无人值守机房远程监控系统设计与实现硕士论文(编辑修改稿)

无人值守机房远程监控系统设计与实现硕士论文(编辑修改稿)内容摘要：

企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和 维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高 效益 [2123]。 监控系统的分类 监控系统已经被广泛地应用到人们的生产和生活当中了，监控系统的种类 很多，若按照硬件构成进行分类，可分为两大类 [2427]： （ 1）闭路电视 监控系统 闭路电视监控系统是一种传统的监控系统，它主要由专用控制器、监视 器、摄像机、普通录像机，射频调制器、传感器、报普器和同轴电缆等构成。 这种系统是以专用控制器为核心，多路监控画面通过摄象机传送给专用控制 器，专用控制器将多路监控画面分配给多个监视器进行显示，以此方式实现多 画面同时监视 [5]。 本地监控画面可以经过射频器和由同轴电缆构成的专用闭路 电视系统，传至远程监控系统，以此方式实现远地监视。 各种传感器和报普器 信号由专用控制器统一控制。 （ 2）计算机监控系统 计算机监控系统是一种新兴的功能 强大的监控系统，它主要由多媒体计算 机、摄像机、视频卡、输入输出控制器、传感器、报警器、计算机网络或公用 电话网 PSTN和计算机监控软件等构成。 这种监控系统是以多媒体计算机为核 心，多路监控画面通过摄象机传送给计算机，经过计算机处理后，显示在计算 机显示器上。 本地监控画面由计算机处理后可以通过计算机网络或 PSTN传送 至计算机远程监控系统。 各种传感器和报警器信号由计算机统一控制。 （ 3）两种监控系统的比较 对闭路电视监控系统及计算机监控系统的比较具体请见表 11。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 5 表 11 两种监控系统的比较 项 目 计算机监控系统 闭路电视监控系统 监控核心设备 多媒体计算机 组合逻辑电路或单片机构成的专用控制器。 多画面监控 可采用软件多窗口循环显示或画面 分割器合成方式在同一台显示器上 显示多画面。 发生报普时可自动进 行画面切换。 只能采用画面分割器合成方式在同 一台监示器上显示多画面。 只能手 工进行画面切换。 传 感 器 红外微波超声波、烟雾、震动、开关等多种传感器。 红外微波超声波烟雾、震动、开关等多种传感器。 报 警 器 屏幕显示报警、 BP机报警、声光报警等多种报警方式。 一般声光报警 压 缩 MPEG MPEG ，便于存储。 无压缩 视频存储 以大容量硬盘和光盘作为主要的存 储设备，便于随机检索，存储的信 息量大，不易损坏和失真。 可在出 现报警时才存储视频，大幅减少了 存储量。 以录象带为主要的存储设设备，只 能顺序检索，极不方便，存储信息 量小，易损坏必须连续录制需要的 的存储量大。 视频传输 可采用计算机网络和 PSTN等多种 传输媒介，多用户可在同一信道上 分时使用，造价低，连接方便，传 输距 离很远，可在异地或异国传 输。 只能采用闭路电视专用同轴电缆， 多用户必须建立多个信道，造价 高，连接不方便，传输距离有限， 进行异地或异国传输很困难。 交 互 性 用户界面系统设置灵活，使用方便。 交互性差 可扩展性 以计算机软件作为控制核心的系统 升级方便，容易进行修改和功能扩 充。 专用控制器修改和功能扩充困难。 优 点 控制丰富，设置灵活，报替处理形 式多样，人机界面友好，交互性 强，传输距离远，扩展性强。 基于 宽带网络的视频图象连续，分辨率 高，传输速度快。 可进行远程监 控。 视 频图像连续，分辨率高。 缺 点 基于窄带网络（如： PSTN）的计算 机监控系统视频图像的分辨率和连 续性受到一定的影响。 专用控制器实现较复杂、功能简 单、灵活性差。 需要大量录像带不 间断录制，视频图象检索困难。 控 制简单，报警响应单一，交互性和 展性差。 传输距离有限，很难进行 远程监控。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 6 无人机房监控 随着社会数字信息化进程的加快，通信中心机房的设备和规模也日趋扩大 , 一旦机房环境和设备出现故障，就会影响通信系统的安全运行，造成数据 传输 或存储故障，严重时会造成机房内通信设备损坏，甚至使网络系统瘫痪，后果 不堪设想。 因此，为了保证计算机系统安全可靠工作，对机房里面环境和设备 进行自动监控是非常必要的 [2829]。 机房环境及动力设备监控系统主要是对机房设备（如供配电系统、 UPS电 源、空调系统、排风系统等）的运行状态、温度、湿度、空气质量、供电的电 压、电流、频率、配电系统的开关状态、测漏系统等进行实时监控并记录历史 数据及记录发送故障报警信息，为机房高效的管理和安全运营提供有力的保证 [30]。 目前监控系统的技术的发展已 经比较成熟，国内市场上有许多自主品牌的 机房专用监控系统，很多成功案例广泛应用于电力机房、电信机房、公安机 房、银行机房、广电机房、证券机房、移动基站等领域 [3132]。 无人机房监控系统所采取的方式主要有：专线方式、 Inter网络、 PSTN 交换网络、无线网络等。 常用监控系统网络拓扑图见图 11。 图 11 无人机房监控系统 本文的主要研究内容 本文以铁通哈尔滨铁路局无人通信机房监控系统为例主要讨论机房监控系 哈尔滨工业大学工程 硕士学位论文 7 统的网络组成及硬件实现，在现有的 PSTN交换网络和其他设备电路的基础上 完成系统设计，达到投资少、设备稳定、方便快捷、操作简单的目的。 设计过程中主要依据 20xx年信息产业部在原电信总局于 1999年颁布了 《通信局 (站 )电源、空调及环境集中监控管理系统前端智能设备通讯协议》基 础上制定的监控系统智能设备通信协议的行业标准。 系统要求可靠性高，系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品；系统运行 管理方便，软件系统中文化，操作方便技术支持能力强；系统可扩展性能强， 模块化结构有利于 扩容与扩展；投资少，系统选型具有高性能价格比。 论文将在以下几方面进行设计研究： （ 1）论文首先对远程监控系统进行了总体硬件设计，给出了各分系统设 计的详细分析。 （ 2）进行了监控系统的软件设计与实现，设计了数据库程序，以及远程 通信的软件设计，实现了数据的存储与管理。 （ 3）最后给出了监控系统的测试结果及分析。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 8 第 2章 远程监控系统硬件设计 本章主要针对哈尔滨铁路通信无人机房的监控系统进行硬件设计与实现。 远程监控系统的总体结构 远程 监控系统一般由以下几个部分构成：前端信息采集模块，通信网络和 监控中心。 其总体结构图如图 21 所示。 监控对象的状态、参数通过信息采集模块来获得。 随着通信和计算机技术 的发展，前端采集的信息从早期的简单模拟量数字量到现在的复杂多媒体信 息。 系统的通信网络也从传统的有线短距离发展到远距离无线高速传输 [1518]。 对于本文所研究的内容而言，无人机房的设备监控需要测量多路电压及电 流信号，以及机房状态。 包括：温湿度、门禁、水浸及备用蓄电池自动管理与 保护，所以在设计 整套监护系统时，就涉及到多路信号采集、信号调理、 A/D 转换数据采集、传输及网管终端及声光报警等。 具体功能要求如下： （ 1）供配电：电压、电流及开关状态量； （ 2）机房设备： UPS输入、输出电压、电池组电流等各项参数； （ 3）机房环境：机房温湿度、漏水监控；与门禁系统的互连，集中监 控； 对以上内容通过计算机进行集中监控。 这里仅介绍一个监测站和主控制中 心计算机间的点到点的连接通信问题，通过这个最简单的监控系统，来说明远 程监控系统的工作情况。 前端数据采集 前端数据采集 监控中心 通信网络 图 21 远程监控系统网络拓扑结构图 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 9 如何将两个相距较远的计算机连接起来是实现远程通信的核心。 通过借助 一定的通信网络可以实现其连接，比如： PSTN网络，它可以实现远距离的通 信，其实现简单成本低 [1925]。 我们使用 VB软件和数据库编程技术来设计远程 监控的通信软件。 监控单元硬件总体设计 监控单元主要任务是对通信机房电源及设备的远程状态进行定期自动监 测，获取系统中的各种信号的采集，并根据测量数据及均等状态实时进行处 理、控制 ，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保 证其工作的连续性、安全性和可靠性，另外，监控模块具有 “ 遥测、遥控 ” 功 能，可实现电源系统无人值守。 监控系统总体硬件结构框图如图 22所示。 系统监测电网一路、二路交流电压，使用状态。 电网电压过高、过低或掉 电时，故障指示灯亮并上报网管报警。 系统监测直流输出电压、负载电流、输出熔断器、电池接触器，当发生异 常情况时通知局端计算机。 系统监测直流蓄电池 (备用电源 )电压及充放电电流，当市电中断 由电池维 持向负载供电时，如果电池电压降至低压告警，监控模块向后台局端网管发出 报警。 数字显示 RAMROM看门狗 MCU AT89C52 A/D 信 号 调 理 通 道 选 择 隔 离 变 换 一路 二路 电压 电流 充电 信 号 处 理 温度 湿度 烟雾 门禁 水浸 按键 控制执行 MODEM 图 22 监控系统硬件结构框图 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 10 系统监测机房温、湿度、门禁、水浸及防盗等机房设施状态，如有异常发 出报 警。 监测通信状态，如通信异常发出报警。 系统各部分设计 该系统由主控制芯片、单片机复位电路、模数转换器（ A/D）、信号调理电 路、调制解调器、传感器等部分组成。 下面将对各个部分进行详细的介绍与分 析。 主控制芯片 系统主控制芯片采用的是 Atmel公司的 AT89C52，它是一种低功耗、高性 能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash存储器，并且使用了 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51产品指令和引脚完 全兼容。 片上 Flash允许程序 存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单 芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌 入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89C52具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256字节 RAM， 32位 I/O口 线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路 [3335]。 另外， AT89C52 可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模 式。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继 续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停 止，直到下一个中断或硬件复位为止。 单片机复位电路 系统中单片机的复位电路采用的看门狗电路，该电路可以使单片机在无人 状态下实现连续工作，其工作原理是：看门狗芯片和单片机的一个 I/O引脚相 连，该 I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平 (或低 电平 )，这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的 [3031]，一旦单 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 11 片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时，写看门 狗引脚的程序便不能被执行，这个时候，看门狗电路就会由于得不到单片机送 来的信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片 机发生复位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机 的自动复位。 由 MAX705组成的看门狗复位电路可以保证单片机系统在程序 “ 跑飞 ” 时能 够可靠复位， MAX705的复位脉冲输出有正脉冲和负脉冲两种方式，当复位脉 冲为负脉冲时，需要外接反相器后再连接到单片机的复位端，具体 连接如图 2 3所示。 图 23 单片机复位电路具体连接图 在正常情况下，图 22中的 WDI端发出 “ 喂狗 ” 信号，程序陷入死循环后， “ 喂狗 ” 信号无法发出，当死循环运行时间超过 ， MAX705的。