基于无线传感器的无人值守机房安全监测系统研究

2022-09-11

1 前言

在无人值守机房安全监测上使用常规监测技术需要花费较多的人力、物力以及财力, 有时还要考虑机房结构的特点等, 对整个机房安全监测来说存在一定局限性。而用无线传感器技术不仅监测的精度较高并且布线成本低、具有较好的容错性, 还能进行远程监控, 弥补常规监测系统应用上的不足。

2 监测系统的工作原理

机房监控系统主要涵盖各个节点信息的提取、数据存储、数据传递及对应信息的查询, 通过软硬件的结合实现对实时信息的收集及对过去信息的记录。此监控系统由有网络主机、嵌入式网络服务器, 还有网络末端的无线传感器、中间的无线传感器节点等组成。

3 统硬件设计

3.1 网络节点硬件组成

无线网络节点主要由供电部分、射频处理部分、提前报警电路等组成, 后端无线节点包括有温度、湿度、烟雾、压力、电流电压、水浸、有害气体、电量、开关状态、防盗检测传感器及调理电路。终端节点主要负责采集机房环境及设备开关状态, 并将信息处理后发送给上一级协调器。网络层面上的协调器没有数据归纳总结处理的功能, 它主要任务就是将低一级节点传送来的原始数据传给服务器, 其中传输途径是经过没有进行任何信息处理功能的串口来实现的。

3.2 网络主机数据处理模块

传感器主机数据处理模块主要采用了Atmel公司的内核工业级处理器芯片。传感器主机数据处理模块实现的功能包机房传感器数据的存入服务器、汇集, 构建BOA服务器, 最终实现远程登录。根据系统整体设计与功能的要求, 该网络主机主要实现以下内容:接收和处理传感器发送来的数据, 经过串口服务器和解调器传输数据, 数据接受后数据库存入, 最终实现传感器数据的存储与共享。

3.3 CC2530核心芯片

其中RF4CE方案的应用是基于CC2530为核心的, 此方案的应用说明CC2530核心芯片功能的强大。CC2530芯片组成的系统材料的使用率非常低, 但它可以构建很强大的网络节点, 通过这些网络节点传输庞大的数据。RF收发器的许多突出性能CC2530芯片也继承了过来, 作为业界标准的增强型8051CPU也被此芯片运用, 此芯片的系统内可编程闪存达到了8KB RAM, 还有其他强大的功能。CC2530具有四种不同的闪存版本, CC2530F32的闪存为32kb、CC2530F64的闪存为64kb、CC2530F128的闪存为128kb、CC2530F256的闪存为256kb。

CC2530芯片在不同的系统中以不同的模式运行, 由于它制造工艺高功耗小, 导致它在超低功耗的系统中大量使用。

3.4 报警电路系统的设计

系统中两个555时基电路成为报警电路的重要组成, 不同频率的振荡电路由这两个555配合实现。第一个555与其他元器件构成高频振荡电路, 其振荡频率主要由两个电容决定, 且频率1远大于频率2, 最终在输出端输出脉波调制信号, 接下来剩下的555与其他元器件组成了低频振荡电路, 电容和电阻决定了这个振荡电路的频率, 其中一个引脚输出频率为低频信号, 另一个引脚输出高电平。与非门和三极管控制报警电路的工作, 与非门芯片接+9V电源, 当主要模块的输出口输出高电平时, 信号经过与非门的处理最终输出低电平, 由于低电平的存在导致三极管发射极导通, 从而使控制报警电路导通, 喇叭发出响声;相反, 输出口输出低电平时, 电路不导通, 电路不报警。

4 系统软件设计

4.1 程序设计

程序设计利用zs-tack协议栈为基础, 通过进一步的深化研究进行设计。这个系统中, 数据的采集是通过服务器来实现的, 协调器接收来服务器命令, 通过无线的形式将命令发送给各个节点, 协调器也可以接收节点发送过来的监测数据, 然后经过打包发送给服务器, 进行数据处理。

4.2 服务器的创建

为了保证系统能够远程监控, 需要构建WEB服务器, 服务器的核心构件便是ARM处理器, 通过网络对系统进行维护和管理。经过实际考证, 网络服务器选用BOA型。BOA服务器是运行于linux下一个小巧高效的web服务器, 它支持CGI式的服务器, 同样它也可以运用于嵌入式系统的单任务服务器。但是这个服务器只允许用户一次的请求, 这就决定了它是个单任务的网络服务器, 它不会把所有新的进程都拿出来一块处理。最终使得远程客户端可以像在本地一样随时查看机房安全环境。

4.3 调试

把设计的程序写入到各个无线传感器和网络节点中, 进行系统的整体调试。对单个设备进行调试时, 传输距离在100米以内cc2530可以满足需要, 如果超过100米, 可以将CC2530换成CC2591用以提高传输距离。各个传感器节点的数据通过无线形式传到监控软件, 监控软件对数据进行处理, 一旦数据超过设定值, 网络主机就会发出报警信号。

摘要：近年来随着无人值守机房安全问题的不断暴露, 加强对无人值守机房安全状态的监测显得尤为重要, 由此, 本文将对无线传感器在安全智能监测上的应用进行研究, 针对无人值守机房安全监控的需求, 提出采用无线传感器技术, 将温湿度、烟雾、压力、电流电压、水浸、有害气体、电量、开关状态、防盗检测等智能无线传感器组成无线传感器网络, 通过无线传感器网络将各个传感器的测量信息汇入网络主机, 并对测量数据进行综合分析, 一旦监测数据超过设定的极限值, 网络主机将会触发报警器发出声光报警信号并发出短信通知相关人员。机房主管人员可以随时通过外部网络访问主机, 实时监视机房安全状态。

关键词：无人值守机房,安全智能监测,无线传感器