機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)研究

羅蘭溪+王良之+王云飛+曹鑫+熊學(xué)鋒+彭小慶

【摘要】 機(jī)房對(duì)溫濕度等環(huán)境要求十分嚴(yán)格，溫濕度等環(huán)境的變化可能引發(fā)機(jī)房設(shè)備的不正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓹C(jī)房設(shè)備受損，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失?？梢?jiàn)保持機(jī)房?jī)?nèi)適宜的溫濕度環(huán)境對(duì)機(jī)房設(shè)備的安全可靠運(yùn)行十分必要，本文對(duì)此進(jìn)行了探討和研究。

【關(guān)鍵詞】 分布式系統(tǒng) 無(wú)線傳感器 監(jiān)控系統(tǒng)

引言：為保證機(jī)房的安全，需要溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)適時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。CAN網(wǎng)絡(luò)即控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，這種方式穩(wěn)定性比較高。但是隨著網(wǎng)絡(luò)機(jī)房增多，地理位置分散，設(shè)備的不斷增多。通過(guò)傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以使復(fù)雜多處的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境變得簡(jiǎn)單、靈活、技能、便于維護(hù)。因此，分布式控制系統(tǒng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合更符合現(xiàn)在機(jī)房的監(jiān)控管理。

一、分布式控制系統(tǒng)

由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制生產(chǎn)過(guò)程中多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)采用微處理機(jī)分別控制各個(gè)回路，而用中小型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或高性能的微處理機(jī)實(shí)施上一級(jí)的控制。各回路之間和上下級(jí)之間通過(guò)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(jī)交互以及監(jiān)控和管理等功能。分布式控制系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是身纏過(guò)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(jī)安裝在測(cè)量裝置與控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，將控制功能盡可能分賽，管理功能相對(duì)集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不會(huì)由于計(jì)算機(jī)的故障而使整個(gè)系統(tǒng)失去控制。當(dāng)管理級(jí)發(fā)生故障時(shí)，過(guò)程控制級(jí)（控制回路）扔具有獨(dú)立控制能力，個(gè)別控制回路發(fā)生故障時(shí)也不致影響全局。

二、分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）高可靠性：由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。2）開(kāi)放性：DCS采用開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其它計(jì)算機(jī)的工作。3）靈活性：通過(guò)組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測(cè)量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法選擇使用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形形成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫(huà)面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。4）易于維護(hù)：功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排出故障。5）協(xié)調(diào)性：各工作站之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)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(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)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(luò)機(jī)房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要是將多處的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中的溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器采集，然后結(jié)合Zigbee網(wǎng)絡(luò)連接，將數(shù)據(jù)傳送到控制機(jī)房，提醒管理員及時(shí)的處理，同時(shí)利用Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有雙向通信的特點(diǎn)，將中心監(jiān)控機(jī)房處理后的信息生成控制指令通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)反饋給遠(yuǎn)程的受控節(jié)點(diǎn)，從而形成一閉環(huán)的控制系統(tǒng)。Zigbee技術(shù)組建機(jī)房溫濕度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，具有低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點(diǎn)?，F(xiàn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議很多，每個(gè)協(xié)議更具自己的特點(diǎn)適應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

四、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，它主要的任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)的傳感和預(yù)處理，重要的組成部分有傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)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(cè)區(qū)域內(nèi)環(huán)境信息；處理器模塊用于對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的模塊控制和對(duì)采集接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；無(wú)線通信模塊主要負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，讓節(jié)點(diǎn)之間無(wú)線通信；電源模塊為各個(gè)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?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。

五、溫濕度模塊

溫濕度模塊經(jīng)過(guò)從抗干擾能力、相應(yīng)速度、價(jià)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(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，采用CMOSensOR技術(shù)確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)還集成一個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和能隙式測(cè)溫元件，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理器、CRC發(fā)生器、總線接口等模塊。

六、雙向控制節(jié)點(diǎn)

由于Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有雙向性通信特點(diǎn)，機(jī)房控制溫濕度主要通過(guò)空調(diào)來(lái)控制，監(jiān)控管理人員可以把對(duì)空調(diào)的控制命令通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳遞到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，然后通過(guò)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的遙控紅外控制命令。由于紅外控制會(huì)增加CC2530的負(fù)載，從而直接影響Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信，因此，我們選擇AT89S8952單片機(jī)，它任務(wù)是通過(guò)紅外線通道學(xué)習(xí)機(jī)房空調(diào)的遙控器紅外命令，并將命令存儲(chǔ)到EEPROM中，并且通過(guò)串口來(lái)通CC2530交換數(shù)據(jù)。當(dāng)本系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)模塊接收到來(lái)自Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的空調(diào)控制指令，將其轉(zhuǎn)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(diào)的控制。

七、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)程序以及溫濕度采集節(jié)點(diǎn)程序，溫濕度采集結(jié)點(diǎn)程序目的是將傳感器采集到的溫濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳送到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)接收到信息后，將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)報(bào)警。監(jiān)控人員處理后又將結(jié)果傳回通過(guò)單片機(jī)控制溫濕度。

結(jié)束語(yǔ)：分布式控制系統(tǒng)穩(wěn)定性比較高，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成本低、功耗低。二者相結(jié)合，可以更好的應(yīng)用于目前機(jī)房的多地話，不僅對(duì)溫度、濕度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的監(jiān)控、采集、分析、控制，同時(shí)解決了傳統(tǒng)的工作方式帶來(lái)的各種弊端，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)監(jiān)控的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

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