基于ZigBee的机房环境监控系统设计

王艳军

摘 要：软件测评实验室机房中的软硬件设备对实验室的温湿度有较高的要求，实验室的质量管理体系也要求管理人员定期对实验室内的温湿度进行监控和记录。本文结合ZigBee无线传感网设计了一种无线智能监控系统，能够实时通过温湿度传感器采集实验室温湿度信息，通过控制空调和加湿器等设备对温湿度进行调节，并可以实时将机房的温湿度信息通过无线网络发送给值班室。

关键词：软件测评机房；ZigBee；智能监控；系统设计

中图分类号： TH82 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-111-2

0 引言

软件测评实验室机房中存放有大量的电子测试设备，对温度和湿度环境提出了较高的要求，在实际工作过程中有时会因为暖气漏水或起火未能及时发现而导致设备损坏，因此构建能够24小时实时对实验室机房环境进行监控，并可以对机房温湿度进行调节的智能监控系统是实验室管理的必然趋势。

1 智能监控系统主要功能

该实验室环境智能监控系统基于ZigBee构建，可以实时检测和记录软件测评实验室机房的温度、湿度信息，根据设定值通过控制机房内的空调和加湿器对机房温度和湿度进行调节，当检测到温度或湿度超出阀值后进行告警，同时将机房的温湿度信息和告警信息实时发送到值班室。

2 系统组成和工作原理

2.1 系统组成

环境智能监控系统包括综合控制计算机1台、ZigBee集控中心设备1个、监控终端设备3个。集控中心模块与综合控制计算机放置在值班室，监控终端放置在实验室机房。监控终端通过ZigBee与集控中心模块建立无线连接，集控中心模块通过串口实时将监控到的温湿度信息发送给综合控制计算机以便信息显示和告警。

2.2 工作原理

集控中心模块通过串口与综合控制计算机连接，通过ZigBee无线网络与监控终端模块组成局域网。集控中心模块接收各个监控终端采集的数据并通过串口发送给综合控制计算机，从综合控制计算机接收控制指令和设置数据发送给监控终端。

监控终端模块负责机房温湿度监控，通过温度传感器和湿度传感器实时监测机房中的温湿度信息，一旦发现温湿度达到调节值则打开空调或加湿器。发现温湿度超过告警值则进行告警，并将温湿度信息和告警信息通过集控中心模块发送给综合控制计算机。

3 系统设计

3.1 系统硬件选择

综合控制计算机采用1台具有RS232的串口的台式机，集控中心设备采用ZigBee无线开发套件，监控终端设备由ZigBee无线开发套件、红外控制器、温度和湿度传感器、告警单元组成。

3.1.1 ZigBee开发板选择

系统中ZigBee网络（监控终端和ZigBee集控中心模块）采用TELESKY的C2430 ZigBee无线开发套件，其采用的是TI公司的CC2430处理器，单个芯片上结合了微控制器和射频电路。该开发板板载了Nokia5110液晶模块和SP3232串口通讯芯片，还扩展了6个可编程按键，能够满足本次系统设计的要求。在无障碍物的情况下，ZigBee设备的传输距离为l00m，障碍物时的可靠传输距离为30m。

3.1.2 温湿度传感器选择

温湿度传感器采用TELESKY的DHT11温湿度模块。该模块采用DHT11传感器，可以检测湿度范围20%-95%（0°-50°范围），检测温度范围0°-50°。

3.1.3 红外遥控选择

红外控制模块采用飞思的FS_IRC红外学习模块，该模块可以学习空调和加湿器的遥控指令，可以通过串口操作发出控制指令，该模块提供了全频段支持，理论值为10K～100K，已经完美覆盖36K～42K的常用频段。

3.2 硬件系统设计

系统中监控终端由TELESKY的C2430 ZigBee 无线开发套件、红外控制器、温度和湿度传感器、告警单元组成。该无线开发套件已内置扩展6个可编程按键、1个液晶模块和1个RS232串口，可以直接编程使用。只需将蜂鸣器和温湿度传感器连接到IO端口、红外控制模块连接到串口端口即可，极大的方便了系统硬件的设计和开发，原理图见图1。

ZigBee集控中心直接使用开发板的ZigBee模块与监控终端通信，通过开发板内置的串口与综合控制计算机连接，无须扩展其他硬件模块。

3.3 软件设计

3.3.1 监控终端软件设计

监控终端软件包括温湿度数据采集、温度/湿度调节、数据发送、告警、参数数据接收、按键设置、数据显示等功能，软件主要功能流程图见图2。

监控终端开机后，软件自动上电启动，系统通过温湿度采集传感器以每秒一次周期采集当前机房的温湿度信息，通过ZigBee开发板中的CC2430处理器进行判断处理，当温湿度超过预设的调节阀值时，监控终端通过红外控制模块发出遥控指令，控制空调和加湿器的启动和停止，当温湿度超过预设的告警阀值时，监控终端通过报警器发出蜂鸣告警音，同时向集控中心发出告警信息。

系统还可以通过ZigBee接收综合控制计算机发送的参数设置数据，更改温湿度告警和调节参数值，也可以由用户通过控制按键对监控终端进行参数设置和告警消音等操作。

3.3.2 ZigBee集控中心软件设计

集控中心软件功能包括ZigBee数据接收转发、Com接口数据接收转发。集控中心开机后，软件自动上电启动，对ZigBee无线网络端口和串口端口进行初始化。软件循环接收监控终端发送的温湿度数据和告警数据，通过串口转发给综合控制计算机。接收综合控制计算机发送的参数设置数据，通过ZigBee转发给各个监控终端。

3.3.3 综合控制计算机软件设计

综合控制计算机软件包括串口数据收发、数据存储显示、历史数据查询、参数设置、告警处理等功能。

软件接收到温湿度信息报文后，解析数据保存到数据库并实时在软件界面显示，并将各个监控终端采集的数据以折线图形式显示。当收到监控终端发送的告警报文后，启动连接在计算机上的报警器进行异常告警。

用户可以通过历史数据查询功能查询显示历史温湿度数据，可以通过参数设置功能对各个监控模块的参数进行设置。

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图3 综合控制计算机软件界面

4 结束语

本系统是利用ZigBee无线传感网的一个基本的应用，通过该系统可以实现24小时对软件评测实验室机房内温湿度的实时监控和记录，可以减轻实验室管理员对机房温湿度进行记录的工作量，同时系统还可以根据机房内的温度和湿度变化情况实时进行温湿度进行调节和异常告警，及早发现机房因为漏水、起火等原因导致的意外情况，最大限度减小损失。采用无线传感网络克服了传统监控系统布线复杂的缺点。该系统在设备库房、档案室等环境监控领域有着十分广阔的应用前景。

参 考 文 献

[1] 凌志浩，吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表，2005，26（6）：5-9.

[2] 王小强，欧阳骏，黄宁琳.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].化学工业出版社，2012.

[3] 郭栋，秦明芝，王伟敏.基于CC2430的ZigBee无线传感器网络设计与实现[J].物联网技术，2011（1）：41-43.