基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和成熟，國內(nèi)院校越來越重視數(shù)字化校園的建設(shè)并取得了可喜的成果，校園出現(xiàn)了許多配置有大量計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的機(jī)房，如網(wǎng)管中心的機(jī)房就配備有數(shù)目可觀的路由、交換設(shè)備；某些向?qū)W生提供學(xué)習(xí)計算機(jī)課程、上網(wǎng)服務(wù)的計算中心機(jī)房內(nèi)配備有可能多達(dá)幾百上千臺的PC機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。這些設(shè)備在校園內(nèi)分布廣，有的需全天運(yùn)行，有的功耗較大(如大型的路由器)，有的設(shè)備使用年限較長(如計算中心的微機(jī))，需進(jìn)行密切的監(jiān)控，以防發(fā)生安全事故。以前的管理方式一般通過人工或視頻監(jiān)控的方式進(jìn)行，不僅要耗費大量的人力，更加嚴(yán)重的是有時還不能及時發(fā)現(xiàn)隱患，造成更大的安全事故，因此迫切需要建設(shè)功能完善的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，并在機(jī)房系統(tǒng)建設(shè)完成的條件下，動態(tài)配置各種傳感器。
基于短距無線通信的監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)能更好地滿足動態(tài)、智能、實時監(jiān)控系統(tǒng)的需求。在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無線通信領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)以其低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好、安全性能高等優(yōu)點，獲得各大元器件制造商和眾多開發(fā)者的青睞，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，截至200 8年，ZigBee的節(jié)點數(shù)量已增至1億個?；诖?，這里提出一種基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的首要任務(wù)是收集機(jī)房內(nèi)的各傳感器探測得到的環(huán)境參數(shù)，機(jī)房中安裝上溫度、煙感、火警探頭并將這些探頭探測出的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行目刂茩C(jī)房中，或通過設(shè)備接入已經(jīng)建設(shè)好的有線校園網(wǎng)絡(luò)甚至互聯(lián)網(wǎng)，將這些信息傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控點供管理者查看。這不僅避免了維護(hù)人員的奔波之苦，更提高了機(jī)房管理的效率，杜絕安全事故的發(fā)生。
另一方面，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的雙向通信特性，將上述的傳感數(shù)據(jù)經(jīng)中心控制機(jī)房PC機(jī)的信息融合處理后，生成控制指令通過無線網(wǎng)絡(luò)反饋給遠(yuǎn)端受控節(jié)點，從而形成一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)。如在監(jiān)測并控制機(jī)房內(nèi)某個大型路由器設(shè)備的溫度時，當(dāng)前常用的措施是在機(jī)房內(nèi)安裝帶有自動恒溫功能空調(diào)，但這有2個缺陷：1)其控制溫度用到的傳感器測量的只是空調(diào)所在位置的溫度，不能精確反應(yīng)所要監(jiān)控設(shè)備的溫度(一些設(shè)備的局部位置溫度會較高，通常達(dá)到40℃)，不能實時控制溫度，同時浪費能源；2)空調(diào)自身溫控自成一體，缺乏靈活的數(shù)據(jù)接口，不能將機(jī)房內(nèi)的溫度情況傳送給監(jiān)控設(shè)備供管理人員查看。在這種情況下，可將帶有溫度傳感器的ZigBee節(jié)點直接放在離路由器很近的機(jī)柜內(nèi)或設(shè)備的敏感區(qū)域附近，此節(jié)點每隔一段時間向中心控制機(jī)房的主控計算機(jī)報告路由器的實時溫度，當(dāng)此溫度超過軟件設(shè)置的溫度上限時，主控計算機(jī)向機(jī)房內(nèi)的空調(diào)控制ZigBee節(jié)點發(fā)送空調(diào)開啟命令，從而實施機(jī)房內(nèi)的降溫過程；當(dāng)機(jī)房或設(shè)備的溫度下降到設(shè)定值后，則下達(dá)空調(diào)停止工作的指令，及時關(guān)閉空調(diào)，以節(jié)約能源。圖1為ZigBee技術(shù)在計算中心機(jī)房監(jiān)控中的應(yīng)用示意圖。

圖1中所示的局域網(wǎng)為計算中心機(jī)房內(nèi)各臺PC之間互聯(lián)所用的以太網(wǎng)，學(xué)生在上機(jī)之前需使用學(xué)校配發(fā)的ID卡在刷卡服務(wù)器上進(jìn)行刷卡動作，登錄到機(jī)房管理系統(tǒng)，之后方能使用機(jī)房內(nèi)的PC機(jī)。電子公告牌上也是一個ZigBee節(jié)點，可顯示各個機(jī)房內(nèi)的實時溫度、濕度、PC機(jī)使用情況等。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
隨著ZigBee規(guī)范的建立和不斷升級完善，各大元器件制造商不斷推出各具特色的ZigBee產(chǎn)品，但從芯片的集成度、成本、開發(fā)環(huán)境完善程度和可持續(xù)升級等方面綜合考慮，該系統(tǒng)設(shè)計選用Texas Instrument的CC2430實現(xiàn)ZigBee的通信功能，該器件的特性如下：高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核；兼容IEEE 802．15．4的2．4 GHz射頻收發(fā)器；AES安全協(xié)處理器；內(nèi)置溫度傳感器。圖2為CC2430的通信模塊原理圖。由圖2看出，CC2430可稱作一個小規(guī)模的SoC，配上很少的外圍元件和天線(可選鞭狀天線或板載天線)即可組成一個完整的ZigBee通信節(jié)點。