節能環保型智能機房研究與設計

摘 要：機房是當前各類院校必不可少的一類實驗室，作為教學、科研開發的主要工作環境，機房有著很重要的地位。機房的普遍利用率高，耗電量大。隨著科技進步、經濟發展、能源的持續消耗，對智能機房的建設提出了新的要求，節能環保的供電設計成為智能機房設計的流行趨勢。節能環保型智能機房研究與設計，主要研究內容是基于機房的一套太陽能供電系統，結合物聯網技術，搭建實驗室管理數據平臺，設計一套節能環保型智能機房的整體方案。

關鍵詞：節能環保；智能機房；物聯網；管理平臺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.107

1 引言

目前絕大多數機房都采用城市供電網作為主要能源供應點，城市供電的電力大部分是由消耗化石能源轉化的，既浪費能源，又污染環境。就機房的管理來看，大部分院校機房采取人工管理或者條形碼技術對實驗室設備進行管理。這種人工手段的登記設備，不能對設備進行很好的實時信息查詢、監管以及安全跟蹤，最終導致設備有可能丟失也沒辦法掌握，比如，機房鼠標這種小型設備損壞丟失現象時有發生，給機房教學和學生實驗帶來極大麻煩，從學校角度出發很容易造成不必要的資金浪費。由于機房上課的師生很多，所以毎天下班時難免會有人忘記關燈或者關閉-些設備，因而會導致大量能源的浪費。

若想達到機房的節能環保，減少浪費，可以從能源供應和機房管理兩方面進行研究與設計。針對目前機房耗電量大，智能化管理程度較低這一事實，本研究采用光伏供電系統提供機房供電，利用物聯網技術實現機房的智能化和綠色化管理。機房的節能環保和智能管理的研究與設計，將對實驗室管理方面開辟新途徑，具有重要的現實意義。

2 國內外研究現狀、水平和發展趨勢

節能環保型供電的形式多種多樣，包括太陽能供電、風力發電、地熱能發電等。其中，太陽能發電占節能環保供電比例的一半以上。近年來，太陽能發電有了非常大的變化。美國國家政府大力發光伏企業，開展科研項目，縮小光伏發電成本，達到能源消耗降低和環境治理保護的目的。作為資源匱乏國的日本，一直以來非常重視把光伏技術實際應用在各個領域中。近年來，德國在光伏組件與建筑相結合的方面做到了領先態勢，國內許多大型光伏生產商分別推出了各自規格的光伏組件。中國也不例外，中國的光伏行業通過研究國外發達國家光伏建筑一體化技術，進行自主開發設計，開展了光伏建筑一體化的實際應用。

目前，智能監控、智能物流、智能交通、智能安防式及家用電器的智能化控制等都逐步通過物聯網實現，使生產和生活更加智能和便捷。在智能實驗室研究中，美國很多大學在物聯網方面，已經開展了大量工作，如加州大學洛杉磯分校的嵌入式網絡感知中心實驗室、無線集成網絡傳感器實驗室、網絡嵌入式系統實驗室等；麻省理工學院目前從事著研究極低功耗的無線傳感器網絡方面；俄亥俄州有所州立克利夫蘭大學，他們的移動計算機實驗室已經開始研究在基于IP的自組織網絡方面和移動網絡結合無線傳感器網絡技術。從上都是高校和科研院所做的研究。目前，我國物聯網具備了一定的技術、產業和應用基礎，呈現出良好的發展態勢，但發展仍處于起步階段。我國在芯片、通信協議、網絡管理、智能計算等領域都進行了多年的技術研究，并獲得了不少突破，具體的有傳感器網絡接口、安全、標識、傳感器網絡與通信網體系結構等方面。

2011年，我國《物聯網“十二五”發展規劃》正式公布，非常清晰地提出了我國物聯網發展的發展宗旨、主要級劃、重點項目等，也提出了我國物聯網未來發展的重點方向，另外也從方案、投資、技術、人才等方面提出了一系列詳細計劃?？偠灾?，這個規劃的提出對提高我國物聯網發展水平，讓新一代信息技術產業得到培育和壯大具有重要意義。

傳統的電網供電和人工管理方法己經不能滿足現代化機房管理的需求。物聯網技術的到來已經為實驗室的管理奠定了基石，如何運用物聯網技術進行對設備實時監控，實現實驗室管理節能環保和綠色化，己經成為現在實驗室管理的關鍵問題。

3 節能環保型智能機房設計目標

3.1 主要技術指標

研究的主要技術指標包括：

（1）搭建由一套光伏供電系統。以節能環保為設計理念，確定太陽能光伏供電電源，為室內交直流負荷進行供電，并確保供電可靠性和穩定性的目標。

（2）對實驗室需要檢測的信號，采集和分析處理，達到采集數據實時、準確的目標。通過無線傳感器將感知到的機房計算機、空調和照明燈的使用信息和用電量傳入到網關，進而再通過網關傳入到后臺服務器，完成設備的管理數據挖掘。

（3）搭建短信收發平臺，用戶隨時掌握機房的動態信息。智能檢測和短信收發平臺的設計，以物聯網技術為核心，實現管理的智能化、自由化。

3.2 擬解決的關鍵問題

本研究的核心在供電系統設計和智能管理系統設計兩方面，擬解決的關鍵問題有：

（1）供電平臺中各模塊的功能和選型分析。

（2）基于物聯網的實驗室管理系統的詳細設計，包括系統架構和模型，數據庫及模塊結構的設計。

4 節能環保型智能機房的設計實現

4.1 RFID技術

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。

無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標簽本身擁有電源，并可以主動發出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

機房設備運用了射頻識別技術。將標簽附著在機房設備上，方便機房設備和人員的信息采集，為設備的智能化管理提供條件。

4.2 設計內容及技術路線

節能環保型智能機房設計內容如下：

（1）光伏發電系統設計和搭建工作。由太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池組、逆變設備、整流設備、用電負荷等組成的一整套供電系統，對供電平臺中各模塊的功能和選型進行分析，計算設備參數，選擇設備型號。

（2）機房設備和人員的信息采集、處理和傳輸工作。通過在每

個實驗室放置RFID系統裝置或者無線傳感器裝置進行數據采集，而且通過該裝置可實時地進行信息處理和傳輸，并通過Wifi傳輸到網關及后臺的數據庫服務器中。

（3）短信收發平臺的設計。通過開發一個短信收發平臺，來實現師生能夠及時了解實驗室的設備和用電動態信息。

設計的技術路線如圖1所示。

4.3 實驗方案

本設計的整理實驗方案如下：

首先，選擇合適的供電方式，本設計選擇太陽能供電，確定改造方案，進行設備參數計算與選型，完成設備安裝與調試。確定實驗室需要檢測的信號，對其進行采集，傳輸至控制芯片的分析處理。

其次，研究物聯網的關鍵技術，尤其RFID技術及其與之相關的技術。

再次，詳細設計系統架構和模型，而且對數據庫及各模塊結構進行設計。系統的服務器開發平臺、讀寫器數據采集模塊、短信收發模塊及無線傳感網的數據采集實現。

最后，對整個節能環保智能機房系統的實現進行一個總結，并對系統需要改進的地方進行規劃。

5 結論

以節能環保作為智能機房設計的理念，智能機房結合了新能源供電系統。利用了物聯網技術，將機房設備的用電情況監測起來，結合了網絡組建，智能互聯的方式，達到節能效果的智能評價。

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作者簡介：李莉（1982-），女，甘肅平涼人，研究生，工程師，研究方向：自動化、電子信息工程。