大型服務(wù)器遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要 介紹了某大型服務(wù)器溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程。在現(xiàn)場環(huán)境使用單片機系統(tǒng)采集溫度數(shù)據(jù)，利用RS485總線實現(xiàn)遠程通信，在監(jiān)控終端使用PC機完成溫度的監(jiān)測與控制，并完成了相應(yīng)軟件的設(shè)計。該系統(tǒng)在測試中滿足大型服務(wù)器溫度的監(jiān)控要求，在實際應(yīng)用中運行穩(wěn)定可靠，表明系統(tǒng)的設(shè)計具有良好的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞 服務(wù)器；溫度；監(jiān)控；單片機；PC機

    服務(wù)器是計算機網(wǎng)絡(luò)中為計算機用戶提供文件傳輸、電子郵件、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序等各種服務(wù)的高性能計算機。計算機網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)器能夠長期可靠地運行，而大型服務(wù)器運行過程中，會產(chǎn)生很大熱量，導致服務(wù)器溫度升高，影響服務(wù)器的穩(wěn)定工作，可能導致網(wǎng)絡(luò)故障，甚至造成服務(wù)器的損壞。因此，大型服務(wù)器機房需要溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，使機房溫度維持在一定范圍內(nèi)。同時，還需要對其溫度進行遠程監(jiān)控，必要時進行人工干預(yù)，保證服務(wù)器的可靠運行。
    文中進行了某大型服務(wù)器機房溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。提出應(yīng)用利用單片機系統(tǒng)和PC機相結(jié)合的方式，完成了服務(wù)器遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。單片機系統(tǒng)進行溫度數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場設(shè)備控制，監(jiān)控人員通過PC機能直觀地了解機房內(nèi)溫度變化情況，并利用RS485總線進行單片機和PC機之間的遠程通信，可在較遠距離監(jiān)控服務(wù)器機房的溫度。

1 溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體情況
    該溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)電路、RS485總線和PC機和相應(yīng)軟件構(gòu)成。
    單片機系統(tǒng)主要由傳感器DS18820和單片機STC89C52RC組成。DS18B20是一種采用單總線的數(shù)字溫度傳感器，可編為9～12位的A／D轉(zhuǎn)換精度，編程為12位時，4位表示溫度數(shù)據(jù)的小數(shù)部分，7位表示溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字方式串行輸出。其溫度測量范圍為-55～125℃，精度為0．5 ℃，使用DS18B20作為溫度傳感器，可滿足機房溫度的測量要求的同時，電路設(shè)計和編程工作也相應(yīng)簡化。STC89C52RC是51系列單片機的一種，是一款性價比較高的單片機，它具有一個全雙工的串行接口，能夠?qū)崿F(xiàn)和PC機之間的異步通信。
    PC機通常由一個RS232接口來進行串口通信，由于RS232總線電平與RS485總線電平不一致，可以使用RS232／RS485轉(zhuǎn)換卡完成電平轉(zhuǎn)換RS232接口的最大傳輸距離約為30 m，RS485總線的傳輸距離可達1 200 m，信號最高速率為100 kbit·s-1。由于服務(wù)器機房與監(jiān)控中心的距離一般在1 000 m以內(nèi)，采用RS485總線可滿足通信要求。

2 溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
2．1 系統(tǒng)工作原理
    系統(tǒng)工作原理可用圖1進行說明。單片機每隔一定時間，通過單總線向溫度傳感器讀取溫度值。同時，單片機經(jīng)RS485總線向PC機傳輸溫度數(shù)據(jù)，并接收PC機發(fā)送的溫度控制指令，直接指揮溫度調(diào)節(jié)設(shè)備進行工作。溫度調(diào)節(jié)設(shè)備上有數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)，數(shù)字編碼開關(guān)既是溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的開關(guān)，又可旋轉(zhuǎn)來調(diào)整調(diào)節(jié)設(shè)備的工作。繼電器通過控制電磁閥驅(qū)動數(shù)字編碼開關(guān)，使得溫度調(diào)節(jié)設(shè)備運行或停止；用聯(lián)軸器將步進電機輸出軸與數(shù)字編碼開關(guān)軸相連，這樣步進電機就能夠通過旋轉(zhuǎn)來控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備。

    PC機收到數(shù)據(jù)后，存貯該時刻的溫度值，并顯示在顯示器上；以時間軸為橫軸，以溫度值為縱軸，這樣坐標軸上的點就可以用來描述該溫度的發(fā)生時刻和大小，由于相鄰兩點之間在時間軸上相差很小，很多點出現(xiàn)在屏幕上，就成了一條連續(xù)的曲線，這樣溫度變化情況就被溫度曲線形象地展示出來，同時，當曲線到達顯示器邊緣時，曲線將沿橫軸正向移動，溫度變化情況就被動態(tài)表示出來了，如圖2所示。

2．2 單片機系統(tǒng)的設(shè)計
    單片機系統(tǒng)電路由單片機STC89C52RC、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、串口通信電路、步進電機驅(qū)動電路和繼電器驅(qū)動電路組成，如圖3所示。文中使用10個DS18B20可對服務(wù)器溫度進行多點檢測，單片機用一根總線就可實現(xiàn)對所有傳感器的數(shù)據(jù)采集。3端穩(wěn)壓集成電路7805為單片機提供穩(wěn)定的5 V電源，ULN2003是一個多輸入多輸出的放大電路，它將單片機輸出的信號進行放大可以直接驅(qū)動步進電機。集成電路MAX 232把單片機的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，這樣通過電腦的RS232串行接口，可以直接下載程序到單片機；用RS232／RS485電平轉(zhuǎn)換卡完成電平轉(zhuǎn)換后，就可以用RS485總線進行遠程通信。

    單片機程序采用C語言和匯編語言混合編寫，向溫度傳感器讀指令以及定時部分，由于要求的時序較嚴格，用匯編語言編程效果較好，數(shù)據(jù)處理部分用C語言編寫相對簡單。單片機程序的流程圖如圖4所示，單片機按照一定的時間間隔，依次從10個數(shù)字溫度傳感器DS18B20中循環(huán)讀取溫度數(shù)據(jù)，并立刻將其發(fā)送到PC機，同時查詢是否收到PC機的控制指令，若收到控制指令，則將目標溫度值同當前溫度值進行對比，從而決定如何調(diào)整溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的工作狀態(tài)，即改變步進電機位置抑或改變繼電器動作。

2．3 PC機程序設(shè)計
    PC機的主要功能是實現(xiàn)與單片機的串行通信及監(jiān)控人員查看溫度和調(diào)節(jié)服務(wù)器機房溫度。單片機將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機串行接口時，程序能及時獲得該數(shù)據(jù)，并將溫度值呈現(xiàn)給監(jiān)控人員，同時更新溫度曲線的顯示，從而以動態(tài)的效果表達溫度的變化情況。當監(jiān)控人員需要改變服務(wù)器溫度時，通過PC機能向單片機發(fā)送相應(yīng)溫度控制指令。
    PC機程序采用VC6．0進行編寫。VC6．0具有一個串口通信控件，開發(fā)人員利用它可以方便地完成串口通信部分的程序編寫。每當串行接口收到數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會發(fā)生一個接收事件響應(yīng)，系統(tǒng)就會執(zhí)行該事件響應(yīng)所對應(yīng)的程序，進而完成溫度數(shù)據(jù)的接收與貯存。同時，當監(jiān)控人員進行溫度調(diào)節(jié)時，使用該控件的發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，串行接口就向單片機發(fā)送相應(yīng)控制指令。

    利用VC6．0的定時器Timer，可以實現(xiàn)溫度曲線的定時更新顯示。設(shè)置一個時間間隔，并使能該Timer控件，每經(jīng)過一個這樣的時間間隔，就會發(fā)生Timer事件響應(yīng)，系統(tǒng)則執(zhí)行該事件響應(yīng)對應(yīng)的程序。因此，在PC機程序中用一個二維數(shù)組存貯溫度曲線上各點的橫軸與縱軸坐標，分別與溫度的大小與時刻對應(yīng)；利用Timer控件，每隔一定時間，把接收的溫度值存貯，通過數(shù)組中元素的移動，并移人最新溫度值對應(yīng)坐標，從而將二維數(shù)組中元素更新，進而更新溫度曲線，使曲線總是顯示當前時間段的溫度。PC機程序的流程如圖5所示。

3 結(jié)束語
    經(jīng)實際測試表明：該溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)對1 000 m以內(nèi)的服務(wù)器機房溫度進行監(jiān)控，溫度誤差在2 ℃以內(nèi)，而且依次對10個溫度傳感器進行數(shù)據(jù)讀取，完成一個循環(huán)僅需2 s時間。表明該系統(tǒng)滿足了通信距離、準確性和實時性的要求。
    系統(tǒng)在合肥某大型超市服務(wù)器機房投入使用以來，運行可靠，且由于其直觀的溫度顯示效果，獲得用戶好評，表明該系統(tǒng)的設(shè)計具有較高的實用價值。