机房温湿度监控系统研究

罗兰溪+王良之+王云飞+曹鑫+熊学锋+彭小庆

【摘要】 机房对温湿度等环境要求十分严格，温湿度等环境的变化可能引发机房设备的不正常工作，严重时甚至会造成机房设备受损，带来巨大的经济财产损失。可见保持机房内适宜的温湿度环境对机房设备的安全可靠运行十分必要，本文对此进行了探讨和研究。

【关键词】 分布式系统 无线传感器 监控系统

引言：为保证机房的安全，需要温湿度监控系统适时进行监测。CAN网络即控制器局域网属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，这种方式稳定性比较高。但是随着网络机房增多，地理位置分散，设备的不断增多。通过传感器和无线网络的结合，可以使复杂多处的网络机房温湿度监控系统环境变得简单、灵活、技能、便于维护。因此，分布式控制系统与无线网络相结合更符合现在机房的监控管理。

一、分布式控制系统

由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是身缠过程的一种比较完善的控制与管理系统。在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分赛，管理功能相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）扔具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。

二、分布式系统的特点

1）高可靠性：由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构改用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。2）开放性：DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其它计算机的工作。3）灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法选择使用的控制规律以及从图形库调用基本图形形成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。4）易于维护：功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排出故障。5）协调性：各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，已完成控制系统的总体功能和优化处理。6）控制控能齐全：控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

三、温湿度监控系统

网络机房温湿度监控系统主要是将多处的网络机房中的温湿度数据通过传感器采集，然后结合Zigbee网络连接，将数据传送到控制机房，提醒管理员及时的处理，同时利用Zigbee网络具有双向通信的特点，将中心监控机房处理后的信息生成控制指令通过无线网络反馈给远程的受控节点，从而形成一闭环的控制系统。Zigbee技术组建机房温湿度监控网络，具有低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的特点。现在无线传感器网络路由协议很多，每个协议更具自己的特点适应于不同的网络环境。

四、无线传感器节点

无线传感器网络的基础是无线传感器节点，它主要的任务是对数据的传感和预处理，重要的组成部分有传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块。传感器模块主要用于感知和采集监测区域内环境信息；处理器模块用于对整个节点的模块控制和对采集接收的数据进行处理；无线通信模块主要负责接收和发送数据，让节点之间无线通信；电源模块为各个模块提供电能。由于Zigbee的传输速率低，因此使用AA电池供电，估算靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间。

五、温湿度模块

温湿度模块经过从抗干扰能力、相应速度、价格等方面综合考虑，选择SHT11温湿度传感器，SHT11属于传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出标定的数字信号，采用CMOSensOR技术确保产品的稳定性和可靠性。同时还集成一个电容式聚合体测湿元件和能隙式测温元件，与14位的A/D转换器、信号调理器、CRC发生器、总线接口等模块。

六、双向控制节点

由于Zigbee网络具有双向性通信特点，机房控制温湿度主要通过空调来控制，监控管理人员可以把对空调的控制命令通过对网络传递到Zigbee网络中，然后通过转化成对应的遥控红外控制命令。由于红外控制会增加CC2530的负载，从而直接影响Zigbee网络通信，因此，我们选择AT89S8952单片机，它任务是通过红外线通道学习机房空调的遥控器红外命令，并将命令存储到EEPROM中，并且通过串口来通CC2530交换数据。当本系统正常运行，当模块接收到来自Zigbee网络传来的空調控制指令，将其转换成红外发送命令，从EEPROM读取数据，按照这些数据规定的脉宽参数控制红外发射管发送红外线。从而完成空调的控制。

七、系统软件设计

系统软件主要设计了数据接收节点程序以及温湿度采集节点程序，温湿度采集结点程序目的是将传感器采集到的温湿度数据，通过无线传送到数据节点，数据节点接收到信息后，将数据传送到计算机中存储，发现问题及时报警。监控人员处理后又将结果传回通过单片机控制温湿度。

结束语：分布式控制系统稳定性比较高，无线传感器网络技术成本低、功耗低。二者相结合，可以更好的应用于目前机房的多地话，不仅对温度、湿度数据实现了实时的监控、采集、分析、控制，同时解决了传统的工作方式带来的各种弊端，实现了全网监控的目的。

参 考 文 献

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