基于ZigBee技术的机房监控系统

近年来，随着网络技术的发展和成熟，国内院校越来越重视数字化校园的建设并取得了可喜的成果，校园出现了许多配置有大量计算机或网络设备的机房，如网管中心的机房就配备有数目可观的路由、交换设备；某些向学生提供学习计算机课程、上网服务的计算中心机房内配备有可能多达几百上千台的PC机及网络交换设备。这些设备在校园内分布广，有的需全天运行，有的功耗较大(如大型的路由器)，有的设备使用年限较长(如计算中心的微机)，需进行密切的监控，以防发生安全事故。以前的管理方式一般通过人工或视频监控的方式进行，不仅要耗费大量的人力，更加严重的是有时还不能及时发现隐患，造成更大的安全事故，因此迫切需要建设功能完善的机房监控系统，并在机房系统建设完成的条件下，动态配置各种传感器。

基于短距无线通信的监控系统框架结构能更好地满足动态、智能、实时监控系统的需求。在标准林立的短距离无线通信领域，ZigBee技术以其低功耗、低成本、网络扩展性好、安全性能高等优点，获得各大元器件制造商和众多开发者的青睐，并广泛应用于各个领域，截至200 8年，ZigBee的节点数量已增至1亿个。基于此，这里提出一种基于ZigBee技术的机房监控系统设计。

1 系统总体设计方案

机房监控系统的首要任务是收集机房内的各传感器探测得到的环境参数，机房中安装上温度、烟感、火警探头并将这些探头探测出的数据通过ZigBee无线网络传输到中心控制机房中，或通过设备接入已经建设好的有线校园网络甚至互联网，将这些信息传送至远程监控点供管理者查看。这不仅避免了维护人员的奔波之苦，更提高了机房管理的效率，杜绝安全事故的发生。

另一方面，利用ZigBee网络的双向通信特性，将上述的传感数据经中心控制机房PC机的信息融合处理后，生成控制指令通过无线网络反馈给远端受控节点，从而形成一个闭环的自动控制系统。如在监测并控制机房内某个大型路由器设备的温度时，当前常用的措施是在机房内安装带有自动恒温功能空调，但这有2个缺陷：1)其控制温度用到的传感器测量的只是空调所在位置的温度，不能精确反应所要监控设备的温度(一些设备的局部位置温度会较高，通常达到40℃)，不能实时控制温度，同时浪费能源；2)空调自身温控自成一体，缺乏灵活的数据接口，不能将机房内的温度情况传送给监控设备供管理人员查看。在这种情况下，可将带有温度传感器的ZigBee节点直接放在离路由器很近的机柜内或设备的敏感区域附近，此节点每隔一段时间向中心控制机房的主控计算机报告路由器的实时温度，当此温度超过软件设置的温度上限时，主控计算机向机房内的空调控制ZigBee节点发送空调开启命令，从而实施机房内的降温过程；当机房或设备的温度下降到设定值后，则下达空调停止工作的指令，及时关闭空调，以节约能源。图1为ZigBee技术在计算中心机房监控中的应用示意图。

图1中所示的局域网为计算中心机房内各台PC之间互联所用的以太网，学生在上机之前需使用学校配发的ID卡在刷卡服务器上进行刷卡动作，登录到机房管理系统，之后方能使用机房内的PC机。电子公告牌上也是一个ZigBee节点，可显示各个机房内的实时温度、湿度、PC机使用情况等。

2 系统硬件设计

随着ZigBee规范的建立和不断升级完善，各大元器件制造商不断推出各具特色的ZigBee产品，但从芯片的集成度、成本、开发环境完善程度和可持续升级等方面综合考虑，该系统设计选用Texas Instrument的CC2430实现ZigBee的通信功能，该器件的特性如下：高性能、低功耗的8051微控制器内核；兼容IEEE 802．15．4的2．4 GHz射频收发器；AES安全协处理器；内置温度传感器。图2为CC2430的通信模块原理图。由图2看出，CC2430可称作一个小规模的SoC，配上很少的外围元件和天线(可选鞭状天线或板载天线)即可组成一个完整的ZigBee通信节点。

2．1 传感器模块

传感器模块从ZigBee网络的角度看，为一个RFD节点，通过2节5号电池供电。按照需要探测物理量的不同，各传感器的硬件设计分述如下：

1)温度传感器  CC2430内部集成有一个温度传感器，其基本工作原理：片上温感部分将温度转换为模拟电压信号，其幅度范围是0．648(-40℃)～1．039 V(+120℃)，之后经过12位A／D转换为数字信号，再除以一个温度系数，则可得到当前温度值。

2)湿度传感器探头  采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5超小型、自校准、多功能式智能传感器来测量相对湿度，SHTl5型传感器是单片、多用途的智能传感器，其内部不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器，而且还有14位的A／D转换器和双线串行接口，能输出经过校准的相对湿度。该智能传感器的相对湿度测量范围为0～100％，分辨率达0．03％，最高精度为±2％RH，电源电压范围2．5～5．5V，响应时间，小于3s。

3)烟感探头  烟感探头的基本工作原理：当烟雾进入报警器室时，将隔断或阻止红外线的互通，红外线的发射管收不到对方发来的光，光参数变化，经处理电路进行处理后，再转换成低电平，并触发报警。

作者：陈和平 陈志杰 钱 岑 李 勐   来源：电子设计工程