于系統通用性和靈活性考慮，采用微控制器作為系統中央處理單元，整個系統在應用成本上有很大下降。另外系統結構可作為其它系統子系統，構成新應用。圖1所示即為系統功能的擴充。

基于功能分析，我們給出系統的總體結構框圖如圖2所示。

1) 無線數據采集系統

使用無線發射模塊PT2262對采集信號進行無線發射，利用接收電路對信號進行采集。通過PIC16F877對無線接收信號采用軟件解碼。最終將解碼后信號輸入MCU的P1.0~P1.7，完成數據采集。實現一個接收模塊采集多個數據。

2) 嵌入式web server

基于嵌入式Web的機房環境監控系統軟件結構采用瀏覽器/服務器（B/S）和客戶端與服務器端（C/S）相結合的結構，客戶端可使用IE瀏覽器，服務器基于TCP/IP協議棧實現HTTP Web服務。測控功能通過CGI程序實現，即客戶端通過HTTP協議發出請求，該請求到達Web服務器，服務器執行相應的CGI程序采集數據，Web服務器將結果發回客戶。圖像、聲音及動畫等多媒體數據的處理是通過嵌入在頁面中的Java Applet程序來實現交互功能。數據的采集采用單芯片實現多個發射模塊的無線接收。

3.4 軟件設計

由于MCU的輸入輸出接口的定義，即提供外接模擬量與數字量接口，可以在IDE的mn_userconst()中可以定義完成，所以系統的軟件設計就側重于遠程服務功能的實現上。

軟件設計的思路是對系統采取多層結構設計結構。此方案使軟件開發變得非常便捷，高效。在程序設計時，將頁面設計和代碼設計有效的分離，代碼編寫、頁面設計同時進行。層設計中，各個層之間的分工明確，各個層之間通過有效的協作來完成系統的高效運行。客戶端頁面用于接收、顯示數據、控制的工作，它要通過與CGI協作來完成與server的交互。server程序設計用于數據采集、控制、客戶服務。也是通過CGI與客戶端交互。系統數據流如圖3所示。（下轉第1806頁）

（上接第1804頁）

3.5 集成調試

通過軟硬件調試后，將整個系統各接口連接，進行系統各功能驗證實驗。最終達到我們設計目標，檢測參數與現場吻合、控制迅速。

參考文獻：

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