大型服務(wù)器遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

蔡云輝，鄭立平，陳 平

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥 230009;2.安徽安凱福田曙光車橋有限公司，安徽合肥 230051)

服務(wù)器是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中為計算機(jī)用戶提供文件傳輸、電子郵件、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序等各種服務(wù)的高性能計算機(jī)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)器能夠長期可靠地運行，而大型服務(wù)器運行過程中，會產(chǎn)生很大熱量，導(dǎo)致服務(wù)器溫度升高，影響服務(wù)器的穩(wěn)定工作，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障，甚至造成服務(wù)器的損壞。因此，大型服務(wù)器機(jī)房需要溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，使機(jī)房溫度維持在一定范圍內(nèi)［1］。同時，還需要對其溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，必要時進(jìn)行人工干預(yù)，保證服務(wù)器的可靠運行。

文中進(jìn)行了某大型服務(wù)器機(jī)房溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。提出應(yīng)用利用單片機(jī)系統(tǒng)和PC機(jī)相結(jié)合的方式，完成了服務(wù)器遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場設(shè)備控制，監(jiān)控人員通過PC機(jī)能直觀地了解機(jī)房內(nèi)溫度變化情況，并利用RS485總線進(jìn)行單片機(jī)和PC機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，可在較遠(yuǎn)距離監(jiān)控服務(wù)器機(jī)房的溫度。

1 溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體情況

該溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)電路、RS485總線和PC機(jī)和相應(yīng)軟件構(gòu)成。

單片機(jī)系統(tǒng)主要由傳感器DS18B20和單片機(jī)STC89C52RC組成。DS18B20是一種采用單總線的數(shù)字溫度傳感器，可編為9～12位的A/D轉(zhuǎn)換精度，編程為12位時，4位表示溫度數(shù)據(jù)的小數(shù)部分，7位表示溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字方式串行輸出［2］。其溫度測量范圍為 －55～125℃，精度為0.5℃，使用DS18B20作為溫度傳感器，可滿足機(jī)房溫度的測量要求的同時，電路設(shè)計和編程工作也相應(yīng)簡化。STC89C52RC是51系列單片機(jī)的一種，是一款性價比較高的單片機(jī)，它具有一個全雙工的串行接口，能夠?qū)崿F(xiàn)和PC機(jī)之間的異步通信。

PC機(jī)通常由一個RS232接口來進(jìn)行串口通信，由于RS232總線電平與RS485總線電平不一致，可以使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換卡完成電平轉(zhuǎn)換。RS232接口的最大傳輸距離約為30 m，RS485總線的傳輸距離可達(dá) 1200 m［3］，信號最高速率為 100 kbit·s－1。由于服務(wù)器機(jī)房與監(jiān)控中心的距離一般在1000 m以內(nèi)，采用RS485總線可滿足通信要求。

2 溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理可用圖1進(jìn)行說明。單片機(jī)每隔一定時間，通過單總線向溫度傳感器讀取溫度值。同時，單片機(jī)經(jīng)RS485總線向PC機(jī)傳輸溫度數(shù)據(jù)，并接收PC機(jī)發(fā)送的溫度控制指令，直接指揮溫度調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行工作。溫度調(diào)節(jié)設(shè)備上有數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)，數(shù)字編碼開關(guān)既是溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的開關(guān)，又可旋轉(zhuǎn)來調(diào)整調(diào)節(jié)設(shè)備的工作。繼電器通過控制電磁閥驅(qū)動數(shù)字編碼開關(guān)，使得溫度調(diào)節(jié)設(shè)備運行或停止;用聯(lián)軸器將步進(jìn)電機(jī)輸出軸與數(shù)字編碼開關(guān)軸相連，這樣步進(jìn)電機(jī)就能夠通過旋轉(zhuǎn)來控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。

圖1 溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖

PC機(jī)收到數(shù)據(jù)后，存貯該時刻的溫度值，并顯示在顯示器上;以時間軸為橫軸，以溫度值為縱軸，這樣坐標(biāo)軸上的點就可以用來描述該溫度的發(fā)生時刻和大小，由于相鄰兩點之間在時間軸上相差很小，很多點出現(xiàn)在屏幕上，就成了一條連續(xù)的曲線，這樣溫度變化情況就被溫度曲線形象地展示出來，同時，當(dāng)曲線到達(dá)顯示器邊緣時，曲線將沿橫軸正向移動，溫度變化情況就被動態(tài)表示出來了，如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)運行界面

2.2 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計

單片機(jī)系統(tǒng)電路由單片機(jī)STC89C52RC、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、串口通信電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和繼電器驅(qū)動電路組成，如圖3所示。文中使用10個DS18B20可對服務(wù)器溫度進(jìn)行多點檢測，單片機(jī)用一根總線就可實現(xiàn)對所有傳感器的數(shù)據(jù)采集。3端穩(wěn)壓集成電路7805為單片機(jī)提供穩(wěn)定的5 V電源，ULN2003是一個多輸入多輸出的放大電路，它將單片機(jī)輸出的信號進(jìn)行放大可以直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。集成電路MAX232把單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，這樣通過電腦的RS232串行接口，可以直接下載程序到單片機(jī);用RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換卡完成電平轉(zhuǎn)換后，就可以用RS485總線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

圖3 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖

單片機(jī)程序采用C語言和匯編語言混合編寫，向溫度傳感器讀指令以及定時部分，由于要求的時序較嚴(yán)格，用匯編語言編程效果較好，數(shù)據(jù)處理部分用C語言編寫相對簡單。單片機(jī)程序的流程圖如圖4所示，單片機(jī)按照一定的時間間隔，依次從10個數(shù)字溫度傳感器DS18B20中循環(huán)讀取溫度數(shù)據(jù)，并立刻將其發(fā)送到PC機(jī)，同時查詢是否收到PC機(jī)的控制指令，若收到控制指令，則將目標(biāo)溫度值同當(dāng)前溫度值進(jìn)行對比，從而決定如何調(diào)整溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的工作狀態(tài)，即改變步進(jìn)電機(jī)位置抑或改變繼電器動作。

圖4 單片機(jī)程序流程圖

2.3 PC機(jī)程序設(shè)計

PC機(jī)的主要功能是實現(xiàn)與單片機(jī)的串行通信及監(jiān)控人員查看溫度和調(diào)節(jié)服務(wù)器機(jī)房溫度。單片機(jī)將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)串行接口時，程序能及時獲得該數(shù)據(jù)，并將溫度值呈現(xiàn)給監(jiān)控人員，同時更新溫度曲線的顯示，從而以動態(tài)的效果表達(dá)溫度的變化情況。當(dāng)監(jiān)控人員需要改變服務(wù)器溫度時，通過PC機(jī)能向單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)溫度控制指令。

PC機(jī)程序采用VC6.0進(jìn)行編寫。VC6.0具有一個串口通信控件，開發(fā)人員利用它可以方便地完成串口通信部分的程序編寫。每當(dāng)串行接口收到數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會發(fā)生一個接收事件響應(yīng)，系統(tǒng)就會執(zhí)行該事件響應(yīng)所對應(yīng)的程序，進(jìn)而完成溫度數(shù)據(jù)的接收與貯存。同時，當(dāng)監(jiān)控人員進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時，使用該控件的發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，串行接口就向單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)控制指令。

利用VC6.0的定時器Timer，可以實現(xiàn)溫度曲線的定時更新顯示。設(shè)置一個時間間隔，并使能該Timer控件，每經(jīng)過一個這樣的時間間隔，就會發(fā)生Timer事件響應(yīng)，系統(tǒng)則執(zhí)行該事件響應(yīng)對應(yīng)的程序。因此，在PC機(jī)程序中用一個二維數(shù)組存貯溫度曲線上各點的橫軸與縱軸坐標(biāo)，分別與溫度的大小與時刻對應(yīng);利用Timer控件，每隔一定時間，把接收的溫度值存貯，通過數(shù)組中元素的移動，并移入最新溫度值對應(yīng)坐標(biāo)，從而將二維數(shù)組中元素更新，進(jìn)而更新溫度曲線，使曲線總是顯示當(dāng)前時間段的溫度。PC機(jī)程序的流程如圖5所示。

圖5 PC機(jī)程序流程圖

3 結(jié)束語

經(jīng)實際測試表明:該溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對1000 m以內(nèi)的服務(wù)器機(jī)房溫度進(jìn)行監(jiān)控，溫度誤差在2℃以內(nèi)，而且依次對10個溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，完成一個循環(huán)僅需2 s時間。表明該系統(tǒng)滿足了通信距離、準(zhǔn)確性和實時性的要求。

系統(tǒng)在合肥某大型超市服務(wù)器機(jī)房投入使用以來，運行可靠，且由于其直觀的溫度顯示效果，獲得用戶好評，表明該系統(tǒng)的設(shè)計具有較高的實用價值。

［1］ 孟凡超，張玲.機(jī)房溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.電力信息化，2010，8(11):27 －29.

［2］ 李余慶，張華，劉繼忠.基于DS1820的無線溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計［J］.微計算機(jī)信息，2009，25(26):187 －189.

［3］ 蔣政宏.基于RS－485總線的水輪機(jī)溫度監(jiān)測系統(tǒng)［J］.電力自動化設(shè)備，2011，31(5):130 －133.

［4］ 曲雙紅，王芳，俞孟蕻.基于VC的串行通訊在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究［J］.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2003，17(1):82－85.