基于物聯(lián)技術(shù)的數(shù)據(jù)中心直流電源檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究

成紹群 劉孝趙 劉甜歌 孫二威

摘要：該設(shè)計是基于STM32微控制器的數(shù)據(jù)中心直流電源檢測系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計主要工作流程先是通過電流模塊檢測電路當(dāng)中瞬時電流大小，再通過電流大小來判斷當(dāng)前直流電源是否出現(xiàn)故障。然后利用電壓模塊檢測電路中的直流電源電壓是否達(dá)到額定電壓。然后溫度檢測模塊檢測直流電源當(dāng)前溫度信息進(jìn)行判斷直流電源是否過載工作，再通過WiFi模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。繼電器模塊進(jìn)行切換直流電源操作，以此檢測達(dá)到監(jiān)測保護(hù)直流電源目的。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器??? 直流電源?? 檢測

中圖分類號：TM933????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1、引言

隨著這幾年信息化的全球發(fā)展，我國正在往智能化自動化信息方向發(fā)展， 服務(wù)器的在信息化社會的使用中是密不可分的重要之處，我們預(yù)防隱患是我們設(shè)計的目的，數(shù)據(jù)中心直流電源輸出端的檢測硬件設(shè)計主要由：STM32單片機，紅外溫度傳感器，電流傳感器，電壓傳感器，繼電器，OLED顯示屏，WIFI等模塊組成。

檢測首先是檢測服務(wù)器直流電源工作時的電壓值，判斷當(dāng)前的工作電壓是不是在正常的工作電壓下工作， 是不是會存在欠壓工作，從而達(dá)不到額定功率。由于在直流電源電壓達(dá)不到要求時雖然不會對電路元器件造成損壞，但是當(dāng)電壓達(dá)不到各模塊所需要的目標(biāo)的電壓時，各電路的模塊的部分功能可能沒有辦法實現(xiàn)，當(dāng)其存在欠壓時報警電路發(fā)出報警信號通知管理人員過去檢查。

2、系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容

首先，直流電源檢測基于 MCU芯片中 STM32單片機來進(jìn)行工作的，所有參數(shù)通過MCU的一些引腳和模塊相互連接，再加上程序上所編寫的通訊規(guī)則來讀取模塊中的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)主要功能。其一，檢測服務(wù)器供電直流電源自身溫度過大時候，我們通過 IO口來驅(qū)動三極管工作達(dá)到開關(guān)作用控制蜂鳴器來實現(xiàn)報警功能， 報警功能用來提醒工作人員上前檢查其直流電源是什么原因出現(xiàn)的過熱現(xiàn)象。其次，檢測服務(wù)器直流電源輸出電壓是否處于額定輸出。當(dāng)電壓未達(dá)到服務(wù)器的額定電壓時， MCU獲取到這個信息之后會通過 IO口對繼電器的控制進(jìn)行快速的切換供電直流電源， 從而實現(xiàn)服務(wù)器正常工作不影響其整體性能。當(dāng)切換直流電源以后本系統(tǒng)設(shè)計會通過WIFI模塊向移動設(shè)備發(fā)出直流電源已切換信號來通知工作人員來進(jìn)行對另一個其直流電源進(jìn)行檢查維修或更換。 其三，檢測服務(wù)器直流電源輸出電流是否在額定電流下，當(dāng)出現(xiàn)電流突然變大或者電流持續(xù)變大時， 說明其工作直流電源出現(xiàn)了問題， MCU獲取到這個情況時會立刻切換直流電源系統(tǒng)，并且發(fā)出報警并向移動端發(fā)出提示信息提醒工作人員盡快前來對直流電源進(jìn)行維修或更換。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器直流電源的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3. 主控電路設(shè)計

系統(tǒng)采用STM32F103C8微控制器作為控制電路，它是中等容量的STM32產(chǎn)品嗎，是基于ARM的Cortex-M3的內(nèi)核，具有芯片體積較小和功耗低等特點，程序存儲容量是64KB，電源提供只需2V-3.6V之間即可，且工作溫度范圍較廣，完全滿足本設(shè)計需求，本設(shè)計中采用ST-LINK進(jìn)行調(diào)試下載，其IO口分配如圖2所示。

4、電流檢測設(shè)計

本設(shè)計采用MAX471芯片，它是Maxim生產(chǎn)的高精度電流檢測放大器芯片，此模塊不需要外接直流電源，模塊內(nèi)部可以直接使用被測直流電源供電，可以在3-36V的直流電中檢測電流，檢測電流范圍為正負(fù)3A，且可以通過一個輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為對地電壓輸出，且跟蹤的電流變化頻率可達(dá)到130kHz。其內(nèi)部有兩個運算放大器構(gòu)成差動輸入，可以提高信號的抗干擾能力，增強小電流信號的測量準(zhǔn)確度，如果使用多個并聯(lián)檢測能力還可以擴(kuò)寬，輸出端輸出的電壓和電流成正比例關(guān)系，電流檢測電路如圖3。MAX471與 MCU連接理論上僅僅只需要一根線，嚴(yán)格意義來說應(yīng)該是兩根線，即 OUT（8）、 GND（4）。 OUT為檢測電路電流轉(zhuǎn)換成電壓的輸出引腳，被測電路中電流大小就是從此引腳電平大小得出。 GND為供電直流電源負(fù)極，也就是參考點，如果不規(guī)定固定參考點的話電壓測出來將會不準(zhǔn)確。

4、數(shù)據(jù)輸出顯示電路

把八個LED燈按照一定的位置擺放就會形成一個默認(rèn)的數(shù)字8的形狀通過不同位置的燈亮或滅形成0到F的十六個數(shù)字。OLED模塊就利用這種原理把八千多個LED燈集成到一個很小的模塊上，它雖然無論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序如何，由模塊組成的液晶顯示方案比相同類型的圖形點陣液晶顯示模塊緊湊顯示效果更好更省電。其中模塊所設(shè)計到的電路原理圖，通過此圖中的標(biāo)識可以看到 OLED與 MCU之間數(shù)據(jù)交流的接口是 PB14、 PB13口，因此，MCU可以通過這個兩個接口對該模塊的控制與顯示，在此模塊的屏幕上可以顯示自己所需要的內(nèi)容。

4、 網(wǎng)絡(luò)云平臺顯示設(shè)計

通過MCU串口3與WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 當(dāng)按鍵1長按下時清除WIFI模塊當(dāng)前保存的WIFI數(shù)據(jù)。 如果按鈕1短按時WIFI模塊進(jìn)入配網(wǎng)模式，通過手機APP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的配置將WIFI模塊介入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中。 MCU以與服務(wù)器相同的格式執(zhí)行數(shù)據(jù)，通過串行端口上傳有效數(shù)據(jù)，并接收服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)。通過機智云官網(wǎng)生成安卓軟件APP源碼，并對源碼進(jìn)行環(huán)境的配置和設(shè)計，最終形成如圖4所示。

6、 系統(tǒng)調(diào)試

（1） 電路模塊之間組合調(diào)試

根據(jù)整體的模塊電路圖，將各個模塊連接到MCU上，由MCU統(tǒng)一協(xié)調(diào)并工作，逐一進(jìn)行模塊鏈接。

（2） 整體電路板測試

電路板測試是在元件焊接但未通電之前檢查電路板。 此過程是系統(tǒng)啟動前的檢查。另一方面，檢查設(shè)備引腳功能以查看設(shè)計是否正確。 可以按照第一個直流電源和地的順序檢測，然后再測試模塊與MCU之間的引腳連接是否導(dǎo)通。

（3） 模塊通電檢測

通電調(diào)試是調(diào)試的重要部分之一缺之不可。 首先，需要測試直流電源兩端是否有正常的工作電壓。 如果兩端電壓不正常，則可能是相應(yīng)的電路損壞或電路之中存在工作不正常以及短路，并且需要在上電之前對其進(jìn)行處理。 如果檢測板子直流電源兩端電壓再5V左右，說明電路的直流電源或者電路中無其他異常。然后就開始檢測每個模塊工作是否在工作的電壓左右，如果模塊電壓也是正常的就可以對每個模塊的功能進(jìn)行檢測了。

（4）程序及APP移動設(shè)備測試

系統(tǒng)軟件調(diào)試也該分為調(diào)試模塊，以便過程可以有一定秩序的調(diào)試過程。

（5）整體設(shè)計與APP端同步檢測

電路板通電之后，觀察OLED屏幕上有沒有程序中寫到的顯示內(nèi)容，溫度模塊、電壓模塊、電流模塊的直流電源指示燈有沒有被點亮，觀察功能有沒有實現(xiàn)。 接通直流電源以后，OLED能夠正常顯示出程序中所寫到的文字以及需要顯示的參數(shù)，它的顯示結(jié)果和初始設(shè)計顯示出來的數(shù)字相同，繼電器也可以正常的工作。

7、 結(jié)論

本論文主要完成了基于STM32微控制器的數(shù)據(jù)中心直流電源檢測系統(tǒng)設(shè)計，在參考相關(guān)理論依據(jù)下， 主要實現(xiàn)了對服務(wù)器直流電源安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控，以及在沒有人為在附近時可以自動進(jìn)行緊急措施的實施。但是，本設(shè)計中仍然存在很多不足的地方，例如本設(shè)計采用的WIFI模塊是通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸大量數(shù)據(jù)時速度會減慢，力爭在后續(xù)研究的過程中進(jìn)行完善，滿足系統(tǒng)需求，數(shù)據(jù)更精確。

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作者簡介：成紹群（1998.08.14--）女，漢族，貴州省遵義市人，?？?，學(xué)生，主要從事嵌入式系統(tǒng)研究。