基于GSM网络的机房温度报警系统设计

王诚等

【摘要】 本文介绍了一种以机房温湿度为背景的无线通信网络数据传输系统。MCU为主控单元，控制传感器采集数据，控制GSM模块发射相应的告警信息。MCU通过相应的算法判断机房温室度是否超出阈值。采用手机作为接收终端，接收告警信息，以便未在监控室的管理员，能够收到告警信息，并及时采取对应措施。

【关键词】 数据传输 MCU 传感器 GSM 接收终端众多周知，机房需要一个相对恒温恒湿的环境，如果环境温度变化较大，将会对机房设备产生不可估量的影响。同时管理员不可能24小时在监控室，这样就导致了，管理员不在监控室时，机房发生了告警，管理员未能及时收到告警信息，本文就是基于这样的一个思路而展开论述的。据相关部门统计，我国有 30%以上的机房因散热问题出现过宕机现象，目前，数据中心的功率密度以平均每年15%到20%的速度增加[1]。这样就要需要有及时的告警系统，本方案可以让未在机房的管理员及时收到告警信息，结合传统的警鸣告警，完成24小时监控。

一、系统总体方案设计

如图1系统总体框图，其中，电源模块为系统提供所需的3.3V电源网络，温湿度传感器采用SHT11机房专用温湿度传感器，SHT11将采集的模拟信号转换成数字信号，其与MCU之间的通信协议是I2C总线协议，MCU接收传感器采集的数据，并根据相应的算法作出判断，将告警信息通过串口传输给SIM900A，SIM900A挂接GSM网络，将接收到的告警信号发射基站，基站接收信息再将告警信息转发给目的接收终端，即手机。

二、系统硬件电路设计

系统硬件电路设计软件使用的是Protel软件开发商Altium公司推出的一体化电子产品开发系统Altium Designer。下面几节将着重介绍系统各个模块的电路设计。

2.1 MCU电路设计

微控制器（MCU）极其外围电路构成了控制单元电路，出于低功耗、运算速度和引脚分配的考虑，MCU 选用的是德州仪器（TI）推出的16bit低功耗微控制器MSP430F5342。如图2为主控单元电路，其中P3^1～P3^4外接SIM900的控制引脚，DATA，SCK接传感器数据接口。K2，D6，R24，C39实现了控制器的复位电路。X5为低速晶振，频率为32.768KHz，X4为高速晶振，当控制器正常运行时，高速晶振X4为控制器提共稳定的高频时钟信号，当控制器出于休眠状态时，低速晶振X5为控制器提供低频时钟信号，以降低系统的功耗。P7为控制器的JTAG接口，用来下载程序和在线调试程序。

2.2 GSM电路设计

数字蜂窝移动通信系统 （GSM）是完全依照欧洲电信标准化协会（ETSI）制定的GSM规范研制而成的，由于GSM的信令和语音信道都是数字制式的，因此也被称为第二代移动电话系统[2]。本文使用SIMCom公司的SIM900A模块实现数据传输。SIM900A是一个双频（EGSM900和DCS1800）的GSM/GPRS模块，可以自动搜寻两个频段，也可通过AT指令来控制选择频段，内嵌有TCP/IP协议，工作电压为3.3V，sleep模式下耗流为1mA，支持标准8线串口接口和2线串口接口。如图3所示，其中PR2是排阻，连接SIM900和控制器的串口实现两者之间的正常通信，同时有一端连接SIM900的PWRKEY，可以通过程序拉低PWRKEY来开启和关闭模块。LED显示了网络状态。J2是GSM基带天线接口，引脚1是馈线，通过5欧姆系统连接到SIM900的RF_ANT引脚。JP3是SIM卡的卡槽，模块供电前需要在其中插入SIM卡，以便实现数据的传输，D1～D5五个二极管是为了防止静电，起到保护电路的作用。

2.3 传感器和电源系统电路设计

温湿度传感器使用机房和数据中心专用传感器：SHT11数字温湿度传感器。SHT11主要特点是结果已经完全标定，无需程序中额外标定，数字信号输出便于处理，低功耗，SMD封装便于焊接，数据传输遵循I2C总线协议便于通信。C32是去耦电容，R23是上拉电阻，P6是传感器的接口。

系统供电是5V输入，可以外接电源适配器或者锂电池。电源设计采用各个模块单独供电的方法，这样便于调测。传感器供电芯片使用LM7803三端整电源稳压芯片，最大输出电流1.5A，输出电压3.3V，具有过载保护和短路保护功能。CE6和C45，C46和CE12，CE10，CE11，CE9，CE8，C49构成去耦滤波网络。三个LED分别显示三个稳压芯片输出正常与否。微控制器供电采用HT7133高输入微功耗三端口稳压器，输出误差为5%，主要用于通信、音视频设备和电池供电设备。出于SIM900A模块在信号猝发传输时电流峰值达到2A的考虑，所以采用MIC29320大电流低电压稳压芯片，输出电流可达3A，精度为1%。

三、系统软件设计流程

如图4所示，系统上电初始化，电源指示灯正常点亮，传感器开始采集机房环境温湿度信息，并将所采集的模拟信号转换为数字信号，通过I2C总线传输给微控制器，控制器接收到传感器采集的数据，并运行比较算法，计算出采集的数据是否超出事先预设的温湿度阈值，如果不超出，继续运行算法，如果超出则通过串口向SIM900A发送相应的AT指令，操作SIM900A工作并向GSM网络发送告警信息，终端手机自动连接到最近基站接收到告警信息，以便管理员采取相应的措施。

三、总结

按照系统设计绘制PCB原理图，系统采用四层电路板设计，上下两次走信号线，中间两层分别是地线和电源线，最后发送工厂制作电路板，焊接调测电路。当传感器检测到超出阈值信号时，便会向目标发送告警信息或者打电话告知。本设计成本低、精度高、反应灵敏，适用于中小型企业级机房和数据中心。