基于嵌入式Ｗｅｂ的机房监控系统设计与实现
摘要：该文采用嵌入式技术、无线传输技术、网络传输技术、数据采集及现场控制技术和Internet/Web技术，设计基于嵌入式Web的机房环境监控系统。
关键词：嵌入式Web服务器；无线数据采集；实时；CGI
中图分类号：TP308文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)34-1803-02
Based on Embedded Room of the Web Design and Implementation Monitoring System
HE Hai-yan
(Anhui Radio, Film and Television Institute of Vocational Technology, Hefei 230022, China)
Abstract: This literary grace use embedded technology, wireless technology, network technology, data acquisition and control of on-site technology and Internet / web technology, design the room environment monitoring system based on embedded web.
Key words: embedded web server; wireless data acquisition; on-site; CGI
1 引言
随着计算机和网络技术的普及，计算机系统的数量与日俱增，计算机机房已成为各大型单位的信息枢纽。机房中的环境设备（如空调、UPS电源、配电柜、消防设备等）为网络系统的安全运行提供了环境保障。同时，环境设备自身的安全运行，也成为机房管理的重要内容之一。一旦机房的环境设备出现故障，就会直接影响计算机系统的正常运行，严重的还会造成机房内的相关设备损坏，甚至导致网络系统瘫痪。因此，对机房环境设备的运行状态进行实时监控，是保证机房设备安全运行的关键措施。
2 系统需求分析
机房环境的监控主要涉及以下几个方面的内容：对配电系统、UPS系统、空调系统工作状态的监视；对机房的温湿度、生活用水和供暖制冷系统漏水情况等进行监测、报警，以及对门禁系统、消防系统、保安系统等的管理。由于这些环境设备是连续工作的，因此要求监控系统也必须是长时间连续工作的。这样就对系统设计的可靠性、安全性、可维护性等方面提出了更高的要求，具体表现在以下几个方面：
1) 高可靠性。要求监控系统可长时间不间断运行，无故障运行时间要长，且系统的维护快速简便。
2) 高安全性。系统应能够提供多种安全保护措施，对异常状态进行分析、记录、及时报警，以便让管理人员能够尽快了解所发生的情况并及时处理。
3) 较强的实时性。监控系统对信息的传输要及时，不能有过大的延时，否则难以及时跟踪被监控对象的当前状况。
4) 易用性和易维护性。机房环境设备监控系统，应以GUI的方式提供良好的人机界面，便于人机交互。同时，监控系统要有通用性和灵活性，即可以在对系统进行少量修改或扩充就可增加新的监控系统，扩充监测点数，以满足新的监控要求。
5) 丰富的系统功能。要求监控系统不仅能够提供一般的报警功能，对采集的当前数据进行记录，并以图形方式对环境设备运行状态和参数进行直观显示。
3 机房监控系统的总体设计
3.1 设计重点
基于对远程监控系统的需求分析，进行系统设计时我们重点考虑如下几种因素：
首先，现场总线与数据网的互联问题。由于被监控对象的信号种类较多，所采用的现场总线标准各异，因此不同总线标准之间的转换以及现场总线与数据网之间的互联是系统设计时需要重点考虑的问题。
其次，实时性要求是远程监控网络系统区别于普通网络系统的基本特征。如果监控系统的实时性得不到保障，现场监控就失去了实用价值。
第三，为满足监控系统的高可靠性要求，应对硬件系统和软件系统明确分工，进行协同设计。
第四，根据远程连接方式不同，需要采用不同的安全措施以保证信息的安全传输。
3.2 系统的功能设计
监控系统的基本功能包括：现场数据的实时采集、发送和显示；对采集到的数据进行处理和存储；对数据处理的结果进行分析、判断和报警；提供多种业务支持功能。
3.2.1 实时数据采集
实时数据采集是实施系统监控的基础。在环境设备的监控系统中，需要实时采集的数据主要包括高低压配电系统及UPS电源的电压、电流、电源开关状态等参数，空调机的冷热水温度、流量、送风量、送风温度、新风量等状态参数，以及机房内部的环境参数（如温度、湿度、水浸、烟感、门禁等）。不同的参数采用的总线标准不同（如RS232/485总线、Lonworks总线），只有把它们统一到TCP/IP协议上，才能实现真正意义上的远程监控。
3.2.2 报警功能
报警是监控系统的基本功能之一。监控系统对采集到的数据进行分析、处理，如果发现相关数据超限、数据异常，则说明环境设备出现异常情况，此时应发出相应报警。设计报警功能时，需要考虑被监控对象的自身特性、优先级别等因素，对多个报警信号进行加权处理，以保证系统的所有重要报警都能被及时处理。
3.2.3 多种业务支持功能
灵活的查询和丰富的报表功能是对监控系统基本功能的扩展。通过对设备运行状态的实时数据、历史数据进行对比分析，从不同角度向管理者提供设备运行和维护信息，为设备的维护、更新、改造等质量管理提供可靠依据。
3.3 具体方案
3.3.1 采集功能部分
根据采集信号的类型划分为：模拟量与数字量，对信号的处理采用两种方式：采集与控制。考虑信号分类及处理方式不同，对数字信号我们采用无线采集，模拟信号采用有线，控制信号与采集信号采用不同通道分别处理。采用这样方式，主要是基于监控系统的安全性与可靠性要求。
3.3.2 监控功能部分
实时性是远程监控的基本特征，远程用户要实时掌握机房现状，意味用户端的数据要不断更新，现有监控系统较多采用C/S模式实现此过程。这会带来我们引言部分所说的问题：客户端需要特定的应用软件及产生相应不便。为克服C/S系统的不足，我们设计时使用B/S模式，同时为克服B/S模式的不足，采用Java applet技术设计实时监控。
3.3.3 通用性及支持功能部分
基于系统通用性和灵活性考虑，采用微控制器作为系统中央处理单元，整个系统在应用成本上有很大下降。另外系统结构可作为其它系统子系统，构成新应用。图1所示即为系统功能的扩充。
基于功能分析，我们给出系统的总体结构框图如图2所示。
1) 无线数据采集系统
使用无线发射模块PT2262对采集信号进行无线发射，利用接收电路对信号进行采集。通过PIC16F877对无线接收信号采用软件解码。最终将解码后信号输入MCU的P1.0~P1.7，完成数据采集。实现一个接收模块采集多个数据。
2) 嵌入式web server
基于嵌入式Web的机房环境监控系统软件结构采用浏览器/服务器（B/S）和客户端与服务器端（C/S）相结合的结构，客户端可使用IE浏览器，服务器基于TCP/IP协议栈实现HTTP Web服务。测控功能通过CGI程序实现，即客户端通过HTTP协议发出请求，该请求到达Web服务器，服务器执行相应的CGI程序采集数据，Web服务器将结果发回客户。图像、声音及动画等多媒体数据的处理是通过嵌入在页面中的Java Applet程序来实现交互功能。数据的采集采用单芯片实现多个发射模块的无线接收。
3.4 软件设计
由于MCU的输入输出接口的定义，即提供外接模拟量与数字量接口，可以在IDE的mn_userconst()中可以定义完成，所以系统的软件设计就侧重于远程服务功能的实现上。
软件设计的思路是对系统采取多层结构设计结构。此方案使软件开发变得非常便捷，高效。在程序设计时，将页面设计和代码设计有效的分离，代码编写、页面设计同时进行。层设计中，各个层之间的分工明确，各个层之间通过有效的协作来完成系统的高效运行。客户端页面用于接收、显示数据、控制的工作，它要通过与CGI协作来完成与server的交互。server程序设计用于数据采集、控制、客户服务。也是通过CGI与客户端交互。系统数据流如图3所示。（下转第1806页）
（上接第1804页）
3.5 集成调试
通过软硬件调试后，将整个系统各接口连接，进行系统各功能验证实验。最终达到我们设计目标，检测参数与现场吻合、控制迅速。
参考文献：
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