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

成紹群 劉孝趙 劉甜歌 孫二威

摘要：該設(shè)計(jì)是基于STM32微控制器的數(shù)據(jù)中心直流電源檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要工作流程先是通過(guò)電流模塊檢測(cè)電路當(dāng)中瞬時(shí)電流大小，再通過(guò)電流大小來(lái)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(cè)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(cè)模塊檢測(cè)直流電源當(dāng)前溫度信息進(jìn)行判斷直流電源是否過(guò)載工作，再通過(guò)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(cè)達(dá)到監(jiān)測(cè)保護(hù)直流電源目的。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器??? 直流電源?? 檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：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(guó)正在往智能化自動(dòng)化信息方向發(fā)展， 服務(wù)器的在信息化社會(huì)的使用中是密不可分的重要之處，我們預(yù)防隱患是我們?cè)O(shè)計(jì)的目的，數(shù)據(jù)中心直流電源輸出端的檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)主要由：STM32單片機(jī)，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(cè)首先是檢測(cè)服務(wù)器直流電源工作時(shí)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(huì)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(shí)雖然不會(huì)對(duì)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(shí)，各電路的模塊的部分功能可能沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)其存在欠壓時(shí)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知管理人員過(guò)去檢查。

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

首先，直流電源檢測(cè)基于 MCU芯片中 STM32單片機(jī)來(lái)進(jìn)行工作的，所有參數(shù)通過(guò)MCU的一些引腳和模塊相互連接，再加上程序上所編寫(xiě)的通訊規(guī)則來(lái)讀取模塊中的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)主要功能。其一，檢測(cè)服務(wù)器供電直流電源自身溫度過(guò)大時(shí)候，我們通過(guò) IO口來(lái)驅(qū)動(dòng)三極管工作達(dá)到開(kāi)關(guān)作用控制蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能， 報(bào)警功能用來(lái)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(guò)熱現(xiàn)象。其次，檢測(cè)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(shí)， MCU獲取到這個(gè)信息之后會(huì)通過(guò) IO口對(duì)繼電器的控制進(jìn)行快速的切換供電直流電源， 從而實(shí)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(jì)會(huì)通過(guò)WIFI模塊向移動(dòng)設(shè)備發(fā)出直流電源已切換信號(hào)來(lái)通知工作人員來(lái)進(jìn)行對(duì)另一個(gè)其直流電源進(jìn)行檢查維修或更換。 其三，檢測(cè)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(shí)， 說(shuō)明其工作直流電源出現(xiàn)了問(wèn)題， MCU獲取到這個(gè)情況時(shí)會(huì)立刻切換直流電源系統(tǒng)，并且發(fā)出報(bào)警并向移動(dòng)端發(fā)出提示信息提醒工作人員盡快前來(lái)對(duì)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(jì)

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(diǎn)，程序存儲(chǔ)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(jì)需求，本設(shè)計(jì)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(cè)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用MAX471芯片，它是Maxim生產(chǎn)的高精度電流檢測(cè)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(cè)直流電源供電，可以在3-36V的直流電中檢測(cè)電流，檢測(cè)電流范圍為正負(fù)3A，且可以通過(guò)一個(gè)輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為對(duì)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(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)輸入，可以提高信號(hào)的抗干擾能力，增強(qiáng)小電流信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確度，如果使用多個(gè)并聯(lián)檢測(cè)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(cè)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(lái)說(shuō)應(yīng)該是兩根線，即 OUT（8）、 GND（4）。 OUT為檢測(cè)電路電流轉(zhuǎn)換成電壓的輸出引腳，被測(cè)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(diǎn)，如果不規(guī)定固定參考點(diǎn)的話電壓測(cè)出來(lái)將會(huì)不準(zhǔn)確。

4、數(shù)據(jù)輸出顯示電路

把八個(gè)LED燈按照一定的位置擺放就會(huì)形成一個(gè)默認(rèn)的數(shù)字8的形狀通過(guò)不同位置的燈亮或滅形成0到F的十六個(gè)數(shù)字。OLED模塊就利用這種原理把八千多個(gè)LED燈集成到一個(gè)很小的模塊上，它雖然無(wú)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(lèi)型的圖形點(diǎn)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(jì)到的電路原理圖，通過(guò)此圖中的標(biāo)識(shí)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(guò)這個(gè)兩個(gè)接口對(duì)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(tái)顯示設(shè)計(jì)

通過(guò)MCU串口3與WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 當(dāng)按鍵1長(zhǎng)按下時(shí)清除WIFI模塊當(dāng)前保存的WIFI數(shù)據(jù)。 如果按鈕1短按時(shí)WIFI模塊進(jìn)入配網(wǎng)模式，通過(guò)手機(jī)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(guò)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(guò)機(jī)智云官網(wǎng)生成安卓軟件APP源碼，并對(duì)源碼進(jìn)行環(huán)境的配置和設(shè)計(jì)，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(gè)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(cè)試

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

（3） 模塊通電檢測(cè)

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(cè)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(duì)其進(jìn)行處理。 如果檢測(cè)板子直流電源兩端電壓再5V左右，說(shuō)明電路的直流電源或者電路中無(wú)其他異常。然后就開(kāi)始檢測(cè)每個(gè)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(duì)每個(gè)模塊的功能進(jìn)行檢測(cè)了。

（4）程序及APP移動(dòng)設(shè)備測(cè)試

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

（5）整體設(shè)計(jì)與APP端同步檢測(cè)

電路板通電之后，觀察OLED屏幕上有沒(méi)有程序中寫(xiě)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(méi)有被點(diǎn)亮，觀察功能有沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。 接通直流電源以后，OLED能夠正常顯示出程序中所寫(xiě)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(jì)顯示出來(lái)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在參考相關(guān)理論依據(jù)下， 主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)服務(wù)器直流電源安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控，以及在沒(méi)有人為在附近時(shí)可以自動(dòng)進(jìn)行緊急措施的實(shí)施。但是，本設(shè)計(jì)中仍然存在很多不足的地方，例如本設(shè)計(jì)采用的WIFI模塊是通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)速度會(huì)減慢，力爭(zhēng)在后續(xù)研究的過(guò)程中進(jìn)行完善，滿足系統(tǒng)需求，數(shù)據(jù)更精確。

[1]STM32在溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)? 趙蘭 趙美琪 王從清 信息與電腦《理論版》2015-12-08

[2]基于單片機(jī)的可編程紅外傳感器設(shè)計(jì) 類(lèi)延強(qiáng) 張麗萍 類(lèi)延法???? 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)? 2019-04-25

[3]MAX471/472電流檢測(cè)放大器IC?????? 何明偉 實(shí)用電子文摘??? 1995-09-15

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[6]基于STM32的OLED顯示屏接口設(shè)計(jì) 劉正翔 電子技術(shù)與軟件工程? 2017-10-2121：47? 刊期

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