机房环境监控的研究

肖永生 廉诗阳

北京电子科技职业学院 北京 100029

在以计算机网络技术为代表的信息时代，计算机网络已经成为我们学习、工作和生活中不可缺少的部分，特别是在高校、机关和企业显得更为重要，良好的机房环境是网络系统安全稳定运行的重要保证。

1 机房环境的要求

机房是校园网络的中心，机房环境是保证网络良好运行的重要条件，机房环境主要包括机房温湿度、供电、门禁、烟雾、漏水等指标。

1.1 机房温湿度要求

机房温度过高或过低都会影响网络设备中集成芯片的工作参数，降低时序的准确性，造成系统工作的不稳定性，而且温度的变化会产生机械变形，严重时会引起集成电路引脚断路。

机房环境湿度对网络设备的影响不能忽视，湿度过低，易产生静电，造成干扰，严重时会引起设备电路芯片击穿，导致设备损坏；湿度过高，设备插接件接触电阻增大，引起氧化、锈蚀，降低使用寿命。当湿度超过80%时有雾化的危险，问题会更加严重。

适合的温湿度是机房运行的重要条件之一，表1为国标GB 2887-89规定的机房环境要求。

表1 机房温湿度的要求

1.2 机房防水要求

机房防止漏水是机房建设与运行的重要内容，因此机房需要安装漏水检测设备，在机房建设中有水管道不能经过机房，当机房意外发生漏水情况时要及时处理，机房管理员要迅速到达现场。

1.3 机房供电要求

机房对于供电要求很高，机房通常安装有UPS供电系统，但一般UPS的供电时间不超过1小时。尽管电池容量足够大，一旦机房掉电，空调将停止运行，机房温度会迅速上升，导致网络设备过热强制关闭，严重时会造成系统崩溃，因此要求在机房掉电时，首先要告知机房管理员，并在规定时间内按程序关闭机房设备。

1.4 机房防火防盗要求

机房防火防盗是安防的重要内容，监控系统中含烟雾检测和门禁检测，当机房产生烟雾或在非工作时间进入机房时将启动报警系统。

2 机房监控系统设计

机房监控系统包括控制机、传感器以及与主机的通讯。以下讲述以单片机STC10F04为中心的环境监控系统，包括传感器、手机和服务器。传感器负责环境参数检测，手机用于系统设置和短信报警，服务器用于接收监控机的信息(如图1所示)。

图1 机房监控系统组成

2.1 机房温度测量

机房温度采用集成一线数字温度传感器电路18B20。所谓一线传感器就是只用一条信号线与CPU进行通讯，控制信号、读信号、写信号等都是通过一条线进行传输，由于传输的是数字信号，所以具有抗干扰能力强、传输距离远的特点。图2是18B20的连接图和引脚定义。

图2 一线传感器18B20接线图

DS18B20引脚：DQ为数字信号输入/输出端；可以和单片机的I/O口连接。GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。

2.2 机房湿度测量

测量湿度有很多方法，本实例采用高灵敏度的电容传感器HS1101(如图3所示)和555电路组成振荡器。当湿度上升时，HS1101的电容增大，振荡频率降低，反之频率上升，因此可以通过振荡频率的变化反映湿度的变化(如图4所示)。

图3 湿度传感器HS1101接线图

图4 湿度传感器振荡频率与湿度的关系

设x为频率，y为湿度；x0是湿度y0=0的频率值，即最高频率，(x1，y1)和(x2，y2)是两个测量值，即频率为x1时的湿度是y1，频率为x2时的湿度是y2。则：

(x2-x1)/(y2-y1)=(x0-x)/(y0-y)

y=-(x0-x)/k

这是典型的点斜式线性方程，只需调整x0和k的值就可以接近湿度变化曲线。用x0调整初值，用k调整变化的速度。在实际测量中，不同批次的湿度传感器HS1101，其电容值可能会有一些差异，调试时可以先显示振荡频率，再初定初值，确定比例系数k值，湿度测量电路性能的稳定性与振荡电路元件的精度和稳定度有关。

2.3 机房漏水测量

漏水检测值是通过水的导电性得出的。将测量电路的两个极与地面接触，没有水时电阻为高阻，有水时电阻减小，一般为100 K。用单片机的I/O口测量时，需要将其端口设置为高阻状态，接1 M的上拉电阻，否则100 K的电阻不足以将端口拉低。当干燥时I/O口读到的是高电平，当有水时端口为低电平。因为漏水检测的线路比较长，电阻又比较大，为防止电磁干扰，应并接104 u的电容短路电磁波。

2.4 机房供电测量

当机房掉电时，监控主机要在后备电源下工作，可以用机房的UPS或自备充电电池。测量时在供电端产生5 V电压，并联1 K的负载电阻，接入单片机的I/O口，当掉电时测量电压从5 V变为0 V，1 K电阻将端口拉低，正常时端口为高电平。

2.5 机房烟雾测量

测量烟雾有多种方法，常见的有离子型、光电型和半导体型。离子型是通过专用集成电路，如MC14468+HIS-09，其优点是电流小，缺点是有辐射，而且制作要求高，因此较少使用。光电型是通过红外收发而实现的，一种是通过烟雾粒子的折射产生报警，一种是通过烟雾阻断红外线进行报警。红外检测的优点是节能环保，缺点是灵敏度低，需要定期除尘维护。半导体型是通过烟雾加速电子流的方式进行报警，优点是灵敏度高，使用方便，缺点是工作电流大，典型的传感器是MQ2，加热阻值31 Ω，电压5 V，工作电流180 mA(如图5所示)。

图5 烟雾传感器MQ2接线图

烟雾传感器电路中R2是灵敏度调节电阻，调节R2的值可以改变三极管的开关电压，晶体管的输出接入单片机I/O口。平时输出高电平，当有烟雾时输出低电平，系统报警。如果需要声音报警，可以在电源正极与三极管的集电极间接蜂鸣器。

2.6 机房门禁检测

机房门禁在非工作时间有人进入机房时进行报警，传感器采用的是热释电红外传感器(如图6所示，其中集成电路BIS0001引脚功能见表2)，人体体温约36℃，发出波长约10 μm左右的红外线。热释电红外传感器靠探测人体发射的红外线进行工作。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，热释电红外人体感应器需安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器上，从而提高传感器的灵敏度，扩大监视范围。当人体移动通过红外辐射灵敏区和盲区时，产生脉冲信号，若人体在传感器前不动则不会有输出。

图6 热释电传感器接线图

表2 集成电路BIS0001引脚功能

工作电路是两级低频交流运行放大，C3和C2是高通，C4和C1是低通，第一级放大倍数是1+R2/R1，第二级放大倍数是R3/R4，R1小运放1放大倍数高(原47 K)，R3大运放2放大倍数高(原1 M)，R4小运放2放大倍数高，灵敏度可根据要求调节，感应距离一般6～8米，电源要稳定，一般要加小电流精密稳压HT7133。

3 手机短信报警

手机短信报警具有及时准确的特点，可以将单片机通过接口与手机连接，建议采用标准手机，因为标准手机有上网允许证，但这需要了解手机的接口规则和操作指令。

很多手机可以与计算机通讯，本实验采用的是西门子手机(西门子手机接口定义为：1—正极，2—负极，3—输出，4—输入)，通讯波率是19 200。

手机短信操作AT指令的基本用法：

测试命令是在“=”后打“?”，例如AT+CMGF=？显示支持的模式。

读取命令是在指令后输入“?”，例如AT+CMGF? 则列出当前设置。

执行命令，一般是在指令后加“=”及命令参数，例如AT+CMGF=1。

有些命令是直接执行，例如：ATE0关闭回显、ATE1打开回显。

常用AT指令：

AT+CGSN 得到序列号(IMEI)

AT+CIMI 得到手机IMSI号码

AT+CSCS 获取、设置当前字符集。可设置为GSM或UCS2

AT+CCLK 获取设置手机时钟

AT+CSCA 短信中心号码

AT+CPMS 选择短信储存地点。可选择ME(SIM卡)或MT(机身)

AT+CMGL 列出短信息，0—未读，1—已读，2—待发，3—已发，4—全部的

AT+CMGR 列出指定序号的短信

AT+CMGS 发送短信

AT+CMGD 删除指定的短信

AT+CMGF 短信格式。分为Text模式1和PDU模式0

AT+CMGW 向SIM内存中写入待发的短信

AT+CMSS 从SIN|M内存中发送短信

AT+CNMI 设置新短信通知计算机(显示新收到的短信)

AT+IPR? 显示串口波特率，AT+IPR=19200 设置串口波特率为19200

ATD打电话，ATA接电话，ATH挂电话，例：ATD13901234567。

实际测试可以打开计算机的超级终端，设置19200波特率，键入AT，如果返回OK，则连接正常，可以执行ATE1命令打开回显。图7是手机接入计算机超级终端操作截图。

图7 手机接入计算机超级终端操作

At+cmgf是设置格式，当前是模式0(PDU)，可以设置的值是0或1；at+csca显示短信中心号码，at+cmgr=1是读短信。接收的信息码是：0891683108100005F0040D91683196536104F20008 2190215134222308828265E55FEB4E50，其中0891是中心号长度和类型；683108100005F0是服务中心号；04PDU是文件头；0D91是主叫号长度和类型；683196536104F2是发者号码；00是协议标识；08是编码类型；219021代表日期，2012年9月12；513422表示时间；23是时区；08是短信字节数(16进制)；828265E55FEB4E50是PDU编码：节日快乐。如果要通过短信进行系统设置，就需要从短信内容的编码中解出语意，执行相应的操作。

如果要发送一条短信，也要按照编码的规定进行编排，例如要发送“机房掉电”4个字，需要执行“at+cmgs=23”,13,10

"0891683108100005F011000D91683116310380F60 008AA08673A623F63897535",1AH，其中：

命令“at+cmgs=23”中的23是短信中心号码以后的字节数；0891是长度和类型，683108100005F0是中心号，11是文件头，00是自动加主叫号，0D91是被叫号长度和类型，683116310380F6是收者号码，00是协议标识，08是编码类型，AA是保留4天，08是发送字节数，后边673A623F63897535是内容“机房掉电”，一个汉字占4位，最后的1AH是结束标志(CTRL^Z)。

4 结束语

分析了环境参数对机房运行的影响，并讲述了基本环境参数的检测方法，给出了具体的电路和分析，讲解了应用手机进行短信报警的基本方法，希望能对读者有所帮助。

[1]黄勤.单片机原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2010.

[2]罗学恒.单片机实践与应用[M].北京:电子工业出版社,2010.

[3]王建.实用单片机技术[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2012.