基于ZigBee技术的机房监控系统

2．2 空调控制节点设计

空调控制器节点完成从ZigBee网络接收自主控计算机发来的空调启、停命令并将其转换成对应的遥控器红外控制命令。从ZigBee网络的角度看，空调控制器节点仅是一个RFD设备，主要是接收ZigBee数据，也由CC2430完成。其需要完成的另外一个任务就是通过红外通道，模拟空调的遥控器完成控制空调的启、停。在安装配置系统时，通过"红外学习口"对机房内所装空调的遥控器红外命令进行学习，并将其存储在EEPROM中。系统正常工作时，当接收到从ZigBee传输来的空调控制命令时，将其转换为红外发送命令，从EEPROM读取数据，按照这些数据规定的脉宽参数控制红外发射管发送红外线，进而直接控制空调。由于红外控制命令的学习和发送会占用资源操作，如果其也由CC2430控制，将会加重CC2430负载，影响正常的ZigBee通信功能。因此使用51系列单片机AT89S52完成，CC2430与AT89S52之间通过串口来交换数据。这样可以在不改装空调的情况下，通过简单的红外学习操作即可控制任意型号的空调，简化了系统的安装使用，同时也大大提高了系统的可靠性。空调控制节点的设计框架如图3所示。

2．3 ZigBee中转设备设计

该中转设备的功能是完成以太网与ZigBee网络之间的双向数据交换，有2种实现方案。

2．3．1 CC2430+PC机

CC2430+PC机实现方案原理：CC2430负责ZigBee网络的数据收发和转存，PC机负责以太网数据的收发，二者之间通过RS-232交换数据。目前普通PC机的RS-232串口的波特率最高可达到115 200，而ZigBee的理论带宽可达250 kb，二者速率大致在一个数量级，考虑到该系统设计所传输的大多是控制命令，数据流量不大，所以二者可以匹配使用。该实现方案研发周期短，可快速成型，且PC机资源丰富，可预留许多资源、功能供系统后续扩展，但成本较高，功耗较大。

2．3．2 CC2430+ARM(S3C44BOX)

与CC2430+PC机实现方案类似，CC2430+ARM(S3C44BOX)实现方案只是用以ARM为核心的嵌入式系统代替PC机，二者通过UART交换数据。采用三星公司的ARM7系列器件S3C44BOX作为主控制器，其主要功能和特点如下：1)以太网接口，采用10 M以太网控制器RTL8019，提供标准RJ45插座；2)2路UART接口，波特率达115200；3)LCD接口，可接1600×1600以下分辨率的单色或256色STN／DSTN型各种LCD屏；4)IDE接口，可挂接硬盘；4)运行μcLinux操作系统。该实现方案结构紧凑，成本较低，同时ARM为低功耗器件，所以整个模块的功耗很低。

通过对上述两种实现方案的比较，并考虑到成本和功耗的问题，因此这里选用第2种方案进行设计。

3 系统软件设计

3．1 ZigBee软件设计

为缩短研发者的开发时间和减小开发难度，TI公司在提供器件的同时，另外还免费提供实现ZigBee协议的软件——Z-Stack，此软件不仅实现了ZigBee协议栈，并在此基础上扩充成了一个微型的操作系统，其主要内容包括：1)硬件抽象层HAL，处理键盘输入，LCD输出，UART输入、输出等；2)操作系统抽象层(OSAL)；3)ZigBee协议栈、IEEE 802．15．4 MAC层；4)用户层应用程序；5)监看测试程序，通过串口和：PC机上的测试工具通讯。

开发者可在此OS的基础上灵活定制硬件设计，并定义任务，实现必要功能。限于篇幅，这里着重介绍传感器节点(RFD)的工作流程，即初始化硬件系统，完成ZigBee协议栈的初始化工作，利用操作系统的API添加一个发送传感器数据的定时器任务，之后进入休眠状态，这样每隔一段时间。传感器会自动唤醒向协调器／路由器发送数据，得到应答后，再次进入休眠。其工作的详细流程如图4所示。

3．2 远程控制终端软件设计

远程控制终端连接到校园网或互联网上，使用PC作为硬件平台，借助Windows平台上浏览器完成。

远程控制终端主要功能：用户通过访问特定的网页即可查看指定机房或设备的温度、湿度；提供"设定被监测设备的温度上限"界面，这样当设备温度过高时，可自动发布发送命令开启空调；当所监控机房温度太高或出现烟感报警时，在远端中心管理机房采取声、光等各种形式的报警；提供管理远端电子屏幕显示内容的功能；与其他机房管理系统进行数据交互，如在计算中心机房内取得刷卡服务器上已用机器的信息，并将其传送到电子公告牌上或网页上，供师生了解机房实时使用情况。图5为监控系统的界面。

4 结束语

这里提出了基于ZigBee技术的学校机房监控系统设计方案，实现了一个完整、可扩展的机房监测、控制系统，给出了系统中各个子模块硬件、软件较为详细的设计方案，目前该监控系统已投入使用并运行稳定。该系统设计由于采用ZigBee技术，解决了传感信号的无线通信与收集问题，理论带宽可达250 kb，具有很好可扩展性和可移植性，对于各种安防监控系统的构建具有重要的参考价值。