開源硬件arduino在通信機房環境集中監控中的應用

2014-09-11 18:23:36趙鵬褚劍

中國新通信 2014年11期

趙鵬褚劍

【摘要】通信機房環境集中監控系統主要是對機房的溫濕度、電源、空調等相關設備運行情況進行監控，然后對采集到的環境數據和動力設備運行數據進行相關的分析與研究。本文采用arduino控制器以及配套的傳感器獲取環境數據，利用arduino控制器和MAX485模塊通過Modbus協議監控空調、UPS等運行狀態可以完成數據采集工作。

【關鍵詞】arduino傳感器modbus監控

一、環境集中監控系統結構

隨著信息網絡技術的不斷發展，不同種類、不同數量的網絡設備分布于用戶分支機構所在的不同地域，由于缺乏與之相對稱的運維系統，數量眾多的無人值守機房的物理運行環境、動力配電狀況、設備運行狀況等可能發生危急狀況，而無法及時發現和處理。因此，機房環境集中監控系統可以對電力供應、溫度、濕度、空氣含塵量、UPS、空調等設備運行狀態進行24小時實時測量與智能化調節，保證網絡運行環境的穩定與網絡軟硬件資源的安全。

該系統可以實現對機房溫濕度、精密空調、配電柜、UPS、門禁等實現監控，如圖1所示。

二、數據采集

通信機房環境集中監控需要實現對環境數據的采集，例如機房的溫濕度，空氣含塵量，空調的運行狀態，配電柜的輸入電壓、電流、功率，UPS的運行狀態等數據進行采集。其中一些環境數據可以利用傳感器直接獲取，而UPS、精密空調的運行狀態可以通過廠家提供的RS485接口的modbus協議獲取。

2.1傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能夠感受被測的信息并能將感受的信息按照一定的規律轉換成電信號或者其他形式輸出，傳感器是實現自動檢測盒自動控制的首要環節。對于通信機房的一些環境數據可以采用傳感器獲取，以下是部分采集通信機房環境實時數據的傳感器，見表1。

2.2modbus協議

Modbus協議是應用于電子控制器的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以通信，成為一種通用的工業標準。不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。Modbus協議有兩種模式，ASCII模式和RTU模式。其中RTU模式比ASCII模式可以傳送更多的數據，廣泛應用于工控領域。Modbus協議采用主從方式，其中一臺控制器作為主機設備發送信息到從設備，從設備返回一個響應，見圖2。

Modbus RTU查詢命令格式，見表2。

Modbus RTU正常回應格式，見表3。

Modbus RTU異常響應格式，見表4。

三、控制器——開源硬件arduino

Arduino是一個基于開放源碼的軟硬件平臺，使用了AVR單片機，構建于開放源代碼simple I/O接口板，可以與傳感器和各式各樣的電子元件連接，通過傳感器感知外界環境數據。

3.1接收傳感器數據

利用arduino控制器可以獲取通信機房溫濕度、空氣含塵量、電流、電壓、電功率數據。以下是利用DHT11采集機房溫濕度的arduino代碼。

#include "DHT.h"

#DHT dht(2, DHT11);

void setup( ) {

dht.begin( );

}

void loop( ) {

if (isnan(t) || isnan(h)) {

float h = dht.readHumidity( );

float t = dht.readTemperature( );

}

3.2接收modus協議數據

對于UPS、精密空調的運行狀態可以通過廠家提供的RS485接口的modbus協議讀取設備的運行狀態。

3.2.1對UPS進行監控

通過UPS廠家提供的modbus協議通訊接口對UPS內部整流器、逆變器、電池、旁路、負載等各部件的運行狀態進行實時監視，參數超出閾值時，及時報警。

艾默生UH31UPS安裝modbus適配卡，設置通信波特率和設備地址后，就可以通過arduino控制板提供的modbus server端與UPS進行通信。該適配卡僅對功能碼#03的查詢命令有應答信息，適配卡扮演從機的角色，等待控制器的查詢。將arduino控制器與max485模塊連接，轉換TTL到RS485。

以下是讀取UPS相位電壓的相關arduino代碼：

#include

#define TxEnablePin 2

enum{

PACKET1,

TOTAL_NO_OF_PACKETS // leave this last entry

};

Packet packets[TOTAL_NO_OF_PACKETS];

packetPointer packet1 = &packets[PACKET1];

unsigned int readRegs[2];

void setup() {

modbus_construct(packet1, 0x01, READ_HOLDING_REGISTERS, 0x041A, 2, readRegs);

modbus_configure(&Serial, 9600, SERIAL_8N2, 1200, polling, 10, TxEnablePin, packets, TOTAL_NO_OF_PACKETS);

}

void loop( ) {

modbus_update( );

}

首先導入modbus庫文件，SimpleModbusMaster.h。

然后通過modbus_construct( )函數構造請求信息，其中packect1為返回參數，包含了從設備的返回信息。Modubs_configure( )函數初始化主從設備通訊參數。

最后通過Modbus_update( )將請求信息發送到從設備，返回信息包含在readRegs緩存中，可以從中讀取相關數據，該實例中返回UPS輸入電壓A相電壓值。

3.2.2對精密空調進行監控

通過空調廠家提供的modbus協議通訊接口對空調各部件的運行狀態與參數進行監控，若空調組發生故障，及時報警。

如果要查詢室內溫度需要構造如下請求信息：

modbus_construct(packet1, 0x01, READ_HOLDING_REGISTERS, 0x7E, 4, readRegs);

Packet1為從設備返回信息，其中regRead緩存中包含了返回數據，例如返回的數據是41 A8 00 00轉換為float型數據就是室內溫度21度。

四、對設備的控制

4.1modbus協議

可以通過modbus協議的功能碼16寫輸出寄存器，更改寄存器的狀態實現對設備的控制。例如控制UPS逆變器關機可以構造如下請求信息。

unsigned int writeRegs[1];

modbus_construct(packet2, 0x01, PRESET_MULTIPLE_REGISTERS, 0x4E22, 2, writeRegs);

通過功能碼PRESET_MULTIPLE_REGISTERS（功能碼16）寫輸出寄存器（0x4E22），實現UPS逆變器關機，其中writeRegs中的數據為延時時間。

4.2繼電器

可以采用與arduino控制器配套的繼電器模塊，利用3.3V~5V的TTL控制信號，實現“自動開關”的功能。根據采集到的環境參數控制相關設備的運行。例如當機房濕度小于某值時，可以控制加濕器開機，增加通信機房的濕度。

五、報警模塊

利用GSM/GPRS SIM900模塊，插入arduino控制器。當所檢測的環境數據超出閾值時，通過GSM模塊發送語音或者短信報警信息。

#include

char number[]="+39123456789";//Destination number

char text[]="alarm: UPS1 is power off";//SMS to send

byte type_sms=SMS_UNREAD;//Type of SMS

byte del_sms=0;//0: No deleting sms - 1: Deleting SMS

GSM gsm;

void setup( ) {

gsm.TurnOn(9600);//module power on

gsm.InitParam(PARAM_SET_1);//configure the module

gsm.Echo(0); //enable AT echo

}

void loop( ){

char inSerial[5];

int i=0;

delay(2000);

Check_SMS();//Check if there is SMS

if (Serial.available() > 0) {

while (Serial.available() > 0) {

inSerial[i]=(Serial.read()); //read data

i++;

}

inSerial[i]='