基于物联网的机房环境因子监测系统设计与实现.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023文章编号：10 0 7-7 57 X2023)08-0019-03基于物联网的机房环境因子监测系统设计与实现基金项目微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期辛建军（商洛学院，数学与计算机应用学院，陕西，商洛7 2 6 0 0 0）摘要：应用物联网技术、无线网络通信技术及传感技术设计一款智能机房环境因子监控系统。系统中以STM32为主控芯片的单片机连接各个传感器模块、显示电路及无线网络通信模块，经云处理由远程智能监控平台与传感器感知数据上传。通过手机App可以远程查看机房环境因子从而迅速做出调整，实现对机房环境的监控。实验证明这是一款成本低、功耗低、使用简洁的机房环境监测系统。关键词：物联网；机房环境；远程监控中图分类号：TP277文献标志码：ADesign and Implementation of Environment Factor Monitoring Systemfor Computer Room Based on the Internet of ThingsXIN Jianjun(School of Mathematics and Computer Application,Shangluo University,Shangluo 726000,China)Abstract:By using the Internet of Things technology,wireless network communication technology and sensor technology,thispaper designs an intelligent computer room environmental factors monitoring system.STM32 as the main control chip of thesingle-chip microcomputer connects each sensor module,the display circuit and the wireless network communication module.Through cloud processing,the remete intelligent monitoring ploutform and sensor sensing data are uploaded.Through the mo-bile phone App can remotely view computer room environment factors and make rapid adjustment to achieve the computer roomenvironment monitoring.It is proved that the system is a low-cost,low-power,simple-to-use computer room environmentalmonitoring system.Key words:Internet of Things;computer room environment;remote monitoring层是目前被广泛认可的物联网三层参考体系架构。本体系是0引言在物联网体系结构上加入云计算，整体架构体系如图1所示。随着科技的飞速发展，社会信息化的脚步也不断加快，应用层云服务、物联网和人们的工作与生活也越来越紧密相连，普通高等学校对计算机公共机房的环境要求也有所提高门。但利弊同行，计算机公共机房室内空气污染剧增，影响师生的健康。为了能够实时监控计算机公共机房室内气体的参数，本文主要利用物联网技术、传感器技术、单片机技术及无线通信技术相结合来监测机房环境，以STM32为主控芯片的单片机连接温湿度监测模块、空气质量监测模块、人体感应模块、继电器模块等，然后将系统获取的各项数据和报警模块通过Wi-Fi传输模块上传至云端，从而使机房工作人员迅速做出相应操作，保护计算机机房的各种电子设备，延长使用寿命，提高机房的管理效率 2 。1物联网及其整体架构体系“物联网”概念简单地说就是把物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。现在物联网技术应用随处可见，本系统主要采用了传感器技术、传感器网络技术、网络通信等 3。感知层、网络层和应用基金项目：陕西省教育科学十四五规划规划课题（SGH22Y1469）；陕西省教育学会项目（SJHZDKT202221）；陕西省教科所项目（SG H 2 2 Y147 1）；陕西省教育学会课题（SJHYBKT2022099）作者简介：辛建军（197 6 一），男，本科，高级工程师，研究方向为高等教育、计算机应用。Web应用服务系统云服务层服务器集群互联网网络层远程智能监控平台1主协调器1感知层终端节点）终端节点终端节点终端节点1(1)1(n)图1整体架构体系2系统总体设计方案计算机公共机房控制系统以STM32系统为核心，通过19.远程智能监控平台n.主协调器nn(1)n(n)108.ufH3.3VMicrocomputer Applications Vol.39,No.8,2023Wi-Fi通信技术将传感器采集的数据反馈到智能手机终端控制平台。智能手机控制平台对收到的反馈数据进行分析和处理，并通过Wi-Fi通信技术将相应的指令信息返回给主控制系统。主控制系统接收和分析指令并发出相应的电平信号，继电器接收给定的电平信号会响应控制机房计算机的开启或关闭，从而实现机房室内空气质量监控的目的 。本系统以STM32为主控芯片，通过手机App进行远程控制，主要包括温湿度监测模块、空气质量监测模块、人体感应模块、继电器模块、Wi-Fi传输模块及报警模块等6 个部分。空调和风扇由继电器控制，负责实时监测并改善室内空气环境，分为自动和手动两种模式进行空调和风扇的开关功能。机房环境因子监测系统结构图如图2 所示。OLED显示屏温湿度监测模块空气质量监测模块STM32单片机人体感应模块Wi-Fi传输模块K图2 机房环境因子监测系统结构图3系统硬件布局设计3.1采集信号模块3.1.1采集室内空气质量使用电导率较低的二氧化锡作为MQ135气体传感器的气敏材料。当可燃烧气体遇到二氧化锡时，空气浓度大小与传感器的电导率呈正比关系 5。空气质量监测模块将空气浓度信号转变成电压信号，由DO引脚连接主控制系统的AO引脚，将传输的模拟信号转换成数字信号使主系统识别。MQ135电路图如图3所示。vCC2DNDMQ1353DOAO4图3MQ135电路图3.1.2采集室内空气浓度采用电阻型传感器作为采集室内空气浓度的传感器（M Q-5），用电导率作为衡量参数，室内空气中可燃烧气体浓度越大其电导率越大。该传感器电压为5.0 V时，清洗传感器上附着的杂质持续6 0 s，随后电压降为1.5V,对空气中的可燃放气体浓度进行检测，持续时间为9 0 s，因此该传感器检测用时150 s6。M Q-5电路原理图如图4所示。IGNDMQ-5DOAO4图4MQ-5电路图3.1.3采集室内空气温湿度通过DHT11温湿度传感器将机房环境中的温湿度模拟信号转换成相对应的数字信号，供电电压为3.0 5.5V。传感器上电后，要等待1s穿过不稳定状态，在此期间无须发送基金项目任何指令。数据端口上连接着一个10 k的上拉电阻，当主控制器处于待机状态或者未使用状态时，一直使数据终端电压状态保持在高电平状态。利用手机App远程控制加湿器、空调、风扇、净化器等进行工作，使机房温湿度达到要求。温湿度传感器电路图如图5所示。3.3VHR210KGND图5温湿度传感器电路图3.2人体感应模块人体感应模块选用微型SR602人体感应芯片，此芯片响应快、灵敏度高、体积小、无噪声、功耗小、易安装，其最长感应距离为5m，特别适合在短距离的室内环境进行监测，恰LED适合机房环境因子监测。控制空调继电器模块和风扇报警模块云处理15VIGNDMQ135H5VVCC12DND微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期1vCc2DHTIIDATA3NC4GND3.3Wi-Fi传输模块将Wi-Fi传输模块连接到STM32主控芯片，采集获取的数据和报警信息通过Wi-Fi模块上传至云平台，把空气质云界面量监测模块、温湿度监测模块、人体感应模块传感器获取的参数发送到显示屏和手机端，从而实现实时监测机房的环境数据 7 。Wi-Fi模块电路图如图6 所示。1GNDGND川TXD82GPIO2CH_PD3GPIOOW_TX4RXD图6Wi-Fi模块电路图3.4控制电路为了提高系统的可靠性，采用3.3V和5.0 V双电源供电工作模式，主控芯片采用3.3V供电，传感器模块采用5.0V供电。当出现断电或供电故障时，可自动切换为备用电源工作模式，以确保系统正常工作。用继电器控制空调和风扇来调节室内环境，选用晶体管驱动，通过吸合、断开动作高效地在电路中达到导通、截止的目的8 。继电器控制电路图如图7 所示。JDQ1R311kGNI图7 继电器控制电路图MQ-54系统软件设计本系统使用Web远程智能监控平台实现与无线传感器网络的通信，远程服务器的数据库用Java编写，主要包括温湿度监测模块子程序设计、空气质量监测模块子程序设计、人体感应模块子程序设计、Wi-Fi传输模块子程序设计及报警模块子程序设计等，串口通信用RXTXcomm.jar函数库，20.DHT11ESP8266WRX7GNDRST6VCC5JDQ15V工Q3NPNR321kS1KEY+2A3B4KEY-Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023通过JSP实现页面程序 9。当主控制系统接收传感器发送过来的数据指令时，首先判断机房室内环境数据是否超过系统设定值。当超过系统设定值时，系统会自动开启机房内的空调和风扇开关；当温湿度降到系统设定值以下时，会自动关闭空调和风扇开关，还可以通过上位机对系统进行控制。流程图如图8 所示。开始初始化STM32初始化Wi-Fi模块显示屏初始化进入开始页面文等待各模块预热及稳定数据接收模块数据显示在屏幕上图8 流程图55系统测试和功能验证进行系统测试和功能验证，当主控制系统接收传感器发送过来的测试数据指令时，温湿度监测模块、空气质量监测模块、人体感应模块、继电器模块、Wi-Fi传输模块及报警模块协调工作，可以看到物联网平台与手机微信小程序同步接收、显示数据。系统测试图如图9 所示。数据显示界面如图24.06036424.00F23.93951423.83880623.748 16923.75F23.66760323.50F23.335 26623.25F23.01323.00522.75415:28:00 15:28:1515:28:3015:28:45 15:26:00 15:29:15 15:29:3015:29:45 15:30:006总结本文设计的普通高等学校计算机公共机房环境因子监控系统以STM32为核心，采用DHT11芯片等实现对机房室内环境因子的监测，实现了对普通高等学校计算机公共机房环境现代化、智能化管理的目的，是一款成本低、功耗低、使用简洁的机房环境因子监控系统系统，但还存在着一些缺陷，如机房内的除尘，检查电源是否漏电等还不完善，缺少GPS定位及远程报警等相关功能，后期可以完善相应的智能化装备，让整个机房更加现代化、科技化。1高蒙.基于机智云平台的远程监控系统开发关键技术研究 D.西安：西安理工大学，2 0 19.2梁东云，吴晓云.智能家庭环境因子监控系统设计J.商洛学院学报，2 0 2 2,36（4)：7 9-8 2.【3徐宁.基于模糊神经网络的智能家居室内空气质量基金项目10所示。微信数据界面如图11所示。温度数据界面如图12所示。数据是否达到预设阅值IY蜂鸣器报警开启排气扇发送预警信息至用户手机手机端查看信息和控制电器24.25r参考文献微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期图9系统测试图15:07:06N温度2 3.1c湿度55.4%PM2.529.7ug/m3VOC0级图10 数据显示界面温度()23.113708湿度（%)55.560303PM2.5(ug/m3)29.600000offonplay图11微信数据界面23.95965623.919373时间图12温度数据界面监控系统研究 D.杭州：中国计量大学，2 0 18.4姚科，李国利，邹惟清，等基于物联网的病房环境监测系统设计与实现 J.科技创新与应用，2 0 2 1，11(8):45-47.5杨乐丹，余厚全，陈光建，等.基于CC3200的物联网多功能测控终端设计与实现J.长江大学学报（自然科学版）,2 0 19(4)：8 3-8 7.6 吴岳忠，汪涛，周训志，等基于物联网的家居室内环境在线监控系统研究 J.无线互联科技，2 0 2 1，12(8):39-41.7郑淼淼.基于物联网的家居安防系统设计 J.科技广场,2 0 17(5):115-118.8田苗苗，崔维娜，王迪，等基于单片机的室内环境监测系统 J.海峡科技与产业，2 0 2 1，34（9）：6 3-6 6.9 朱兆丰，刘静琦，周振虎，等基于STM32的室内环境监测系统设计 J.物联网技术，2 0 2 1，11（6)：6-9.（收稿日期：2 0 2 1-11-18)21stop