基于组态的网络中心机房远程监控系统的设计

祝 虹，吉承平

(扬州职业大学，江苏 扬州 225009)

0 引言

网络中心机房是学校校园网的核心和枢纽，机房内网络设备的运行状况直接影响到学校的教学、科研等各项工作的顺利进行。中心机房内的网络设备是由易受环境条件影响的精密电子设备、机电设备组成，如果机房环境不能满足这些设备的使用要求，就会加速设备元器件及材料的老化，降低设备的可靠性，缩短设备的使用寿命。本文针对网络中心机房对环境需求的特殊性以及机房自身的重要性，设计了基于组态的网络中心机房远程监控系统。

组态源自英文“Configuration”，有配置的含义[1-5]，它是运用软件工具对计算机和软件进行配置，达到满足用户使用需求的目的。本文设计的机房监控系统通过对各种参数的组态配置，实现了对中心机房环境参数及各种网络设备的监测、控制，同时通过网络将各种参数发送到监测中心进行显示与存储，使得网管员能快速、及时地对机房中的网络设备进行远程巡检、控制、管理与维护。

1 需求分析

机房测控系统需要实现数据采集、空调自动控制、照明控制、远程监控等功能。

(1)进行机房内温湿度等环境信息和供电电压的数据采集，将采集到的各项参数与预先设定的正常值进行比较，非正常情况下系统报警。

(2)机房内网络设备较多，散热量大，空调需要24小时不间断工作。如果空调发生故障不能制冷，应立即重新启动空调电源，并报警。

(3)从节约能源方面考虑，对机房内的照明灯实现检测和控制。若网管员不在机房，而照明灯没有关闭，可通过远程控制将灯关闭。

(4)系统将采集到的设备状态、环境参数等信息发送到监控中心显示与保存，使得网管员能实时监控机房内发生的各种情况。

2 体系结构

图1 系统结构图

系统结构设计如图1所示，监控系统分为监控服务器和测控终端两部分。监控服务器放置在网络中心机房内，负责收集机房内的环境参数、设备状态参数等，将收集到的参数以数字、曲线图等形式显示，并将信息存入数据库备查;测控终端包括控制器硬件及相应的测控软件。在机房内设置些采集点，负责采集机房的温湿度等参数，将采集结果显示在液晶上，并将测量参数与预先设定的值(温度预设为18℃ ～22℃，湿度预设为50% ～60%)进行比较，如果测到的参数值超出预设范围，进行声光报警，自动控制相应的受控设备进行处理、改善，使其回归到正常范围，并将采集到的各项参数发送到监控中心，显示和存储。

3 硬件选择与接口电路设计

本监控系统的测控硬件平台的核心采用了Freescale公司的微控制器MCF52233(60MHz)，它的内核集成了ColdFire V2版本，片内有32kB的SRAM和256kB的Flash，是一款适合解决终端以太网应用的微控制器[6-9]。测控系统的硬件电路包括核心板电路设计、扩展板电路设计、温度控制电路设计、湿度控制电路设计、开关量输入输出模块、MCF52233以太网接口设计等。限于篇幅，本文详细介绍温、湿度电路的设计。系统的硬件总体设计框图如图2所示。

图2 系统的硬件框图

3.1 温度监控电路设计

温度正常是确保机房内各类网络设备正常工作的重要物理参数之一，且远程、网络化采集温度并报警是现代化机房发展的一个必然趋势。在温度电路设计时，考虑到Pt100铂热电阻，它的阻值与温度的变化成正比，且Pt100阻值测量范围可达－200℃ ～+850℃之间，最大非线性偏差仅小于0.5℃，Pt100符合系统温度采集需求。系统室温测量选用了Pt100铂电阻型温度传感器。

图3 温度接口电路

温度控制电路设计如图3所示。测控设备的模拟量接口采用了5V电压信号输入，传感器测量电桥由PtR2、PtR3、PtR4与Pt100组成，为了保证电桥输出稳定的电压信号，可调分流基准源(TL431)将电桥的输入电压稳定在2.5V。测控终端设备的模拟量接口输入信号的获取，是通过从电桥获取差分信号，再经过两级运放放大后得到。放大电路的运算放大器采用了LM324。为了避免由于单极放大倍数过高带来的非线性差，放大电路采用了两级放大:前级放大约为8倍，后级放大约为2倍。运放的差分电压信号可以通过调节电阻PtR3进行调整。当环境温度上升时，Pt100阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，接口电路的输出电压对应升高，如果温度升高范围超出正常值，系统报警。

3.2 湿度监控电路设计

目前，测量湿度的方法主要有:干湿球测湿法和电子式湿度传感器测湿法。由于电子式湿度传感器的测量准确度达到2% ～3%RH，系统采用了HS1101湿敏电容组成的电子式湿度测试电路。

HS1101湿敏电容器件具有快速反应时间、长时间饱和下快速脱湿、高可靠性与长时间稳定性等特点，接口控制电路设计如图4所示。系统采用12VDC供电，将HS1101置于运算放大器与电阻和电容组成的桥式振荡电路中，通过调节HumR2可调整放大器的输出电压，实现调零;由振荡电路产生的正弦波电压信号经过整流、直流放大，再经A/D转换为易于计算机接收的数字信号。为了降低信号的波动，将HumR3与HumC2形成RC回路。

图4 湿度传感器接口电路

电路设计时，发现采集到的湿度A/D值的波动较大，接入HumC2后A/D值正常;当 HumOut端出现过高电压时，可将HumV反接，可以起到过压保护作用。

4 软件组态配置

系统设计时，需要通过配置若干参数实现机房各参数的远程监控。具体配置参数:输入与输出通道配置参数、网络配置参数、传感器的物理量回归参数、输入与输出控制关系配置参数等[10-14]。监控软件通过配置式组态开发进行相关参数配置，从而实现对具体应用系统需求的满足。

根据输入输出分析表(见表1)，对网络参数的配置信息如图5所示。在进行温、湿度输出控制时，当检测到温度超出正常配置的上、下限(22℃ ～18℃)，空调卫士电源立即开启，实现空调的开启操作;当检测到湿度超出正常配置的上限(60%)，除湿器电源即刻开启，对空气除湿，当湿度低于配置的下限(50%)，加湿器电源开启，进行加湿。当需要添加控制器时，只需要点击组态配置菜单中添加模板命令将配置信息存档，以后加载这些配置信息时，直接通过该菜单中的应用模板命令即可。将这些配置好的控制器参数派发到机房，网管员可以通过监控平台软件或IE浏览器实现对机房的远程监控。

表1 系统终端输入输出表

图5 输入输出通道配置

5 难点总结

机房远程监控系统设计涉及硬件的设计与软件的配合，比较复杂。本文解决的主要难点有:

(1)嵌入式系统实现网络化通信，各种网络通信协议对运算速度、存储空间等方面要求较高。目前MCU的软硬件资源上很难运行TCP/IP等标准协议。设计时不能进行网络协议的简单移植，而是需要对它们进行优化与裁剪。

(2)硬件设计时，首先明确系统硬件功能，做好整体规划，其次对每个设计部分单独、逐一分析，最后画出其原理图，并对其进行正确性验证。

(3)系统设计时，为了防止传感器发生偏差，产生错误的输出信号，采用了远程动态在线校准的方法，实现了物理量的回归不依赖所用传感器型号。

6 结束语

本文设计一个基于组态的网络中心机房远程监控系统，并给出具体实现方案。该系统已在本校网络中心成功应用。实践证明，该系统软件人机交互界面友好，能够实时显示现场设备检测到的数据，成功地对机房环境进行实时、准确的监控，有效减少机房管理人员的工作量。该系统及其采用的组态测控方法具有很好的应用推广价值。

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