一种基于ZigBee技术的机房监控系统的制作方法

本实用新型属于传感技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的机房监控系统。

背景技术：

近年来，随着网络技术的发展和成熟，越来越多的公司、学校和家庭重视数字化建设，工厂和学校配置有大量计算机网络中心和机房，这些机房平时无人看守，只是在必要时做些检查。这样很难实时的监控到计算机网络中心或机房的状态变化，很容易带来一些不必要的损失，如有人没经过同意进入计算机网络中心窃取资料或盗取设备，还有可能在机房发生火灾没能及时检测到等。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee技术的机房监控系统，旨在解决现有机房监控方法不能实时监控到计算机网络中心或机房的状态变化的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于ZigBee技术的机房监控系统包括传感器、单片机、射频收发器、ZigBee模块、服务器；

所述传感器与所述单片机连接，所述单片机与所述射频收发器连接，所述射频收发器通过无线网络与所述ZigBee模块连接，所述ZigBee模块与所述服务器连接；

所述传感器包括电压测量器、电流测量器、温湿度测量器、噪声测量仪、烟雾测量仪、振动传感检测器、门控监控器；

所述单片机用于将传感器收集到的数据发送给射频收发器；

所述射频收发器用于将经单片机处理后的数据通过无线传感网络发送给ZigBee模块；

所述ZigBee模块用于将接收到的传感数据通过有线网络传送给服务器。

进一步，所述电压测量器采用一个电阻与滑动变阻器串联，在滑动变阻器两端采样，后面加一级电压跟随，与前一级隔离。

进一步，所述温湿度传感器采用DHT11传感器，该DHT11传感器的一个引脚接GND，一个引脚接VCC，一个引脚接数据总线，与数据总线相接的电路上接一个10K的上拉电阻和一个1K的电阻。

机房监控系统收集机房内的各传感器探测得到的环境参数，通过AVR单片机进行采集处理再由AVR控制CC2420将采集到的数据通过无线传感网络传输到与服务器相连的ZigBee模块上，再通过已经建设好的有线网络将数据传输到互联网上，将这些信息传送至远程监控点供管理者查看，这不仅避免了维护人员的奔波之苦，更提高了机房管理的效率，杜绝安全事故的发生。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于ZigBee技术的机房监控系统结构图。

图2是本实用新型实施例提供的电压测量电路图。

图3是本实用新型实施例提供的电流测量电路图。

图4是本实用新型实施例提供的电压电流采集电路图。

图5是本实用新型实施例提供的温湿度传感器电路图。

图6是本实用新型实施例提供的噪声监测电路图。

图7是本实用新型实施例提供的烟雾测量仪电路图。

图8是本实用新型实施例提供的门监控系统电路图。

图9是本实用新型实施例提供的蜂鸣器电路图。

图10是本实用新型实施例提供的振动传感检测电路图。

图11是本实用新型实施例提供的单片机最小系统电路图。

图中：1、传感器；2、单片机；3、射频收发器；4、ZigBee模块；5、服务器。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

请参阅图1至图11：

一种基于ZigBee技术的机房监控系统，包括传感器1、单片机2、射频收发器3、ZigBee模块4、服务器5。

所述传感器1与所述单片机2连接，所述单片机2与所述射频收发器3连接，所述射频收发器3通过无线网络与所述ZigBee模块4连接，所述ZigBee模块4与所述服务器5连接。

所述传感器1包括电压测量器、电流测量器、温湿度测量器、噪声测量仪、烟雾测量仪、振动传感检测器、门控监控器。

所述单片机2用于将传感器收集到的数据发送给射频收发器。

所述射频收发器3用于将经单片机2处理后的数据通过无线传感网络发送给ZigBee模块4；

所述ZigBee模块4用于将接收到的传感数据通过有线网络传送给服务器5。

(1)电压测量原理及其电路

采用纯电阻分压采样。用一个4.3M的电阻与RES1(200K)滑动变阻器串联，在滑动变阻器两端采样，面加一级电压跟随，与前一级隔离，由于采样电压是双极性的，本实用新型采用的ADC0809是单极性的需要将电压进行提升。采用LM317稳压器件通过滑动变阻器RES2进行调节使输出波形为单极性。电压跟随后产生的双极性信号与LM317产生的基准电压经第二片OP07后输出波形就是单极性信号，为了使电压过高也能采到值，把220V交流电，分压到4.5V。这样能采到的电压值可以在250左右，电路图如图2。

(2)电流测量原理及其电路

电流测量器主要与电压结合起来对用电功率进行检测，把电压采集与电流采集做在一块板上的，电路图的“L”端与电压采集模块“L”端相连，为220V交流电的输入。220V另一输入与地相连。“R7”电阻与“C3”电容串联后，在与用电设备并联。这里“R7”与“C3”起了一个简单的滤除高频成分。“T”为电流互感器，经互感器后的电流也是双极性的，与电压一样也需加一个电流提升。变为单极性再由ADC采集。电路图如图3。

(3)电压、电流采电路介绍

电压、电流以及烟雾浓度模拟信号都是通过ADC0809转换成数字信号采样量化再传输到AVR在进行处理的。ADC_A0-ADC_A2为8路通道的地址信号，ADC_ALE为地址锁存信号，ADC_D0～D7为转换后的结果输出数据总线，ADC_Start为ADC开始转换信号，ADC_OVER为转换结束信号。ADC_EN为输出使能信号，ADC需外加时钟由ADC_clk输入。以上引脚全部接入到AVR的IO口上，由AVR控制ADC0809的时序。ADC第一路模拟信号接220V交流电采集信号；第二路接220V电流采集信号。第三路接烟雾采集信号。电路图如图4。

(4)温湿度传感器DHT11

DHT11相对湿度和温度测量全部校准，数字输出超长的信号传输距离超低能耗，4引脚安装。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，信号传输距离可达20米以上，DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零.操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位，电路如图5。该电路很简单传感器有4个引脚，只有3个引脚有用。一个接VCC，一个接GND，还有一个是数据总线。外接一个10K的上拉电阻，再接一个1K的电阻就可以和微处理器的IO口相接了。

温湿度传感器DHT11设计原理：

由于是单总线，在设计中首先将单总线拉低20ms，再置高，过50us检测总线是否有应答信号(总线被拉低)。检测到后在等待数据线再被拉高大约80us，再被值低，在数据线再次产生上升沿开始计时，在数据线被拉低后结束计时，通过上升沿时间判断为0，或为1.总共可读出40个数据。前16位为湿度，后16位为温度，最后8位为校验码。校验合格后写入寄存器。等待CPU的读取。读完一次数据后需经过1秒钟后，再次读取。整个周期大约1.08秒。每个1.08秒会更新一次数据。

(5)噪声测量原理介绍

噪声监测模块主要用于监测机房内是否有高分贝的声音，用于判断是否有小偷的闯入。如果有小偷的在机房对机房的门进行敲击，或进入后说话，敲打机房内里面的机柜等发出声响。都会监测到，并将有效信号传入AVR。再由AVR控制声音播放模块发出声音提示。该电路由“SOUND”麦克风采集声音通过“C1”电容简单的滤波，再由“OP07”对声音放大，放大倍数由“R9”滑动变阻器调节，再经另一片OP07进行比较输出，后面这片“OP07”用作比较器的参考电压由“R11”滑动变阻器调节。这里相当于一个门限值，一般情况下不会超过这个门限，在引脚“SOUND”输出为低电平，若超过这个门限值认为有人闯入，“SOUND”输出为高电平。“SOUND”引脚与AVR的一个IO相连，再由AVR根据监测到的信号做相应的处理。电路图如图6。

(6)烟雾测量的原理

烟雾传感器主要用于检测机房内可燃性气体的浓度，防止火灾的发生。MQ-2的简单电路，调节R3来改变MQ-2的分辨率。由于MQ-2产生的是模拟信号，需经AD采样再送入AVR。这里MQ-2连接到ADC0809的第3路输入端。电路图如图7。

(7)门控电路

门监控系统主要用于防止非工作人员的进入。对门的控制：通过AVR的一个IO引脚与该模块的“DOOR”引脚相连来控制4N25光耦隔器件的导通和关闭。原打算用电磁阀来控制的们的开关。由于门锁在关闭的情况下需很大的力才能打开，这样需要很大的电磁阀。由于体积原因这里采用发光二极管来代替电磁阀和门锁的状态。4N25光耦隔器件在这里主要是隔离电磁阀在开和关时，带来的强大反电动势。防止AVR被烧坏。对门的状态的检测：通过AVR的一个IO与该模块的“HT130”引脚相连来控制检测HT130红外对管的接受端与发送端是否有障碍物。这里当HT130红外对管U形槽有障碍物时，认为门是开启的，无障碍物时认为是关闭的，一次来判断门的状态的开关。电路图如图8。

(8)蜂鸣器

蜂鸣器电路主要是对整个系统的工作状态，在现场起一个提示报警作用。例如温度和湿度过高不适用机房仪器设备的工作时。通过AVR的另一个引脚与该模块的“BUZZER”引脚相连来控制蜂鸣器的发声。该电路主要是通过一个三极管来驱动蜂鸣器发声。电路图如图9。

(9)震动传感器检测电路介绍

震动传感器检测模块主要用于非工作人员入侵机房的检测，该传感器主要用在空调的户外机和一些设备上。图中“ZD”脚与AVR的一个IO连接，当空调的户外机遭到非法震动。就会在“ZD”脚上会产生一个下降沿。在AVR上通过读取这个引脚的点平变化就可以知道是否有震动产生。电路图如图10。

(10)AVR最小系统

单片机采用AVR单片机，控制芯片为ATMEGA128L-3，外围电路很简单。有两个晶振Y1为7.3728M，Y2为32768Hz。再就是电源管理模块，外接电源为5V，AS1117-3.3为稳压芯片。提供ARV3.3V电源。最小系统就可以跑起来了ATMEGA128L自身有个SIP串行数据接口，正好可以和CC2420进行通讯，有利于编写程序。还有一个ISP下载端口，用于程序的下载调试。另外还有3个LED灯，用于程序运行时观察运行的状态。MAX3232电平转换芯片，用于串口通讯。在就是其他的IO口，用于与其他传感器相连，PA3-PA5是ADC的地址选择端口，PA6是ADC的输出使能端口，PA7是ADC的ADC的转换结束信号端口，PC0-PC7为ADC的8位数据端口，PD0为温湿度采集端口，PD1为噪声采集端口，PD2为门的控制端口，PD3为震动传感器信号端口，PD4为门的状态采集端口，PD5为蜂鸣器的控制端口，PD6为ADC的转换启动信号，PE0和PE1为串口的通讯的数据收发端口，PE7为ADC提供转换时钟，这几个就是和外围传感器的接口，电路图如图11。

与上位机通讯采用RS232串口通讯。为了避免在无线传感器网络通讯时，多个节点同时给协调器发送数据是发生冲突。协调器与节点通讯采用查询方式通讯。这样就只有一个主设备，其他的从设备都是被动的工作。协调器的数据发送又是由上位机控制的。这样所有的主动权就全部给到了上位机，上位机什么时候发数据给协调器，协调器时候给节点发数据。节点什么时候收到数据后就会采集传感器的数据或根据不同的命令来控制相应的设备发出相应的动作。这样就解决了上位机与ZigBee模块的通讯问题。

当节点接受的协调器发来的请求消息时，就会采集温湿度，噪声，烟雾浓度，震动传感器和电压，电流现在的工作状态。然后将采集到的数据打包再通过无线传感网络发送给协调器。在采集这些数据时可能会花一定的时间，所以上位机不能发送一条采集指令后立即再发送第二条指令，这时节点正在采集传感器信息。不会理会协调器发来的消息。但是该消息还是会被CC2420接受只是会在处理器采集完后去响应。如果这样的话，有些传感器如温湿度它必须每隔1秒钟响应一次，这样的的话采集到的数据肯定是不正确的。所以尽量避免这样的操作，在节点相应完后在做第二次查寻。

在ZigBee模块调试时，可以通过串口发送信息通过一定的协议来设置协调器(或节点)的地址或查询协调器(或节点)的地址。

机房监控系统的首要任务是收集机房内的各传感器探测得到的环境参数，机房中安装上温度、烟感、火警探头并将这些探头探测出的数据通过AVR单片机进行采集处理再由AVR控制CC2420将采集到的数据通过无线传感网络传输到与服务器相连的ZigBee模块上，再通过已经建设好的有线网络将数据传输到互联网上，将这些信息传送至远程监控点供管理者查看，这不仅避免了维护人员的奔波之苦，更提高了机房管理的效率，杜绝安全事故的发生。

利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。