摘要：针对当前机房监控系统存在布线灵活性差、维护成本高等问题，本文提出一种基于ZigBee技术的机房监控系统解决方案，系统采用无线传感网络与传感器有机结合的方式，实现了机房环境数据的无线传输。机房监控终端通过传感器实时监测机房环境及基础设施运行数据，通过公共网口完成ZigBee主节点与监控主站的通信，实现对机房的远程集中监控及运行数据的统一分析管理，提高了机房运行安全性。
关键词：ZigBee；机房远程监控；应用
引言
随着经济的快速发展和现代化科技水平的不断提高，先进技术及设备在各种技术领域得到了不断应用。机房运行环境作为基础设施健康状态的“雨晴表”，将实时反映设备状态及运维水平，同时随着网络安全形势日益严峻，机房安全的重要性也日益凸显。
本文提出一种采用无线传感网络与传感器有机结合的机房监控系统解决方案。该方案根据机房监控需要，采用定制模式布放机房监控点位，通过ZigBee无线采集传输方式获取监控数据,并可直观显示实时和历史的数据变化状态,及时进行语音报警，该系统提供了全面、实时、高效、友好的显示和监控服务。
1 ZigBee系统
ZigBee作为一种新型的近程无线网络通信技术，成为当前物联网技术研究的新热点，尤其在与嵌入式技术相结合的领域发挥着不可或缺的作用。ZigBee技术自组网能力及自恢复能力强，其采用蜂巢结构组网可实现与多个方向通信，相互之间传输数据，便于维护与扩容，保障了网络的稳定性。ZigBee技术适用于自动控制和远程控制等领域，可灵活嵌入各种设备。ZigBee常见的网络拓扑结构有三种：星型结构、网状结构、簇状结构[1]。
本系统是基于ZigBee协议的无线监控系统，可以实现对机房的远程监控并实时记录机房运行状态，包括温湿度、电源及消防设备状态、机房出入情况等。系统根据预设监控角度对监控范围内机房环境进行监控，当系统检测超过设定的阈值后便会自动报警，同时将该告警信息发送给调度值班室，以便及时进行处理。
2 系统工作原理和组成结构
2.1 系统工作原理
系统监控主站通过ZigBee无线通信技术与监控终端构成局域网。监控终端通过与其相连的传感器实时监测机房运行数据信息，监控主站与各个监控终端实时通信，通过串口实现监控主站与上位机的数据通信。监控主站将采集到的数据通过串口实时发送至上位机，上位机通过监控主站将控制信号发送给各个监控终端，实现了监控主站与监控终端的互联互通。若监控发现数据超过预设调整值便对机房内设备进行适度调整（温湿度等），实现对机房设备的远程控制；若监控发现数据超过报警阈值则向监控主站发送报警信号并上报至上位机，运行值班人员根据机房运行状态进行紧急处置。
2.2 系统组成结构
机房远程监控系统采用层次型结构组网，主要由上位机（第一层）、监控主站（第二层，连接中心机房监控主机和ZigBee网络的主节点）、ZigBee主节点(第三层，协调器设备)、监控终端（第四层）组成。通常，监控主站和上位机放置于调度值班室，监控终端则根据监控需要分布在机房的不同位置。监控终端通过ZigBee传感网络实现与监控主站的实时通信，监控主站实时将监测到的数据传送至上位机，实现远程实时监测与控制[2]。
在ZigBee的无线传感器网络中，离散分布的传感器依托低耗能、易组网等优势，根据ZigBee协议实现了各节点设备之间的通信及协同工作，实现了数据从一个节点至另一个节点的传递。信息采集节点既可以是工作组的信息汇聚点，也可为ZigBee网络协调器节点。
3 系统设计
3.1 系统硬件设计
上位机选择具有串口的台式计算机，监控主站由CC2530核心控制器及外围电路构成，监控终端由CC2530核心控制器、温湿度传感器、红外传感器及外围电路构成[3]。
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3.1.1 监控主站设计
ZigBee监控主站实现数据的处理和传输，本系统选用CC2530作为ZigBee协调器节点，主要由微控制模块、电源模块、报警模块、按键模块、串口模块及JTAG测试接口模块组成。系统工作时，监控主站实现与上位机和监控终端的实时通信，实时将监控数据通过串口发送给上位机，同时将上位机发送的控制信号发送给监控终端。
3.1.2 监控终端设计
监控终端节点对机房运行参数进行采集，主要由微控制模块、无线RF模块、电源管理模块、ADC模块、高频天线模块以及JTAG调试接口组成。
3.1.3 温湿度传感器选择
考虑到系统整体稳定性及成本要求，本系统选用TELESKY公司的温湿度模块DHT11，该模块可提供数字信号输出，检测的温度范围为0℃-50℃，湿度范围为20%-95%，符合本系统的设计要求。
3.1.4 红外遥控选择
红外遥控模块选择FS_IRC红外学习模块，通过该模块可以实现对加湿器和空调的遥控指令，并且通过串口发送出控制信号。
3.1.5 实时显示技术
实时温度显示技术采用仪表和数字显示的形式,形象直观的呈现实时温度监控。仪表显示技术通过编辑Dundas.Gauges控件制作自己需要的仪表,在显示界面上通过XtremeDockingPane控件生成面板并加载Dundas.Gauges仪表控件。Dundas.Gauges控件包括数值、指针和状态标志三种表现形式。通过数值和指针表示温度值,状态表示温度是否超过阈值。
3.2 软件设计
3.2.1 监控终端软件设计
监控终端的软件设计部分主要包括数据发送及接收、告警与数据显示、环境数据监测及温湿度调节等功能。当系统上电运行后，系统复位并开始启动工作，通过安放在机房的传感器监测环境参数，并将运行数据传送给监控主站，主控制器通过数据处理和判断。当室内的温度和湿度超过调节阈值时，则通过红外模块发射控制信号，控制空调和加湿器实现启停；若超过报警阈值时，则通过报警电路发出报警信号，并实时将报警信息发送到监控室。
3.2.2 监控主站软件设计
监控主站软件功能包括ZigBee数据接收转发、Com接口数据接收转发。监控主站开机后，系统自动上电并初始化，系统不断通过中断实现对传感器监测数据和上位机控制信号的接收。上位机控制指令及参数设置数据通过ZigBee控制的射频模块分发至各个监控终端。
3.2.3 上位机软件设计
上位机软件包括串口数据收发、告警处理、数据存储显示、历史数据查询等功能。当上位机接收到主站发送的数据之后，对数据进行处理后显示在监控界面上，并提供曲线保存和报表打印的功能，方便工作人员查询以往的系统工作状态。
4 结束语
本系统是基于ZigBee无线通信协议的机房监控系统，该系统可实现24小时对机房的环境监测，并提供数据记录和报表打印功能，可降低机房巡视人员的工作量，大大提高机房环境监测的准确性和稳定性。系统具有自我调节和恢复能力，可及早的发现机房运行异常事件而造成的意外发生，从而最大程度的降低损失。该系统克服了传统监控系统布线复杂、灵活性差等特点，在智能家居、机房等监控领域都具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]练方兴,鲍鸿,龙盛鹏.基于ZigBee的机房环境远程监控系统的研究与实现[J].电子技术应用,2012(1):66-69.
[2]余建荣.基于ZigBee无线传感网络远程机房监控系统的实现研究[J].电子技术与软件工程,2016(11):17-17.
[3]姬存军.基于ZigBee技术的机房环境监控系统的设计与实现[D].电子科技大学,2016.
作者简介
胡立章（1986-12），男，汉族，河北石家庄，主要从事电力系统通信、信号与信息处理方向的研究。
论文作者:胡立章
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/17
标签：机房论文; 终端论文; 主站论文; 数据论文; 上位论文; 实时论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第19期论文;