機房溫濕度監控系統研究

羅蘭溪+王良之+王云飛+曹鑫+熊學鋒+彭小慶

【摘要】 機房對溫濕度等環境要求十分嚴格，溫濕度等環境的變化可能引發機房設備的不正常工作，嚴重時甚至會造成機房設備受損，帶來巨大的經濟財產損失。可見保持機房內適宜的溫濕度環境對機房設備的安全可靠運行十分必要，本文對此進行了探討和研究。

【關鍵詞】 分布式系統 無線傳感器 監控系統

引言：為保證機房的安全，需要溫濕度監控系統適時進行監測。CAN網絡即控制器局域網屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡，這種方式穩定性比較高。但是隨著網絡機房增多，地理位置分散，設備的不斷增多。通過傳感器和無線網絡的結合，可以使復雜多處的網絡機房溫濕度監控系統環境變得簡單、靈活、技能、便于維護。因此，分布式控制系統與無線網絡相結合更符合現在機房的監控管理。

一、分布式控制系統

由多臺計算機分別控制生產過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數據、集中管理和集中控制的自動控制系統。分布式控制系統采用微處理機分別控制各個回路，而用中小型工業控制計算機或高性能的微處理機實施上一級的控制。各回路之間和上下級之間通過高速數據通道交換信息。分布式控制系統具有數據獲取、直接數字控制、人機交互以及監控和管理等功能。分布式控制系統是在計算機監督控制系統、直接數字控制系統和計算機多級控制系統的基礎上發展起來的，是身纏過程的一種比較完善的控制與管理系統。在分布式控制系統中，按地區把微處理機安裝在測量裝置與控制執行機構附近，將控制功能盡可能分賽，管理功能相對集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會由于計算機的故障而使整個系統失去控制。當管理級發生故障時，過程控制級（控制回路）扔具有獨立控制能力，個別控制回路發生故障時也不致影響全局。

二、分布式系統的特點

1）高可靠性：由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構改用容錯設計，因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外，由于系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。2）開放性：DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各臺計算機采用局域網方式通信，實現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其它計算機的工作。3）靈活性：通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法選擇使用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形形成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。4）易于維護：功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排出故障。5）協調性：各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，已完成控制系統的總體功能和優化處理。6）控制控能齊全：控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

三、溫濕度監控系統

網絡機房溫濕度監控系統主要是將多處的網絡機房中的溫濕度數據通過傳感器采集，然后結合Zigbee網絡連接，將數據傳送到控制機房，提醒管理員及時的處理，同時利用Zigbee網絡具有雙向通信的特點，將中心監控機房處理后的信息生成控制指令通過無線網絡反饋給遠程的受控節點，從而形成一閉環的控制系統。Zigbee技術組建機房溫濕度監控網絡，具有低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本的特點。現在無線傳感器網絡路由協議很多，每個協議更具自己的特點適應于不同的網絡環境。

四、無線傳感器節點

無線傳感器網絡的基礎是無線傳感器節點，它主要的任務是對數據的傳感和預處理，重要的組成部分有傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊。傳感器模塊主要用于感知和采集監測區域內環境信息；處理器模塊用于對整個節點的模塊控制和對采集接收的數據進行處理；無線通信模塊主要負責接收和發送數據，讓節點之間無線通信；電源模塊為各個模塊提供電能。由于Zigbee的傳輸速率低，因此使用AA電池供電，估算靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間。

五、溫濕度模塊

溫濕度模塊經過從抗干擾能力、相應速度、價格等方面綜合考慮，選擇SHT11溫濕度傳感器，SHT11屬于傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出標定的數字信號，采用CMOSensOR技術確保產品的穩定性和可靠性。同時還集成一個電容式聚合體測濕元件和能隙式測溫元件，與14位的A/D轉換器、信號調理器、CRC發生器、總線接口等模塊。

六、雙向控制節點

由于Zigbee網絡具有雙向性通信特點，機房控制溫濕度主要通過空調來控制，監控管理人員可以把對空調的控制命令通過對網絡傳遞到Zigbee網絡中，然后通過轉化成對應的遙控紅外控制命令。由于紅外控制會增加CC2530的負載，從而直接影響Zigbee網絡通信，因此，我們選擇AT89S8952單片機，它任務是通過紅外線通道學習機房空調的遙控器紅外命令，并將命令存儲到EEPROM中，并且通過串口來通CC2530交換數據。當本系統正常運行，當模塊接收到來自Zigbee網絡傳來的空調控制指令，將其轉換成紅外發送命令，從EEPROM讀取數據，按照這些數據規定的脈寬參數控制紅外發射管發送紅外線。從而完成空調的控制。

七、系統軟件設計

系統軟件主要設計了數據接收節點程序以及溫濕度采集節點程序，溫濕度采集結點程序目的是將傳感器采集到的溫濕度數據，通過無線傳送到數據節點，數據節點接收到信息后，將數據傳送到計算機中存儲，發現問題及時報警。監控人員處理后又將結果傳回通過單片機控制溫濕度。

結束語：分布式控制系統穩定性比較高，無線傳感器網絡技術成本低、功耗低。二者相結合，可以更好的應用于目前機房的多地話，不僅對溫度、濕度數據實現了實時的監控、采集、分析、控制，同時解決了傳統的工作方式帶來的各種弊端，實現了全網監控的目的。

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