基于單片機的機房運行環境數值聯網監測方法

甘立成

(廣西交通投資集團柳州高速公路運營有限公司，廣西 柳州 545005)

0 引言

根據高速公路運營管理需要，目前廣西高速公路基本采用集中監控的模式。監控室設置在中心站，同時監控管理附近若干收費小站。小站設備機房為無人值守狀態，如何通過網絡實現監控室對各管轄設備機房運行環境數值進行實時有效監測，隨時掌握各機房設備運行環境狀況，是高速公路機電管理人員比較關心的問題。

本文通過對實際情況分析并編程測試，開發一套基于單片機的機房運行環境數值聯網監測系統，實現對溫濕度等機房運行環境數值的聯網監測功能。

1 系統結構

高速公路各收費站機房設備24 h運行，集中監控室通過二級視頻監控系統查看各遠程機房內視頻情況，但無法掌握室內溫度、濕度及煙霧濃度等運行環境數值的實時數據。根據對現場實際情況分析，本文以監測溫濕度為例，設計一套機房運行環境數值聯網監測系統，由數據檢測終端、數據采集上傳軟件及數值監測顯示網站三個功能模塊加中心數據庫構成，系統結構如圖1所示。監控室現場放置數據檢測終端，上位機運行數據采集上傳軟件來采集下位機(采集終端)數據并通過網絡上傳到中心數據庫保存。監控室通過數據監測網站實時查看各管轄機房的溫濕度數據，達到集中監測各管轄收費站機房溫濕度等環境數值的目的。

圖1 系統結構圖

2 數據檢測終端

數據檢測終端采用單片機系統進行設計，采用C51語言編程，數據檢測終端放置在機房，與管理計算機(上位機)串口連接，實現24 h數據檢測并發送至上位機串口。單片機具有功能強大、安全性能高、穩定性強、體積較小、經濟性較好等特點，可廣泛應用于多種測控領域。采用單片機來進行溫度與濕度測控具有測量精度高、靈活性強、使用方便等特點，而且還可大幅度降低能耗。采集終端主要有STC89C52RC芯片、DHT11數字溫濕度傳感器和LCD液晶模塊等元器件構成，數據檢測終端電路圖見圖2。STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，使用經典的MCS-51內核，具有8K字節系統可編程Flash存儲器。DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，產品具有可靠性高、響應快、抗干擾能力強、性價比極高等優點。

圖2 采集終端電路圖

數據檢測終端通過DHT11檢測溫濕度數值并把結果實時顯示在LCD1602液晶模塊，如數據超出設定的溫濕度范圍則驅動蜂鳴器發出告警聲音。數據檢測終端通過4針串口線接到上位機串口，把當前數據實時上傳到上位機數據采集軟件。

3 數據采集上傳軟件

數據采集上傳軟件采用Delphi語言設計，軟件運行于機房管理計算機(上位機)，界面如圖3所示。系統24 h實時監聽指定串口，接收串口數據并實時顯示當前溫濕度。軟件通過ODBC數據源連接遠程數據庫，根據設定的時間間隔及入庫規則，定時從待上傳列表中讀取數值，經拆分處理后把合適數據通過網絡保存至集中監控室遠程數據庫，供監測網站讀取調用。

圖3 數據采集軟件示例圖

4 數據庫

考慮到本系統數據庫結構比較簡單、并發訪問量小等因素，所以采用Mysql數據庫管理系統軟件存儲數據。MySQL是最流行的關系型數據庫管理系統之一，MySQL所使用的SQL語言是用于訪問數據庫的最常用標準化語言。由于其體積小、跨平臺、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點，在WEB應用方面，MySQL被廣泛應用于網站數據庫使用。

本系統設置StationInfo和CheckData兩個數據表，分別存儲機房站點信息和機房采集數據信息，供各機房的數據采集軟件和集中監控室數據監測網站訪問操作。StationInfo數據表用來保存機房的基本參數數據，表結構如圖4所示，包括機房所在收費站代碼、站名、溫濕度上下限值及網站顯示位置坐標等字段。CheckData數據表用來保存機房運行環境數值的監測數據，數據表結構如圖5所示，包括機房所在記錄ID、收費站代碼、檢測日期時間及溫濕度值等字段。

圖4 StationInfo數據表結構示意圖

圖5 CheckData數據表結構示意圖

5 數值監測顯示網站

為配合MySQL數據庫使用，數值監測顯示網站采用PHP編程語言編寫，Web服務器軟件采用Apache服務器軟件。Apache可以運行在幾乎所有廣泛使用的計算機平臺上，由于其跨平臺和安全性被廣泛使用，是最流行的Web服務器端軟件之一。Apache的特點是簡單、速度快、性能穩定，并可做代理服務器來使用。PHP是一種通用開源腳本語言，語法吸收了C、Java和Perl的特點，利于學習，使用廣泛，主要適用于Web開發領域，PHP支持幾乎所有流行的數據庫以及操作系統。

機房運行環境數值監測顯示網站主頁定時查詢讀取數據庫中機房運行環境數值的檢測數據，實時顯示各機房最新檢測數值，通過與設定值對比分析，給出相應提示。如采集超時、溫度過高/低、濕度過高/低等，內容閃爍或聲音提醒操作人員注意，然后及時通知維護人員對告警機房進行檢查。

6 結語

現場數據檢測終端24 h監測采樣，數據采集上傳軟件定時采集現場檢測終端的數值并上傳至中心數據庫，監控室運行環境數值監測網站實時查詢監測最新數值，通過三個功能模塊的配合使用，集中監控室能實時掌握各管轄收費站機房運行環境數據。由于系統采用B/S結構進行開發部署，網絡內各聯網電腦都可以通過Web瀏覽器訪問監測網站，輕松實現多用戶聯網監測各機房運行環境數值。

另外，根據單片機易擴展特性，現場數據檢測終端還可以增加煙霧濃度檢測、紅外檢測、電源檢測等功能。聯網計算機可通過訪問網站系統實時監測更多現場有用數據，方便管理者實時掌控各機房運行環境各種數值，快速作出判斷并采取相關措施。

[1]郭天祥.新概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2009.