何中勝，趙紅玉，莊燕濱

(1. 常州工學(xué)院 計算機信息工程學(xué)院，常州 213002；2. 江蘇鐵通 常州分公司，常州 213002)

0 引言

近幾年，隨著Internet和信息技術(shù)的快速發(fā)展，中國鐵通的業(yè)務(wù)水平和業(yè)務(wù)數(shù)量也在大幅提高，其下屬的中國鐵通江蘇分公司，在滬寧高鐵和京滬高鐵的帶動下，也發(fā)生了很大變化，其下屬公司常州鐵通，為了進一步加強對常州地區(qū)通信設(shè)備的監(jiān)控，有效防范機房安全隱患，確保通信設(shè)備運行良好。常州鐵通加大資金投入，先后完成了十幾個分機房的建設(shè)工作，為了對新建機房和已建機房溫濕度、交直流電壓、門禁、固網(wǎng)模塊等設(shè)備的監(jiān)控，以有效實現(xiàn)機房集中監(jiān)控和管理，開發(fā)一套機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為必要。

更重要的是，機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)也是我國電信行業(yè)發(fā)展的大勢所趨，隨著電信企業(yè)集約化經(jīng)營政策實施，國家對通信設(shè)備及其環(huán)境的維護工作提出了更高的要求。政策要求電信企業(yè)對通信設(shè)備和環(huán)境必須實行集中控制，少人或無人值守，盡量采取遠程控制和遠程監(jiān)控技術(shù)[1,5]。另外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，也為實現(xiàn)機房通信電源和環(huán)境監(jiān)控提供了相應(yīng)的技術(shù)支持，使機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能。

1 系統(tǒng)分析

通過對江蘇鐵通常州分公司通信機房環(huán)境實際情況的調(diào)查和研究，重點從機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能組成、數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)監(jiān)控等內(nèi)容入手，對監(jiān)控系統(tǒng)的方式、方案進行了分析，在結(jié)合本地網(wǎng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上提出了通信機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。本系統(tǒng)擬解決的主要關(guān)鍵問題有：

1）機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)和系統(tǒng)測試的部署和開發(fā)過程；

2）機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件和各個分站機房管理系統(tǒng)之間的通信問題；

3）本系統(tǒng)具體監(jiān)控內(nèi)容：監(jiān)控管理服務(wù)器，智能開關(guān)電源，交流配電箱，蓄電池組，門禁，集中數(shù)據(jù)采集器，監(jiān)控平臺軟件等各種設(shè)備，以及機房環(huán)境各種（如：溫度、濕度、煙感等)參量，其具體的監(jiān)控內(nèi)容如表1所示。

表1 機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容

根據(jù)以上系統(tǒng)需求分析，給出通信機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一種以計算機控制技術(shù)為主，集傳感器和檢測技術(shù)、嵌入式計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集與傳送、通信協(xié)議工程于一體的綜合系統(tǒng)。因此本系統(tǒng)開發(fā)過程中需要用到傳感變送技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及通信技術(shù)等。限于篇幅，本文僅就這些技術(shù)的主要功能設(shè)計進行闡述。

2.1 傳感變送單元

傳感變送單元(SENS)是指安裝在機房各個位置的一定數(shù)量的各種類型的傳感器。是監(jiān)控系統(tǒng)必不可少的組成部分。

本系統(tǒng)中傳感器主要負責(zé)監(jiān)控下面一些環(huán)境指標，其中告警的方式采用警號、顯示和蜂鳴器等。

1）溫度傳感器的監(jiān)測范圍一般在10℃～40℃之間，精度為0．5℃。

2）濕度傳感器的監(jiān)測范圍一般在20%～90%RH之間，測量精度為2%RH。通常置于機房中心位置。

3）煙感傳感器用來監(jiān)測可燃物質(zhì)燃燒后所釋放的煙霧，一般響應(yīng)時間＜10s,通常置于機房中心位置。

4）電流、電壓傳感器用來監(jiān)測空調(diào)和交換機的供電電流、電壓狀況?？照{(diào)機組的電流測量范圍在1A～100A之間，測量精度為1A；交換機的電壓測量范圍在40V～60V之間，測量精度為0.1V。

5）門禁傳感器用來監(jiān)測機房門窗的開關(guān)狀況，通常置于門窗兩側(cè)。

6）積漏水傳感器用來監(jiān)測機房積水和漏水情況，通常放置在門下等位置。

7）玻璃破碎傳感器用來監(jiān)測玻璃門窗的破碎狀況，通常放置在玻璃門窗上方。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計

數(shù)據(jù)采集通常是指對不同工作方式的傳感單元（如溫濕度、空調(diào)電流、交換機電壓、門窗開關(guān)、火警、水災(zāi)等）的信息進行數(shù)據(jù)采集、分析和規(guī)整工作。另外，數(shù)據(jù)采集器還傳輸客戶端的查詢命令，根據(jù)查詢條件發(fā)送其采集到的環(huán)境參數(shù)，以及故障報警器的開啟等功能[2,3]。

1）數(shù)據(jù)采集單元的構(gòu)成

本系統(tǒng)中被監(jiān)控的設(shè)備分為智能設(shè)備和非智能設(shè)備。因智能設(shè)備如開關(guān)電源、智能空調(diào)等本身具有數(shù)據(jù)采集能力，并提供智能接口供后臺讀取，可以直接接入監(jiān)控系統(tǒng)。非智能設(shè)備如低壓配電柜等，信號一般不能被采集器直接采集，需要使用傳感器或變送器將不方便采集的非電量信號或電量信號轉(zhuǎn)換成標準的電量信號。本系統(tǒng)中采用艾默生公司生產(chǎn)的IDA一體化采集器來對非智能設(shè)備信號進行采集，該采集器以AT89C51單片機為其核心選用ANALOG DEV ICES公司的AD7828為A/D轉(zhuǎn)換芯片。

2）告警的檢測、顯示與處理

監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控目標的狀態(tài)除了保存狀態(tài)數(shù)據(jù)外還采用報警的直觀方式進行展現(xiàn)，同時對告警進行分級與處理。系統(tǒng)對于煙感、門禁、地面積漏水、玻璃破碎和移動探測等傳感器信號的信息輸入通過一個10K上拉電阻串接到一個47K的電阻上，再連接到一片74LS244的輸入端，該連接方式可以有效的防止信號抖動等現(xiàn)象，避免由意外因素引起的虛警[2,5]。

對于告警優(yōu)先級的處理，把火警的優(yōu)先級設(shè)為最高。正常情況下，火警的告警信號為高電平，當發(fā)生火災(zāi)時，傳感器輸出信號就變?yōu)榈碗娖剑@種信號會立即驅(qū)動安裝在監(jiān)控中心的警號報警，同時主板上的蜂鳴器也報警，顯示器上也會顯示火警事故信息，這時就要立即采取相應(yīng)的措施進行事故處理。

對于移動探測信號，正常情況下為低電平有效。當發(fā)現(xiàn)有人體移動時，告警量變就會變?yōu)楦唠娖?，并且輸出高電平信號，該信號?qū)動顯示面板上的移動探測指示燈變?yōu)榧t色。

門禁傳感器、玻璃破碎傳感器、積漏水傳感器等的信號采集于傳輸均為高電平有效，它們的顯示、報警功能與移動探測傳感器類似，這里不再詳述。

2.3 通信單元設(shè)計

智能設(shè)備可以與計算機通信，無需采集器即可直接接入監(jiān)控系統(tǒng)中的前置機。但是接入的智能設(shè)備，通常會有各自的通信協(xié)議，必須了解其協(xié)議才能使它們跟上位機進行通信。

在機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，遠端局的數(shù)據(jù)信號一般通過電信網(wǎng)絡(luò)如電話線、E1中繼、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)等傳送至監(jiān)控中心。根據(jù)鐵通的實際應(yīng)用情況，采用PSTN和E1中繼兩種傳輸方式[4,5]。

1）通信單元的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于本系統(tǒng)通信時所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，系統(tǒng)本身對通信速率的要求不高，所以在遠端分機房的通信單元與監(jiān)控中心機房之間的通信方式采用基于電話網(wǎng)的DTMF雙音多頻通信技術(shù)[4,5]?；陔娫捑W(wǎng)的DTMF雙音多頻通信是由CCITT提出的一種郵電通信指令，其解碼過程采用一套科學(xué)的算法，并且會經(jīng)過一系列嚴格的濾波處理，因此，最后得到的數(shù)據(jù)具有高可靠性和準確性。

2）中心端通信單元的設(shè)計

中心端通信單元主要要完成的工作是對遠端各個分機房每個通信單元的雙音多頻信號芯片所采集的數(shù)據(jù)進行匯集，并將雙音多頻信號轉(zhuǎn)換成RS-232電平，再把轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)通過監(jiān)控中心的主機串口傳遞給遠端的中心計算機進行相應(yīng)的處理；另外，負責(zé)接收監(jiān)控中心主機所發(fā)出的命令信號，根據(jù)其地址把這些命令信號傳輸給相應(yīng)的遠端通信單元，讓它們根據(jù)這些命令進行數(shù)據(jù)采集，并把采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心主機上。

通信單元中的邏輯控制模塊主要功能為：

1）負責(zé)接收由AT89C51發(fā)出的命令信號，并對其通信地址進行解碼，按照解碼后的地址，把每個命令信號傳送給對應(yīng)的AT89C205l單片機。

2）負責(zé)接收由AT89C2051所發(fā)出的8路數(shù)據(jù)信號和中斷申請信號，并按照每個中斷申請的先后順序讀取數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)送給AT89C51進行相應(yīng)的處理。

在本系統(tǒng)中為了緩解通信線路的工作負擔，提高數(shù)據(jù)通信的效率，加快傳輸速度，把中心通信單元的通信數(shù)據(jù)格式的地址部分設(shè)計為2個字節(jié)，其中第一個字節(jié)是數(shù)據(jù)采集單元的通信地址，第二個字節(jié)又分為兩部分，前半部分是通信盒子的編號地址，后半部分是通信盒子上八個端口的編號地址。由監(jiān)控中心主機發(fā)出的命令消息各個中心通信單元均能接受，接收之后再根據(jù)自身的地址與命令信息包中地址部分的通信地址的比較結(jié)果，判斷是否處理該命令消息，如果兩者地址相同則對其進行處理，不相同則不予處理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)采集單元的軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集單元的軟件就是一個運行在AT89C51單片機上的應(yīng)用程序，其主要功能如下：

1）實時數(shù)據(jù)采集。主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、實時數(shù)據(jù)的線性化、報警條件判斷、數(shù)據(jù)過濾等功能。

2）接受操作員在站下發(fā)送的信息，并且解釋所接收到的信息，最后按照要求將這些信息做一相應(yīng)的處理。

數(shù)據(jù)采集單元的軟件主要由主程序、定時服務(wù)子程序和串口中斷子程序三部分組成。主程序是其核心部分，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和報警條件的判定等功能。其具體處理流程為：

1）初始化系統(tǒng)配置；

2）是否有設(shè)置地址？若無進行設(shè)置RTU地址；

3）是否有告警地址？若無進行告警地址和告警信息設(shè)置；

4）檢測FLAG標志，若FLAG為真，則1）進行告警檢驗處理并向中心發(fā)送告警；2）監(jiān)測中心有無應(yīng)答，若無應(yīng)答，轉(zhuǎn)到1），否則轉(zhuǎn)到3）；3）保存應(yīng)答告警信息；

5）轉(zhuǎn)向2）。

定時服務(wù)子程序主要實現(xiàn)在固定的時間間隔內(nèi)查詢采樣標志，如果采樣標志置位，則對傳感器數(shù)據(jù)進行采集，并且判斷是否需要設(shè)置告警標志；串口中斷子程序主要負責(zé)接收系統(tǒng)操作員從監(jiān)控中心下發(fā)的命令消息，解釋并處理這些消息，最后返回給監(jiān)控中心所需要的數(shù)據(jù)。

3.2 監(jiān)控中心軟件設(shè)計

監(jiān)控中心軟件完成通信、數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)據(jù)庫管理與維護，能顯示、聲光告警、查詢、記錄和打印各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)維護等功能。

監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)分前臺和后臺兩個子系統(tǒng)。

前臺子系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程處理、告警處理、信息查詢等功能：

1）遠程控制模塊：主要實現(xiàn)對機房環(huán)境進行遠程控制功能。例如：控制機房各種電源開關(guān)的分合，門禁的開關(guān)狀態(tài)等。

2）視頻監(jiān)控模塊：主要通過視頻監(jiān)控儀實現(xiàn)對機房中一些可視化環(huán)境的監(jiān)控等。

3）空調(diào)控制模塊：空調(diào)是機房環(huán)境中至關(guān)重要的設(shè)備之一，它對機房溫濕度的調(diào)節(jié)起到舉足輕重的作用，因此，需要把對空調(diào)的控制單獨分成一個模塊來處理。

4）告警處理：主要實現(xiàn)對告警信息的處理。

5）設(shè)備狀態(tài)報表：主要實現(xiàn)查詢和打印各種設(shè)備工作狀態(tài)的報表功能。

6）實時信息：主要用來監(jiān)控各種設(shè)備的實時工作狀態(tài)。

7）歷史信息：主要用來監(jiān)控各種設(shè)備的歷史工作數(shù)據(jù)。

后臺主要實現(xiàn)基本數(shù)據(jù)維護、參數(shù)設(shè)置等功能：

1）設(shè)備管理模塊：主要實現(xiàn)對機房及機房內(nèi)各種設(shè)備的管理功能。例如：機房、設(shè)備等的增刪改。

2）通道管理模塊：主要實現(xiàn)對機房通信通道的管理，如通道的增刪改和開啟與關(guān)閉，通道配置的管理等。

3）監(jiān)控管理模塊：主要實現(xiàn)對監(jiān)控對象的管理，如監(jiān)控對象增刪改，監(jiān)控對象參數(shù)的配置等。

4）告警管理：主要實現(xiàn)對告警的管理，如告警類別的管理，告警處理人的管理，告警信息的增刪改等。

5）數(shù)據(jù)管理：主要實現(xiàn)對監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理和日志的處理等。

6）系統(tǒng)管理：主要實現(xiàn)系統(tǒng)信息管理和監(jiān)控機時鐘的管理等。

7）用戶管理：主要實現(xiàn)對角色、用戶和登錄用戶自身一些屬性的管理。

3.3 實驗及運行分析

本系統(tǒng)軟件部分采用流行的MVC架構(gòu)模式實現(xiàn)。用戶首先登錄機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，進入中心軟件的首頁面，如圖2所示。

圖2 中心軟件的主頁面

在首頁面中選擇某個分中心機房時，出現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控頁面，如圖3所示。從圖3中發(fā)現(xiàn)可以監(jiān)控到每一個監(jiān)控對象所連接的通道，屬于哪個機房，屬于哪個設(shè)備，以及監(jiān)控對象當前的各個監(jiān)控屬性。實驗表明, 該機房監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)其設(shè)計功能, 滿足設(shè)計要求。

圖3 監(jiān)控數(shù)據(jù)頁面

4 結(jié)束語

本文主要研究了開發(fā)機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)所涉及到的數(shù)據(jù)采集、通信單元設(shè)計、中心監(jiān)控軟件設(shè)計等重要環(huán)節(jié)，整個監(jiān)控系統(tǒng)只有協(xié)同工作，才能共同完成機房環(huán)境的監(jiān)控任務(wù)。由于使用本系統(tǒng)可以控制一個總線上多個分機房的環(huán)境，使得控制簡單方便。通過本系統(tǒng)可以實時跟各個分機房進行通信，系統(tǒng)圖形界面操作簡單、直觀高效，很方便對機房環(huán)境進行實時監(jiān)控。

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