基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控系统及方法，尤其涉及一种基于51单片机和物联网公共服务平台的网络室内环境远程监控系统及其监控方法，属于室内环境监控技术领域。
【背景技术】
[0002]在信息技术快速发展的背景下，计算机网络机房、数据中心、电力配电室等室内基础设施的数量迅猛增长。对于大型的网络机房和数据中心，需要专门收入大量资金建设专门的环境网络监控系统，专人值守进行运维管理。而对于中小型企事业单位的机房、配电室等室内基础设施，往往受限于建设成本等因素，难以建设专门的室内环境网络监控系统，通常采用有人值守或定期巡查的方式进行运维管理，消耗大量的人力与物力。当出现入侵、烟火、水淹、断电等环境紧急事件时，往往得不到及时处理，易造成事故，甚至产生严重的经济损失。因此，针对中小型网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施，如何构建相应的环境网络监控系统，实现中小型室内基础设施的智能监控与远程管理，改变传统的监控与运维管理方式，避免造成严重损失，成为运维管理人员亟待解决的问题。
[0003]在现有技术中，主要通过监测主机采集各类环境监测传感器的数据，上传至后台服务器进行数据处理、存储、查询与报警，这种方式下，除设计开发监测主机外，还需要构建专门的后台服务器及服务软件，在结构复杂的同时，也加大的成本投入。此外，报警方式通常后台服务软件提示报警或通过手机短信方式报警，当无人值守或短信网络阻塞时，报警信息的及时性存在一定的不确定性，可能带来故障处理的延误，甚至造成事故。
[0004]随着内置TCP/IP硬件协议栈网络芯片的出现，使51单片机嵌入式装置具有以太网接口并且接入互联网成为可能。同时，随着物联网技术的迅猛发展，国内出现了多个物联网公共服务平台，如YEELINK、乐联网、传感云、OneNet等，这些物联网公共服务平台通常能够提供传感数据的上传接口、数据云存储、数据展示、以及短信、微信、微博或电子邮件报警等公共服务功能。以上相关技术的发展，使各类中小型网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施构建低成本、智能化的嵌入式网络监控系统提供了可能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足，面向中小型计算机网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施环境监控需求，提供一种低成本、易操作的嵌入式室内环境网络监控系统及方法。
[0006]本发明采用如下技术方案实现发明目的。
[0007]一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控系统，包括:
开关量传感器，可以是但不限于红外传感器、烟感传感器、温感传感器、水浸传感器、明火传感器、市电传感器等，用以采集需要监测的室内环境参量，与光电隔离单元和光电隔离继电器单元相连接； 光电隔离单元，由光耦和辅助电路构成，与开关量传感器、51单片机GP1端口相连接，用以开关量传感器输出端与51单片机GP1端之间的隔离；
数字温湿度传感器，可以但不限于一线总线式数字温度传感器、数字湿度传感器或数字温湿度传感器，用以采集室内温度、湿度环境参量，与51单片机GP1端口相连接；
智能设备或仪表，可以但不限于具有RS232或RS485通信接口的UPS、电力仪表、氧含量检测仪、SF6泄漏检测仪等，用以采集室内环境指定的监测参量，与RS485转TTL单元相连接；
RS485转TTL单元，由RS485转TTL信号转换电路构成，用以将RS485信号转换成TTL信号，与51单片机UART端口相连接；
51单片机单元，与光电隔离单元、数字温湿度传感器、RS485转TTL单元、网络接口单元、光电隔离继电器单元相连接；
电话语音报警单元，与光电隔离继电器单元相连接，同时连接至外部电话网，用以当开关量传感器变位和指定监测参量超限时，通过电话网进行电话语音报警；
光电隔离继电器单元，由光耦和交直流继电器及辅助电路构成，与开关量传感器、51单片机GP1端口以及电话语音报警单元相连接，同时连接至外部控制设备，用以驱动指定监测参量变位和超限时电话语音报警以及外部控制设备的控制；
外部控制设备，可以但不限于照明开关、排风扇开关、空调开关、电力断路器等，用以执行完成指定的开关控制操作；
网络接口单元，由具有SPI接口及内置TCP/IP协议栈的网络接口芯片和辅助电路构成，与51单片机SPI端口相连接，同时连接至外部互联网和物联网公共服务平台；
互联网及物联网公共服务平台，可以但不限于是YEELINK、乐联网、传感云、OneNet等，用以上传监测参量数据的接收、存储、展示以及触发短信、微信、微博或电子邮件报警；
监控终端，可以但不限于是能够连接互联网的PC、智能手机或平板电脑，与互联网及物联网公共服务平台相连接后，能够通过WEB或APP操作接收报警信息以及完成监测参量数据的查询、管理与指定外部控制设备的远程控制操作。
[0008]一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控方法，具体步骤为:
步骤一:环境监测数据采集与电话语音报警，开关量传感器状态数据、数字温湿度传感器温湿度数据、智能设备或仪表数据通过51单片机进行采集，做好向物联网公共服务平台上传的准备，同时，如果开关量传感器状态数据发生状态变位，直接驱动光电隔离继电器单元触发电话语音报警单元进行电话语音报警。
[0009]步骤二:温湿度数据和智能设备或仪表数据超限电话语音报警，51单片机判别温湿度数据和智能设备或仪表数据超限情况，当数据超过预设报警限值时，驱动光电隔离继电器单元触发电话语音报警单元进行电话语音报警。
[0010]步骤三:环境监测数据上传物联网公共服务平台，51单片机判别开关量传感器状态数据，当发生状态变位时，立即将开关量传感器状态数据上传物联网公共服务平台；51单片机判别温湿度数据和智能设备或仪表数据变化情况，当变化超过预设上传阀值时，立即将变化超过预设上传阀值的监测数据上传物联网公共服务平台；上传的监测数据保存于物联网公共服务平台的云存储空间内。
[0011]步骤四:环境监测数据监视与查询，包括两种方式，第一种方式为实时监测数据监视与查询，即PC、智能手机或平板电脑通过浏览器直接访问51单片机内置的WEB服务器，以WEB页面方式进行实时监测数据的监视与查询；第二种方式为历史监测数据监视与查询，即PC、智能手机或平板电脑，通过浏览器访问物联网公共服务平台提供的WEB服务或通过APP访问物联网公共服务平台上存储的环境监测历史数据。
[0012]步骤五:物联网公共服务平台触发短信、微信、微博或电子邮件报警通知，通过在物联网公共服务平台上配置环境监测数据的报警触发规则，当环境监测数据变位或超过报警限值时，触发短信、微信、微博或电子邮件报警通知。
[0013]步骤六:外部控制设备的远程控制，PC、智能手机或平板电脑通过浏览器或APP操作访问51单片机内置的WEB服务器或物联网公共服务平台，进行指定外部控制设备的远程控制操作。
[0014]本发明的优点和有益效果是:
(1)本发明采用电话语音报警和通过物联网公共服务平台触发短信、微信、微博或电子邮件报警相结合的技术手段，报警形式互为补充和备份，有效避免了单一报警方式的不足；
(2)本发明支持PC、智能手机或平板电脑等监控终端，使运维管理人员能够随时随地掌握室内基础设施的环境情况，实现室内基础设施环境的无缝监控和无人值守；
(3)本发明通过连接物联网公共服务平台，实现环境监测数据的云存储，在节省自建后台系统投入成本的同时，也能够充分利用物联网公共服务平台提供的安全可靠的服务功會K ;
(4)本发明采用51单片机为核心和带硬件TCP/IP协议栈的网络芯片为网络接口，无需操作系统支持，监控软件直接固化于51单片机中，启动迅速，不会感染病毒；
(5)本发明构建成本低、易于操作，能够有效降低室内基础设施环境监控系统建设实施的难度和复杂度，并有效降低建设成本，能够广泛应用于中小型室内基础设施的环境监控场合。
[0015]【附图说明】:
图1是本发明系统的组成结构示意图。
[0016]图2是本发明的实施例系统组成结构示意图。
[0017]【具体实施方式】:
下面以一个电力配电室环境监控为实施例，对本发明作进一步说明。
[0018]如图2所示，本发明实施例系统包括3个温烟感传感器、4个红外传感器、4个水浸传感器、I个市电传感器、2个一线总线式数字温湿度传感器、I个具有RS485通信接口和通信功能的UPS、12路光电隔离单元、I路RS485转TTL电路单元、51单片机IAP15W4K61S4、20路光电隔离继电器单元、16防区电话语音报警单元、2路照明控制开关、2路排风扇控制开关、W5500网络接口单元、YEELINK物联网公共服务平台以及PC、智能手机或平板电脑监控终端。
[0019]12个开关量传感器信号复用分离为两组信号，一组信号经12路光电隔离单元进行隔离后与51单片机IAP15W4K61S4的12个GP1输入端口相连接，用以51单片机IAP15W4K61S4采集温烟感、红外、水浸和市电报警开关量传感信号；另一组信号经20路光电隔离继电器单元后连接至16防区电话语音报警单元，用以直接触发温烟感、红外、水浸和市电报警事件的电话语音报警。
[0020]2个一线总线式数字温湿度传感器与51单片机IAP15W4K61S4的2个GP1双向端口相