羅蘭溪+王良之+王云飛+曹鑫+熊學鋒+彭小慶

【摘要】 機房對溫濕度等環(huán)境要求十分嚴格，溫濕度等環(huán)境的變化可能引發(fā)機房設備的不正常工作，嚴重時甚至會造成機房設備受損，帶來巨大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失?？梢姳３謾C房內適宜的溫濕度環(huán)境對機房設備的安全可靠運行十分必要，本文對此進行了探討和研究。

【關鍵詞】 分布式系統(tǒng) 無線傳感器 監(jiān)控系統(tǒng)

引言：為保證機房的安全，需要溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)適時進行監(jiān)測。CAN網(wǎng)絡即控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網(wǎng)絡，這種方式穩(wěn)定性比較高。但是隨著網(wǎng)絡機房增多，地理位置分散，設備的不斷增多。通過傳感器和無線網(wǎng)絡的結合，可以使復雜多處的網(wǎng)絡機房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境變得簡單、靈活、技能、便于維護。因此，分布式控制系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡相結合更符合現(xiàn)在機房的監(jiān)控管理。

一、分布式控制系統(tǒng)

由多臺計算機分別控制生產(chǎn)過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)采用微處理機分別控制各個回路，而用中小型工業(yè)控制計算機或高性能的微處理機實施上一級的控制。各回路之間和上下級之間通過高速數(shù)據(jù)通道交換信息。分布式控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獲取、直接數(shù)字控制、人機交互以及監(jiān)控和管理等功能。分布式控制系統(tǒng)是在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，是身纏過程的一種比較完善的控制與管理系統(tǒng)。在分布式控制系統(tǒng)中，按地區(qū)把微處理機安裝在測量裝置與控制執(zhí)行機構附近，將控制功能盡可能分賽，管理功能相對集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會由于計算機的故障而使整個系統(tǒng)失去控制。當管理級發(fā)生故障時，過程控制級（控制回路）扔具有獨立控制能力，個別控制回路發(fā)生故障時也不致影響全局。

二、分布式系統(tǒng)的特點

1）高可靠性：由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構改用容錯設計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。2）開放性：DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其它計算機的工作。3）靈活性：通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法選擇使用的控制規(guī)律以及從圖形庫調用基本圖形形成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統(tǒng)。4）易于維護：功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排出故障。5）協(xié)調性：各工作站之間通過通信網(wǎng)絡傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調工作，已完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。6）控制控能齊全：控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

三、溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡機房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要是將多處的網(wǎng)絡機房中的溫濕度數(shù)據(jù)通過傳感器采集，然后結合Zigbee網(wǎng)絡連接，將數(shù)據(jù)傳送到控制機房，提醒管理員及時的處理，同時利用Zigbee網(wǎng)絡具有雙向通信的特點，將中心監(jiān)控機房處理后的信息生成控制指令通過無線網(wǎng)絡反饋給遠程的受控節(jié)點，從而形成一閉環(huán)的控制系統(tǒng)。Zigbee技術組建機房溫濕度監(jiān)控網(wǎng)絡，具有低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點。現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議很多，每個協(xié)議更具自己的特點適應于不同的網(wǎng)絡環(huán)境。

四、無線傳感器節(jié)點

無線傳感器網(wǎng)絡的基礎是無線傳感器節(jié)點，它主要的任務是對數(shù)據(jù)的傳感和預處理，重要的組成部分有傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊。傳感器模塊主要用于感知和采集監(jiān)測區(qū)域內環(huán)境信息；處理器模塊用于對整個節(jié)點的模塊控制和對采集接收的數(shù)據(jù)進行處理；無線通信模塊主要負責接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，讓節(jié)點之間無線通信；電源模塊為各個模塊提供電能。由于Zigbee的傳輸速率低，因此使用AA電池供電，估算靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間。

五、溫濕度模塊

溫濕度模塊經(jīng)過從抗干擾能力、相應速度、價格等方面綜合考慮，選擇SHT11溫濕度傳感器，SHT11屬于傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出標定的數(shù)字信號，采用CMOSensOR技術確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。同時還集成一個電容式聚合體測濕元件和能隙式測溫元件，與14位的A/D轉換器、信號調理器、CRC發(fā)生器、總線接口等模塊。

六、雙向控制節(jié)點

由于Zigbee網(wǎng)絡具有雙向性通信特點，機房控制溫濕度主要通過空調來控制，監(jiān)控管理人員可以把對空調的控制命令通過對網(wǎng)絡傳遞到Zigbee網(wǎng)絡中，然后通過轉化成對應的遙控紅外控制命令。由于紅外控制會增加CC2530的負載，從而直接影響Zigbee網(wǎng)絡通信，因此，我們選擇AT89S8952單片機，它任務是通過紅外線通道學習機房空調的遙控器紅外命令，并將命令存儲到EEPROM中，并且通過串口來通CC2530交換數(shù)據(jù)。當本系統(tǒng)正常運行，當模塊接收到來自Zigbee網(wǎng)絡傳來的空調控制指令，將其轉換成紅外發(fā)送命令，從EEPROM讀取數(shù)據(jù)，按照這些數(shù)據(jù)規(guī)定的脈寬參數(shù)控制紅外發(fā)射管發(fā)送紅外線。從而完成空調的控制。

七、系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件主要設計了數(shù)據(jù)接收節(jié)點程序以及溫濕度采集節(jié)點程序，溫濕度采集結點程序目的是將傳感器采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，通過無線傳送到數(shù)據(jù)節(jié)點，數(shù)據(jù)節(jié)點接收到信息后，將數(shù)據(jù)傳送到計算機中存儲，發(fā)現(xiàn)問題及時報警。監(jiān)控人員處理后又將結果傳回通過單片機控制溫濕度。

結束語：分布式控制系統(tǒng)穩(wěn)定性比較高，無線傳感器網(wǎng)絡技術成本低、功耗低。二者相結合，可以更好的應用于目前機房的多地話，不僅對溫度、濕度數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時的監(jiān)控、采集、分析、控制，同時解決了傳統(tǒng)的工作方式帶來的各種弊端，實現(xiàn)了全網(wǎng)監(jiān)控的目的。

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