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基于开源平台的机房动环监控系统的设计与实现

发布时间：2022-01-18T07:58:53.160Z来源：《新型城镇化》2021年24期作者：钱俊

[导读]动环监控系统全称动力及环境监控系统（Dynamicenvironmentmonitoringsystem），主要功能是需要将地理位置分散的各个机房内

动力、环境和安防的运行状态进行遥测、遥信采集，记录和处理相关数据，及时侦测故障通知维护人员，并能实现遥控、遥调操作，提高

机房供电及环境的可靠性，保障机房内通信设备运行的稳定性和安全性，提高管理效率，实现无人值守。

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摘要：本文结合当前种类繁杂的机房动环监控系统的特点，研究设计了一套基于开源平台的机房动环监控系统，将多个机房的动力、

环境、安防等子系统集成在综合监控系统平台中，集中统一的对影响机房运行的各个因素进行实时遥测、遥信和遥控。设计数据采集智能

网关，研究并采用基于边缘计算的分布式处理架构，提高系统响应能力的同时也提高了系统性能。

关键词：动环监控；开源平台；智能网关；边缘计算

1动环监控系统

动环监控系统全称动力及环境监控系统（Dynamicenvironmentmonitoringsystem），主要功能是需要将地理位置分散的各个机房内动

力、环境和安防的运行状态进行遥测、遥信采集，记录和处理相关数据，及时侦测故障通知维护人员，并能实现遥控、遥调操作，提高机

房供电及环境的可靠性，保障机房内通信设备运行的稳定性和安全性，提高管理效率，实现无人值守。

2开源平台及开发语言

开源平台一般分为软件开源与硬件开源，开源硬件指与自由及开放原始码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。常用的开源硬件

有:Arduino、BBB，树莓派，pcduio，香蕉派，RioBoard等等

Python是一种动态的、面向对象的脚本语言，Python语言及其众多的扩展库所构成的开发环境十分适合工程技术、科研人员处理实验数

据、制作图表，以及开发科学计算应用程序，程序具有较好的简洁性、易读性以及可扩展性。

3系统架构

根据工信部《YD/T1363.1-2014通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统》的相关标准，本项目设计的机房动环监控系统框

架为由汇聚管理层（区域监控中心SS）与终端设备层（监控单元SU和监控模块SM）即构成的两层星型结构。

图1区域监控中心

在此结构中，终端设备层采集现场数据发送给汇聚管理层，同时根据管理层控制指令执行相应操作。

终端设备层的核心设备是数据采集网关，其功能是通过多种协议接口连接各类动力监控、环境监控、安防监控传感器模块，获取监测

数据，通过网络发送至汇聚管理层，并根据管理层指令控制相关模块动作。

4数据采集网关设计

本项目使用目前成熟的基于开源平台的ARM硬件开发板树莓派（RaspberryPi）为核心，设计外围扩展电路，使用python脚本编程语言

编写采集和处理程序，从而支持GPIO、RS485、蓝牙、TCP/IP等多种通信协议的监控传感器模块，在降低系统功耗的同时，提高了系统的

可扩展性和兼容性。

根据终端设备层功能设计和机房面积大小，设计GPIO控制声光报警器、智能门锁、人体红外监测、水浸监测、火焰监测、烟雾监测，

温湿度监测、门窗启闭监测和供电输入监测；使用RS485接口连接电力测控仪表、机房空调，使用USB接口连接UPS供电模块。门窗启闭监

测使用多个门磁开关并联，监控每扇门窗的启闭状态。智能门锁和声光报警器使用继电器控制模块连接。

表1GPIO端口分配表

树莓派自带的UART串口总线是TTL电平，项目选择采用SP485EEN接口芯片，将TTL信号与485信号进行相互转换，增加自动切换电

路，通过三极管来控制收发方向，实现RS485全双工通信。同时增加双通道隔离芯片ADUM3201，通过磁耦的方式进行信号隔离，提高通

信的安全和稳定。

树莓派自带的GPIO针脚虽然可以提供0-5V的输出，但驱动能力较弱，最大电流仅为16mA，需要通过继电器控制电路来实现远程控制

监控模块，当输出高电平时，三极管导通，继电器得电闭合，电路切换。同时在继电器线圈两端增加二极管，抑制线圈反向电流，保护三

极管。

5程序设计及边缘计算实现

1）采集开关量类监控模块状态程序设计

通过设置需采集的GPIO针脚为信号输入模式，读取