基于組態(tài)的網絡中心機房遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

祝 虹，吉承平

(揚州職業(yè)大學，江蘇 揚州 225009)

0 引言

網絡中心機房是學校校園網的核心和樞紐，機房內網絡設備的運行狀況直接影響到學校的教學、科研等各項工作的順利進行。中心機房內的網絡設備是由易受環(huán)境條件影響的精密電子設備、機電設備組成，如果機房環(huán)境不能滿足這些設備的使用要求，就會加速設備元器件及材料的老化，降低設備的可靠性，縮短設備的使用壽命。本文針對網絡中心機房對環(huán)境需求的特殊性以及機房自身的重要性，設計了基于組態(tài)的網絡中心機房遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

組態(tài)源自英文“Configuration”，有配置的含義[1-5]，它是運用軟件工具對計算機和軟件進行配置，達到滿足用戶使用需求的目的。本文設計的機房監(jiān)控系統(tǒng)通過對各種參數的組態(tài)配置，實現了對中心機房環(huán)境參數及各種網絡設備的監(jiān)測、控制，同時通過網絡將各種參數發(fā)送到監(jiān)測中心進行顯示與存儲，使得網管員能快速、及時地對機房中的網絡設備進行遠程巡檢、控制、管理與維護。

1 需求分析

機房測控系統(tǒng)需要實現數據采集、空調自動控制、照明控制、遠程監(jiān)控等功能。

(1)進行機房內溫濕度等環(huán)境信息和供電電壓的數據采集，將采集到的各項參數與預先設定的正常值進行比較，非正常情況下系統(tǒng)報警。

(2)機房內網絡設備較多，散熱量大，空調需要24小時不間斷工作。如果空調發(fā)生故障不能制冷，應立即重新啟動空調電源，并報警。

(3)從節(jié)約能源方面考慮，對機房內的照明燈實現檢測和控制。若網管員不在機房，而照明燈沒有關閉，可通過遠程控制將燈關閉。

(4)系統(tǒng)將采集到的設備狀態(tài)、環(huán)境參數等信息發(fā)送到監(jiān)控中心顯示與保存，使得網管員能實時監(jiān)控機房內發(fā)生的各種情況。

2 體系結構

圖1 系統(tǒng)結構圖

系統(tǒng)結構設計如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控服務器和測控終端兩部分。監(jiān)控服務器放置在網絡中心機房內，負責收集機房內的環(huán)境參數、設備狀態(tài)參數等，將收集到的參數以數字、曲線圖等形式顯示，并將信息存入數據庫備查;測控終端包括控制器硬件及相應的測控軟件。在機房內設置些采集點，負責采集機房的溫濕度等參數，將采集結果顯示在液晶上，并將測量參數與預先設定的值(溫度預設為18℃ ～22℃，濕度預設為50% ～60%)進行比較，如果測到的參數值超出預設范圍，進行聲光報警，自動控制相應的受控設備進行處理、改善，使其回歸到正常范圍，并將采集到的各項參數發(fā)送到監(jiān)控中心，顯示和存儲。

3 硬件選擇與接口電路設計

本監(jiān)控系統(tǒng)的測控硬件平臺的核心采用了Freescale公司的微控制器MCF52233(60MHz)，它的內核集成了ColdFire V2版本，片內有32kB的SRAM和256kB的Flash，是一款適合解決終端以太網應用的微控制器[6-9]。測控系統(tǒng)的硬件電路包括核心板電路設計、擴展板電路設計、溫度控制電路設計、濕度控制電路設計、開關量輸入輸出模塊、MCF52233以太網接口設計等。限于篇幅，本文詳細介紹溫、濕度電路的設計。系統(tǒng)的硬件總體設計框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的硬件框圖

3.1 溫度監(jiān)控電路設計

溫度正常是確保機房內各類網絡設備正常工作的重要物理參數之一，且遠程、網絡化采集溫度并報警是現代化機房發(fā)展的一個必然趨勢。在溫度電路設計時，考慮到Pt100鉑熱電阻，它的阻值與溫度的變化成正比，且Pt100阻值測量范圍可達－200℃ ～+850℃之間，最大非線性偏差僅小于0.5℃，Pt100符合系統(tǒng)溫度采集需求。系統(tǒng)室溫測量選用了Pt100鉑電阻型溫度傳感器。

圖3 溫度接口電路

溫度控制電路設計如圖3所示。測控設備的模擬量接口采用了5V電壓信號輸入，傳感器測量電橋由PtR2、PtR3、PtR4與Pt100組成，為了保證電橋輸出穩(wěn)定的電壓信號，可調分流基準源(TL431)將電橋的輸入電壓穩(wěn)定在2.5V。測控終端設備的模擬量接口輸入信號的獲取，是通過從電橋獲取差分信號，再經過兩級運放放大后得到。放大電路的運算放大器采用了LM324。為了避免由于單極放大倍數過高帶來的非線性差，放大電路采用了兩級放大:前級放大約為8倍，后級放大約為2倍。運放的差分電壓信號可以通過調節(jié)電阻PtR3進行調整。當環(huán)境溫度上升時，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，接口電路的輸出電壓對應升高，如果溫度升高范圍超出正常值，系統(tǒng)報警。

3.2 濕度監(jiān)控電路設計

目前，測量濕度的方法主要有:干濕球測濕法和電子式濕度傳感器測濕法。由于電子式濕度傳感器的測量準確度達到2% ～3%RH，系統(tǒng)采用了HS1101濕敏電容組成的電子式濕度測試電路。

HS1101濕敏電容器件具有快速反應時間、長時間飽和下快速脫濕、高可靠性與長時間穩(wěn)定性等特點，接口控制電路設計如圖4所示。系統(tǒng)采用12VDC供電，將HS1101置于運算放大器與電阻和電容組成的橋式振蕩電路中，通過調節(jié)HumR2可調整放大器的輸出電壓，實現調零;由振蕩電路產生的正弦波電壓信號經過整流、直流放大，再經A/D轉換為易于計算機接收的數字信號。為了降低信號的波動，將HumR3與HumC2形成RC回路。

圖4 濕度傳感器接口電路

電路設計時，發(fā)現采集到的濕度A/D值的波動較大，接入HumC2后A/D值正常;當 HumOut端出現過高電壓時，可將HumV反接，可以起到過壓保護作用。

4 軟件組態(tài)配置

系統(tǒng)設計時，需要通過配置若干參數實現機房各參數的遠程監(jiān)控。具體配置參數:輸入與輸出通道配置參數、網絡配置參數、傳感器的物理量回歸參數、輸入與輸出控制關系配置參數等[10-14]。監(jiān)控軟件通過配置式組態(tài)開發(fā)進行相關參數配置，從而實現對具體應用系統(tǒng)需求的滿足。

根據輸入輸出分析表(見表1)，對網絡參數的配置信息如圖5所示。在進行溫、濕度輸出控制時，當檢測到溫度超出正常配置的上、下限(22℃ ～18℃)，空調衛(wèi)士電源立即開啟，實現空調的開啟操作;當檢測到濕度超出正常配置的上限(60%)，除濕器電源即刻開啟，對空氣除濕，當濕度低于配置的下限(50%)，加濕器電源開啟，進行加濕。當需要添加控制器時，只需要點擊組態(tài)配置菜單中添加模板命令將配置信息存檔，以后加載這些配置信息時，直接通過該菜單中的應用模板命令即可。將這些配置好的控制器參數派發(fā)到機房，網管員可以通過監(jiān)控平臺軟件或IE瀏覽器實現對機房的遠程監(jiān)控。

表1 系統(tǒng)終端輸入輸出表

圖5 輸入輸出通道配置

5 難點總結

機房遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計涉及硬件的設計與軟件的配合，比較復雜。本文解決的主要難點有:

(1)嵌入式系統(tǒng)實現網絡化通信，各種網絡通信協議對運算速度、存儲空間等方面要求較高。目前MCU的軟硬件資源上很難運行TCP/IP等標準協議。設計時不能進行網絡協議的簡單移植，而是需要對它們進行優(yōu)化與裁剪。

(2)硬件設計時，首先明確系統(tǒng)硬件功能，做好整體規(guī)劃，其次對每個設計部分單獨、逐一分析，最后畫出其原理圖，并對其進行正確性驗證。

(3)系統(tǒng)設計時，為了防止傳感器發(fā)生偏差，產生錯誤的輸出信號，采用了遠程動態(tài)在線校準的方法，實現了物理量的回歸不依賴所用傳感器型號。

6 結束語

本文設計一個基于組態(tài)的網絡中心機房遠程監(jiān)控系統(tǒng)，并給出具體實現方案。該系統(tǒng)已在本校網絡中心成功應用。實踐證明，該系統(tǒng)軟件人機交互界面友好，能夠實時顯示現場設備檢測到的數據，成功地對機房環(huán)境進行實時、準確的監(jiān)控，有效減少機房管理人員的工作量。該系統(tǒng)及其采用的組態(tài)測控方法具有很好的應用推廣價值。

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