基于單片機的通信機房環境監控系統的開發研究*

何中勝，趙紅玉，莊燕濱

（1.常州工學院 計算機信息工程學院，江蘇 常州213002；2.江蘇鐵通常州分公司，江蘇 常州213002）

近幾年，隨著Internet和信息技術的快速發展，中國鐵通的業務水平和數量也在大幅提高，其下屬的中國鐵通江蘇分公司，在滬寧高鐵和京滬高鐵的帶動下，也發生了很大變化。其下屬公司常州鐵通，為了進一步加強對常州地區通信設備的監控，有效防范機房安全隱患，確保通信設備運行良好，加大資金投入，先后完成了10幾個分機房的建設工作。為了對新建機房和已建機房溫濕度、交直流電壓、門禁、固網模塊等設備的監控，以有效實現機房集中監控和管理，開發一套機房環境監控系統顯得尤為必要。

更重要的是，機房環境監控系統的開發也是我國電信行業發展的大勢所趨，隨著電信企業集約化經營政策實施，國家對通信設備及其環境的維護工作提出了更高的要求。政策要求電信企業對通信設備和環境必須實行集中控制，少人或無人值守，盡量采取遠程控制和遠程監控技術[1]。另外，網絡技術、通信技術、計算機技術和控制技術的發展，也為實現機房通信電源和環境監控提供了相應的技術支持，使機房環境監控系統的實現成為可能。

1 系統分析

通過對江蘇鐵通常州分公司通信機房環境實際情況的調查和研究，重點從機房環境監控系統結構、功能組成、數據采集、系統監控等內容入手，對監控系統的方式、方案進行了分析，在結合本地網現有網絡資源的基礎上提出了通信機房環境監控系統的設計方案。本系統擬解決的主要關鍵問題有：

（1）機房環境監控系統軟件的系統分析、系統設計、系統實現和系統測試的部署和開發過程；

（2）機房環境監控系統軟件和各個分站機房管理系統之間的通信問題；

（3）本系統具體監控內容：監控管理服務器、智能開關電源、交流配電箱、蓄電池組、門禁、集中數據采集器、監控平臺軟件等各種設備，以及機房環境各種（如溫度、濕度、煙感等）參量，其具體的監控內容如表1所示。

表1 機房環境監控系統監控內容

根據以上系統需求分析，給出通信機房環境監控系統的網絡結構框架圖，如圖1所示。

圖1 系統網絡結構框架圖

2 系統硬件設計

機房環境監控系統是一種以計算機控制技術為主，集傳感器和檢測技術、嵌入式計算機、計算機網絡、數據采集與傳送、通信協議工程于一體的綜合系統。因此本系統開發過程中需要用到傳感變送技術、數據采集技術及通信技術等。限于篇幅，本文僅就這些技術的主要功能設計進行闡述。

2.1 傳感變送單元

傳感變送單元（SENS）是指安裝在機房各個位置的、一定數量的、各種類型的傳感器，是監控系統必不可少的組成部分。

本系統中傳感器主要負責監控環境指標，其中告警的方式采用警號、顯示和蜂鳴器等。

（1）溫度傳感器的監測范圍一般在10℃～40℃之間，精度為0.5℃。

（2）濕度傳感器的監測范圍一般在20%～90%RH之間，測量精度為2%RH。通常置于機房中心位置。

（3）煙感傳感器用來監測可燃物質燃燒后所釋放的煙霧，一般響應時間<10 s，通常置于機房中心位置。

（4）電流、電壓傳感器用來監測空調和交換機的供電電流、電壓狀況。

（5）門禁傳感器用來監測機房門窗的開關狀況，通常置于門窗兩側。

（6）積漏水傳感器用來監測機房積水和漏水情況，通常放置在門下等位置。

（7）玻璃破碎傳感器用來監測玻璃門窗的破碎狀況，通常放置在玻璃門窗上方。

2.2 數據采集單元設計

數據采集通常是指對不同工作方式的傳感單元的信息進行數據采集、分析和規整工作。另外，數據采集器還傳輸客戶端的查詢命令，根據查詢條件發送其采集到的環境參數，以及故障報警器的開啟等功能[2-3]。

（1）數據采集單元的構成

本系統中被監控的設備分為智能設備和非智能設備。因智能設備本身具有數據采集能力，并提供智能接口供后臺讀取，可以直接接入監控系統。對于非智能設備，本系統中采用艾默生公司生產的IDA一體化采集器來對其進行采集信號，該采集器以AT89C51單片機為其核心，選用ANALOG DEVICES公司的AD7828為A/D轉換芯片。

（2）告警的檢測、顯示與處理

監控系統對監控目標的狀態除了保存狀態數據，還采用報警的直觀方式進行展現，同時對告警進行分級與處理。系統對于煙感、門禁、地面積漏水、玻璃破碎和移動探測等傳感器信號的信息輸入，通過一個10 kΩ上拉電阻串接到一個47 kΩ的電阻上，再連接到一片74LS244的輸入端，該連接方式可以有效的防止信號抖動等現象，避免由意外因素引起的虛警[2，5]。

對于告警優先級的處理，把火警的優先級設為最高。正常情況下，火警的告警信號為高電平，當發生火災時，傳感器輸出信號就變為低電平，這種信號會立即驅動安裝在監控中心的警號報警，同時主板上的蜂鳴器也報警，顯示器上也會顯示火警事故信息，這時要立即采取相應的措施進行事故處理。

對于移動探測信號，正常情況下為低電平有效。當發現有人體移動時，告警量變就會變為高電平，并且輸出高電平信號，該信號驅動顯示面板上的移動探測指示燈變為紅色。

門禁傳感器、玻璃破碎傳感器、積漏水傳感器等信號采集與傳輸均為高電平有效，它們的顯示、報警功能與移動探測傳感器類似，這里不再詳述。

2.3 通信單元設計

智能設備以各自的通信協議與上位機進行通信。

在本系統中，遠端的數據信號通過采用PSTN和E1中繼兩種電信網絡傳輸方式[4-5]傳送至監控中心。

（1）通信單元的整體網絡結構

由于本系統通信時所傳輸的數據量不大，系統本身對通信速率的要求不高，所以在遠端分機房的通信單元與監控中心機房之間的通信方式采用基于電話網的DTMF雙音多頻通信技術[4-5]。

（2）中心端通信單元的設計

通信單元中的邏輯控制模塊主要功能有：負責接收由AT89C51發出的命令信號，并對其通信地址進行解碼，按照解碼后的地址，把每個命令信號傳送給對應的AT89C205l單片機；負責接收由AT89C2051所發出的8路數據信號和中斷申請信號，并按照每個中斷申請的先后順序讀取數據，把這些數據送給AT89C51進行相應的處理。

在本系統中為了緩解通信線路的工作負擔，提高數據通信的效率，加快傳輸速度，把中心通信單元的通信數據格式的地址部分設計為2個字節，其中第一個字節是數據采集單元的通信地址，第二個字節又分為兩部分，前半部分是通信盒子的編號地址，后半部分是通信盒子上8個端口的編號地址。由監控中心主機發出的命令消息各個中心通信單元均能接收，接收之后再根據自身的地址與命令信息包中地址部分的通信地址的比較結果，判斷是否處理該命令消息，如果兩者地址相同則對其進行處理，不相同則不予處理。

3 系統軟件設計

3.1 數據采集單元的軟件設計

數據采集單元的軟件就是一個運行在AT89C51單片機上的應用程序，其由主程序、定時服務子程序和串口中斷子程序三部分組成。主程序是其核心部分，主要完成數據采集、數據分析和報警條件的判定等功能。

定時服務子程序主要實現在固定的時間間隔內查詢采樣標志；串口中斷子程序主要負責接收系統操作員從監控中心下發的命令消息，解釋并處理這些消息，最后返回給監控中心所需要的數據。

3.2 監控中心軟件設計

監控中心軟件系統分前臺和后臺兩個子系統。

前臺子系統主要實現遠程監控、遠程處理、告警處理、信息查詢等功能。如遠程控制模塊主要實現對機房環境進行遠程控制功能；視頻監控模塊主要通過視頻監控儀實現對機房中一些可視化環境的監控；空調控制模塊以調節機房溫濕度；告警處理實現對告警信息的處理；設備狀態報表實現查詢和打印各種設備工作狀態的報表功能；實時信息用來監控各種設備的實時工作狀態。

后臺主要實現基本數據維護、參數設置等功能。如設備管理模塊實現對機房及機房內各種設備的管理功能；通道管理模塊實現對機房通信通道的管理；監控管理模塊實現對監控對象的管理及監控對象參數的配置等。告警管理實現對告警的管理及告警處理人的管理，告警信息的增刪改等。

3.3 實驗及運行分析

本系統軟件部分采用流行的MVC架構模式實現，實驗表明，該機房監控系統能實現其設計功能，滿足設計要求。用戶首先登錄機房環境監控系統，進入中心軟件的首頁面，如圖2所示。

圖2 中心軟件的主頁面

在首頁面中選擇某個分中心機房時，出現相應的監控頁面，如圖3所示。

圖3 監控數據頁面

本文主要研究了開發機房環境監控系統所涉及到的數據采集、通信單元設計、中心監控軟件設計等重要環節，整個監控系統只有協同工作，才能共同完成機房環境的監控任務。由于使用本系統可以控制一個總線上多個分機房的環境，使得控制簡單方便。通過本系統可以實時與各個分機房進行通信，系統圖形界面操作簡單、直觀高效，方便對機房環境進行實時監控。

[1]胡友名，杜潤生，楊叔子.生產過程遠程監控與診斷技術研究[J].華中科技大學學報，2002，30（4）：16-18.

[2]桂玲.基于嵌入式的無線智能監控系統設計[J].煤炭技術，2012，31（5）：186-187.

[3]陳義明，王勇.動力設備及環境集中監控系統[J].信息技術與信息化，2004，22（4）：25-27.

[4]于海晨，仲崇權.基于Internet的控制系統遠程監控方案及實例[J].計算機測量與控制，2001，19（5）：14-15.

[5]常雨芳，黃文聰.基于嵌入式技術的機房監控系統設計[J].湖北工業大學學報，2011，26（2）：27-30.