物聯(lián)網(wǎng)智能機房系統設計與實(shí)現

摘要：簡(jiǎn)述了實(shí)現智能機房系統所用的主要技術(shù)、設計方法和功能實(shí)現，包括通信協(xié)議設計、硬件電路設計和軟件設計。系統功能包括控制、檢測和無(wú)線(xiàn)通信等，實(shí)現了機房電器的控制、環(huán)境物理量的檢測、機房安全的防范及通信等功能。同時(shí)增加了可無(wú)線(xiàn)遙控的智能小車(chē)，其上添加各種傳感器，實(shí)現傳感器的移動(dòng)檢測，增加了檢測的靈活性。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遙控機房，從而實(shí)現遠程控制。經(jīng)系統測試功能均實(shí)現。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能機房；無(wú)線(xiàn)通信；智能小車(chē)

自2009年8月溫家寶總理在無(wú)錫市提出“感知中國”以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰略性產(chǎn)業(yè)之一，寫(xiě)入了“政府工作報告”。物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會(huì )極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。智能機房的發(fā)展與成熟，將會(huì )極大的提高機房管理的便捷性和可靠性。
文中簡(jiǎn)述了系統實(shí)現所需的主要技術(shù)、設計方法和功能實(shí)現。其中主要包括通信協(xié)議的設計、硬件電路設計和軟件設計方法，最終實(shí)現智能機房的遠程控制，例如遠程監測室內的溫濕度、遠程接收人體入侵報警、遠程控制電燈的開(kāi)關(guān)，以及對無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)的控制等功能。

1 系統總體設計
1．1 系統概述
當今智能機房系統包含的功能十分豐富，但還沒(méi)有形成統一的標準。智能機房按照功能，主要包含以下幾方面：機房網(wǎng)絡(luò )系統、總控制管理系統、照明控制系統、機房安防系統、及機房環(huán)境監測系統等。
該論文從具體功能實(shí)現的技術(shù)層面，討論了以下幾個(gè)系統：環(huán)境物理量檢測系統，安防系統，照明控制系統。
1．2 設計要求
為了便于系統的擴展和改造，將以模塊化的方式實(shí)現需要的功能，每個(gè)模塊負責一個(gè)或者幾個(gè)類(lèi)似的功能實(shí)現。所有模塊之間使用無(wú)線(xiàn)方式通信，每個(gè)模塊都要有各自的主控MCU、電源和具體實(shí)現功能的部件。
由于網(wǎng)關(guān)沒(méi)有無(wú)線(xiàn)功能，系統中設置了一個(gè)模塊負責通信中繼，通信中繼包含兩方面：與各個(gè)功能模塊的通信；與網(wǎng)關(guān)的通信。該模塊主要是通過(guò)網(wǎng)關(guān)接收上位機的控制命令，傳送給相應執行模塊；或者接收各個(gè)模塊的信息，傳送給上位機。
為了擴大環(huán)境物理量的檢測范圍，增加一個(gè)可自主移動(dòng)的平臺一無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)，在該平臺上可安裝傳感器或者無(wú)線(xiàn)攝像頭。同時(shí)為了增加系統的可操作性，體現以人為本的設計理念，該系統還需增加一個(gè)特別的模塊一遙控終端，該模塊負責顯示該系統的所有信息，并且可以控制其他的功能模塊。
1．3 系統功能劃分
整個(gè)系統實(shí)現的功能有：環(huán)境物理量檢測，選擇常見(jiàn)的溫度、濕度；安防，選擇有代表性的人體入侵檢測；照明控制，控制電燈的開(kāi)關(guān)；移動(dòng)平臺，選擇可無(wú)線(xiàn)遙控的小車(chē)。
為了節省資源，將溫度、濕度和人體入侵檢測3個(gè)功能放人1個(gè)模塊中實(shí)現。電燈開(kāi)關(guān)的控制由1個(gè)模塊實(shí)現。綜上所述，系統一共需要5個(gè)模塊，分別是：通信中繼模塊、遙控終端模塊、溫濕度及人體入侵檢測模塊、電燈控制模塊，以及無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)。系統的組織架構如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 基礎模塊
5大功能模塊是建立在基礎模塊之上的，每個(gè)模塊都是通過(guò)擴展基礎模塊來(lái)實(shí)現具體功能的?；A模塊包括MCU最小系統、無(wú)線(xiàn)通信模塊和電源模塊。
1)MCU最小系統
MCU即單片機，是每個(gè)模塊系統的核心，主要負責各種信息的處理和對各種外圍設備的控制，所以選擇一款合適的MCU是整個(gè)系統功能實(shí)現的關(guān)鍵所在。該設計以市面上最常見(jiàn)也最通用的51單片機做為主控MCU。為了讓系統有更大的擴展空間，應選擇一款外設功能多樣的51單片機。經(jīng)過(guò)實(shí)際調查和對比，選中型號為STC12C5A60S2單片機為本設計中所有模塊的主控單片機。
STC12C5A60S2單片機外設比較豐富，包括2個(gè)全雙工異步串行通信(UART)接口，2路脈沖寬度調制(PWM)輸出，一個(gè)同步串行外圍通信(SP I)接口，8路10位精度的A／D轉換等，并且該單片機支持通過(guò)異步串行接口編程，這些功能都極大了簡(jiǎn)化了系統的開(kāi)發(fā)和設計。

圖2為STC12C5A60S2單片機的最小系統，該系統包含如下幾個(gè)部分：
①外部晶振電路
因為要使用異步串行通信，所以選擇11．0592MHZ的晶振作為外部的時(shí)鐘源，這樣能保證異步串行通信的正確性。
②復位電路
復位電路包括上電復位和按鍵復位兩部分。其中，上電復位是系統剛開(kāi)啟時(shí)復位單片機的；按鍵復位是在系統運行出現異常時(shí)，用于手動(dòng)復位單片機。
③電源濾波電路
電源濾波電路由兩個(gè)濾波電容組成，是有效防止電源波紋對單片機干擾的手段。