基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)房溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李鐵

【摘要】 近年來(lái)，高溫現(xiàn)象加劇，使得機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷工作中，容易造成空調(diào)損壞，使機(jī)房溫度偏高，機(jī)房?jī)?nèi)部的重要服務(wù)器以及設(shè)備就會(huì)因?yàn)楦邷馗邿岫Ｖ构ぷ鳎o生產(chǎn)實(shí)踐工作造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。本文設(shè)計(jì)了一款機(jī)房溫度報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)的生產(chǎn)成本低廉，并且對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的溫度可以進(jìn)行24小時(shí)無(wú)人循環(huán)監(jiān)控，當(dāng)機(jī)房溫度達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)短信報(bào)警功能，將機(jī)房?jī)?nèi)溫度過(guò)高的情況上報(bào)給機(jī)房管理工作人員。

【關(guān)鍵詞】 溫度報(bào)警系統(tǒng) 循環(huán)監(jiān)控 短信報(bào)警

一、引言

近些年來(lái)，全球性氣候變暖的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，夏季持續(xù)酷熱持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。這種氣壓低、濕度大且溫度高的天氣對(duì)信息化機(jī)房來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，尤其是對(duì)機(jī)房精密空調(diào)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致宕機(jī)的情況時(shí)有發(fā)生。機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備也會(huì)因?yàn)楦邿岫鴮?dǎo)致服務(wù)器出現(xiàn)過(guò)熱死機(jī)的現(xiàn)象，這樣就會(huì)給企業(yè)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。中國(guó)石化陜西石油中心機(jī)房承載著全省加油卡、零售等各項(xiàng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)，如何保證在高溫天氣下機(jī)房服務(wù)器依然可以正常運(yùn)行，是企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套機(jī)房溫度報(bào)警系統(tǒng)，在整個(gè)企業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房24小時(shí)無(wú)人值守溫度監(jiān)測(cè)，而且可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)機(jī)房，通過(guò)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，繪制出機(jī)房?jī)?nèi)的實(shí)時(shí)溫度曲線，并將結(jié)果通報(bào)給機(jī)房管理人員，一旦機(jī)房?jī)?nèi)溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)短信報(bào)警功能通知相關(guān)的管理人員。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概況

物聯(lián)網(wǎng)一詞來(lái)源于國(guó)外，它的英文全稱為the Internet of things。它是一種信息網(wǎng)絡(luò)模式，能夠以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，將人與物、人與人、甚至是物與物連接起來(lái)，讓它們之間實(shí)現(xiàn)信息的交流與互換，讓它們之間的跟蹤、識(shí)別、判斷、監(jiān)控以及定位真正地實(shí)現(xiàn)智能化。物聯(lián)網(wǎng)可以將條碼與二維碼、射頻標(biāo)簽或者是紅外感應(yīng)器等諸多自動(dòng)標(biāo)識(shí)或者信息傳感系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以預(yù)先設(shè)定好的通信協(xié)議為基準(zhǔn)，從而進(jìn)行信息的交換。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)的組成是一種層狀的體系結(jié)構(gòu)，它大致可以分為信息傳感層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層以及核心應(yīng)用層三個(gè)層次。物聯(lián)網(wǎng)的根基就是信息傳感層，而物聯(lián)網(wǎng)要想順利的進(jìn)行信息通信就需要網(wǎng)絡(luò)傳輸層來(lái)發(fā)揮其傳輸通信的作用，物聯(lián)網(wǎng)真正的核心區(qū)域就是它的核心應(yīng)用層，它可以處理各種應(yīng)用，也可以解決多種智能化的方案。物聯(lián)網(wǎng)要想得到很好的發(fā)展，就需要融合多種技術(shù)，例如：嵌入式技術(shù)以及4G技術(shù)[1-2]。

三、溫度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的這套溫度報(bào)警系統(tǒng)主要由4個(gè)部分組成：即1個(gè)下位機(jī)、2個(gè)上位機(jī)以及GSM短信貓。下位機(jī)是用來(lái)負(fù)責(zé)溫度采集的[3]；其中一個(gè)上位機(jī)是用來(lái)負(fù)責(zé)編碼的，它會(huì)將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼然后傳遞出去；另一個(gè)上位機(jī)是將得到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以及分析處理，實(shí)際上它扮演的角色就是最核心的中心處理器。圖1顯示了這套機(jī)房溫度監(jiān)控以及報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

整個(gè)系統(tǒng)的工作流程大致如下所述：下位機(jī)中裝有溫度傳感器裝置，首先由它來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)房?jī)?nèi)部的溫度，然后將測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，這種傳輸方式是需要USB接口或者串行接口才能實(shí)現(xiàn)的；上位機(jī)在接到傳輸過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)以后，會(huì)迅速針對(duì)這些信息進(jìn)行編碼處理，地址不同的機(jī)房編碼也會(huì)有所不同，處理好溫度以及地址編碼后，就會(huì)將這些信息傳輸給溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警服務(wù)器，這步傳輸?shù)年P(guān)鍵就在于局域網(wǎng)，所以需要保證局域網(wǎng)時(shí)刻保持暢通；由于溫度監(jiān)控報(bào)警服務(wù)器接收到的是經(jīng)過(guò)編碼處理的信息，所以溫度監(jiān)控報(bào)警服務(wù)器在接收到消息的第一時(shí)間，就是要進(jìn)行解碼處理，順利解碼以后，機(jī)房的溫度、機(jī)房的所在位置、接收信息的時(shí)間、機(jī)房所處的實(shí)時(shí)環(huán)境等信息都會(huì)被保存下來(lái)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)機(jī)房的實(shí)時(shí)溫度高于所設(shè)定的溫度上限，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，通過(guò)手機(jī)短信或者是通信軟件等技術(shù)將具體情況反映給機(jī)房管理人員，機(jī)房管理人員就會(huì)在第一時(shí)間處理機(jī)房溫度過(guò)高的危急狀況。

四、溫度報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1溫度采集下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度采集下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則就是可以快速測(cè)出機(jī)房?jī)?nèi)部溫度、并在第一時(shí)間做出反應(yīng)，將溫度信息傳遞出去，它主要由兩個(gè)部分來(lái)組成，即硬件部分的設(shè)計(jì)以及固件程序的設(shè)計(jì)。

（1）硬件部分的設(shè)計(jì)細(xì)則。下位機(jī)硬件是下位機(jī)系統(tǒng)的核心部分，它的性能直接決定溫度報(bào)警系統(tǒng)的好壞，它主要由4個(gè)主要部件來(lái)組成，即溫度傳感器（可以靈敏地感知機(jī)房?jī)?nèi)部溫度）、微型控制器（控制下位機(jī)的順利運(yùn)行）、USB或者是RS-232串行通信接口（與上位機(jī)溝通的重要紐帶）、電源等。最近2、3年，很多新型高端PC機(jī)的通信接口已經(jīng)不再使用RS-232串行接口[4]，所以在我們的設(shè)計(jì)中，USB

接口被采用，但是考慮到RS-232串行接口可以用來(lái)進(jìn)行下位機(jī)的固件升級(jí)，而且在下位機(jī)工作時(shí)，只用一個(gè)接口就可以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，所以我們采用了USB接口與RS-232串行接口的雙接口模式，這樣既可以使信息傳遞的方便快捷，也可以兼顧到以后的固件升級(jí)問題。圖2是溫度采集下位機(jī)硬件部分示意圖。

（2）固件程序的設(shè)計(jì)細(xì)則。實(shí)際上固件程序就是單片機(jī)程序，它以固化形式存在于下位機(jī)中，該程序以Keil C51為基礎(chǔ)對(duì)程序進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，開發(fā)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包含了3個(gè)部分，它們是溫度數(shù)據(jù)的采集、USB接口設(shè)備以及數(shù)據(jù)編碼傳遞。

4.2上位機(jī)程序的設(shè)計(jì)

與下位機(jī)程序相比較，上位機(jī)的程序就要相對(duì)簡(jiǎn)單很多，Visual C++技術(shù)被用來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)上機(jī)位程序，上位機(jī)的主要任務(wù)就是接收USB接口傳遞過(guò)來(lái)的溫度信息，將得到的溫度信息以及與溫度對(duì)應(yīng)的機(jī)房地址進(jìn)行編碼處理，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，就可以將處理好的信息傳遞給機(jī)房溫度報(bào)警系統(tǒng)的服務(wù)器。

因?yàn)樗加玫腃PU資源非常的小，幾乎可以忽略不計(jì)，所以服務(wù)器用機(jī)房?jī)?nèi)自帶的即可，這樣既節(jié)約了成本，又不會(huì)影響原有的業(yè)務(wù)。

4.3機(jī)房溫度報(bào)警程序的設(shè)計(jì)

溫度報(bào)警程序包含了機(jī)房溫度曲線程序、溫度數(shù)據(jù)處理程序以及溫度上限報(bào)警程序。具體的工作流程如下所述：首先溫度報(bào)警程序會(huì)接收到上位機(jī)發(fā)來(lái)的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)編碼，然后對(duì)這些編碼進(jìn)行解碼處理，解碼后對(duì)機(jī)房編號(hào)、接收時(shí)間、實(shí)時(shí)溫度等有用信息保存到實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果處理過(guò)程中，機(jī)房溫度沒有異常，程序會(huì)自動(dòng)屏蔽掉該信息不會(huì)上報(bào)打擾管理人員，將信息自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，但是在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)房溫度超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的溫度上限，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)通信軟件、手機(jī)短信等方式及時(shí)通知機(jī)房管理人員。管理人員也可以通過(guò)顯示器隨時(shí)監(jiān)控溫度曲線，如果管理人員身邊沒有顯示器可用，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)GSM短信貓來(lái)將機(jī)房的實(shí)時(shí)溫度發(fā)送到管理人員的手機(jī)上，讓管理人員第一時(shí)間掌握機(jī)房溫度情況并及時(shí)采取處理手段。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的機(jī)房溫度報(bào)警系統(tǒng)實(shí)用性更佳，而且成本較低，大部分部件都可以使用機(jī)房的原有設(shè)備，只需投入一定的資金建立GSM短信貓即可，而且本系統(tǒng)都是在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，所以原有網(wǎng)絡(luò)不會(huì)被棄用，這樣就避免了重新布置網(wǎng)線的麻煩。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 武奇生， 惠萌， 巨永鋒. 物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2014： 17-18.

[2] Xu T， Li P， Sundareswaran S. Decoupling Capacitance Design Strategies for Power Delivery Networks with Power Gating[J]. Acm Transactions on Design Automation of Electronic Systems， 2015， 20（3）：1-30.

[3] Wang Y， Li K， Chen H， et al. Energy-Aware Data Allocation and Task Scheduling on Heterogeneous Multiprocessor Systems With Time Constraints[J]. IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing， 2014， 2（2）：134-148.

[4] 侯維巖， 魏耀徽， 龐中強(qiáng). 面向多協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)和中間件設(shè)計(jì)[J]. 儀表技術(shù)， 2014（11）： 25-28.