机房多参数检测系统 毕业论文.doc

第1章 绪论1.1 设计背景近年来随着通信行业的发展，对于机房监测控制技术也发生了突飞猛进的发展。机房主要用来放置计算机系统或通信网络的核心设备，为了保证设备正常运行，防止事故的发生，机房装有许多配套设备,这些配套设备必须24小时处于监控状态，任何一种异常情况都必须得到及时有效地处理。否则,将对机房中各系统的正常工作带来严重危害，后果不堪设想。所以能够设计一种能都对机房系统实时检测设备意义非常重大。年来随着电信产业和计算机产业的迅速发展，使得计算机机房工程这一新兴的产业蓬勃发展 。机房的设备大都价值昂贵，而且承担着重要而艰巨的任务。为了管好和用好这些设备，各地监测站在机房内都配备了各种物理环境保障设备，如ups、配电柜、精密空调、新风机、视频、门禁等供配电及环境调节设备。从理论上讲，要管好这些机房设备，需要管理人员具有全面的、跨专业的知识。机房管理知识涉及众多专业，机房管理人员无法精通各方面的专业知识，因此该监控系统应能够提供各种直观、有效、简易的辅助管理工具，如数据报表管理、权限管理、精确报警管理、设备间联动管理、设备运维管理、远程控制管理等，以实现机房的智能化管理，大大降低机房管理人员工作难度，有效解决机房管理专业知识要求高、专业管理人员不足的问题。面对当前通信机房管理维护工作中存在的问题，进行科学、经济、合理的投资，采用先进的计算机技术、自动控制技术、计算机网络技术，建设现有通信机房的动力环境、保安、消防基础设施，构建可控制、可管理、易维护的集中监控系统，真正做到通信机房的无人值守。本系统的建设目标如下：（1）具备高度联网集成能力监控系统通过用户网络可全面实现对各地监测站机房内各种类型设备的监控，能够快速、精确反映机房动力环境运行情况，具有及时提供报警提示、故障处理建议的功能。（2）具备高稳定性和可靠性本监控系统自身具备724小时连续稳定运行的高可靠性，确保监控功能和服务的不间断性，可为机房核心设备的持续、稳定运行提供有力保障。构建该监控系统时，应从系统架构、硬件选型以及软件配置等各个方面进行全面考虑，以提高系统的稳定性和可靠性。（3）具备高端管理功能机房管理知识涉及众多专业，机房管理人员无法精通各方面的专业知识，因此该监控系统应能够提供各种直观、有效、简易的辅助管理工具，如数据报表管理、权限管理、精确报警管理、设备间联动管理、设备运维管理、远程控制管理等，以实现机房的智能化管理，大大降低机房管理人员工作难度，有效解决机房管理专业知识要求高、专业管理人员不足的问题。（4）具备强大可持续性扩展功能监控系统应该具备结构、容量、接口技术等方面的快速扩展功能，能够根据用户机房建设不同阶段的要求，满足机房设备、机房数量、管理功能等方面的不断升级扩容的需求，并保护用户原有投资不因系统升级扩容而废弃。此外，维护人员要在监控系统的实际运作过程中，提高其适应性，尤其是加强管理功能和智能分析处理功能，引入专家系统和决策支持系统，从而不断完善监控系统而提高其自身的价值而有效的实现监控系统的价值。1.2 国内外的技术发展国内外目前已经有很多企业开始生产该类设备，其技术已经涉及到很多方面。像机房动力系统配置技术，环境系统检测技术已经相当的成熟，很多产品有自己的特色。不过大多数的产品只是突出在某一方面的涉及上，没有能够对整体机房系统所涉及到各个因素进行考虑。现有的机房大多没有一套真正适合自己的监控管理系统，已有监控系统多为设备厂商提供的专用监管平台。另外，部分软件公司也会针对某一方面的专业应用需求开发局部监控功能软件，如温湿度采集、视频监控、设备管理等，但问题是，这些监控软件通常只针对某类设备、环境进行专业开发，通用性、可扩展性、可移植性都比较差。由于这些监控软件彼此独立，不能实现集中化管理。因此，还未形成一套高效的管理模式，当前以现场人工巡检为主的机房管理模式已无法满足日益提高的管理要求，需要建设一套依托最新技术的统一集中管理平台，实现对各地机房的无人值守管理。使得机房系统能够良好的运行，避免事故发生及财产损失。未来两三年内，用户对机房监控管理的需求会很大。当前市场上做类似产品的有中兴通讯eguard集中监控解决方案和艾默生网络能源公司的动力设备、机房环境及安全监控系统。egilard集中监控解决方案采用分布式计算机控制系统结构，以多级监控中心自下而上逐级汇接成，每个级别的监控中心连接成一对多的监控系统网络。系统结构可分为监控中心、传输线路及现场监控单元。监控中心主要功能为实时监控基站的动力设备及环境量，对基站、机房上报的各种信息进行智能分析处理，实现告警联动。现场监控单元，负责采集基站的动力设备及环境参量的数据并将数据定期上报监控中心(告警信息实时上报)，同时接收并执行监控中心发送来的遥控命令。现场监控单元可对高低压配电设备、油机、整流器、蓄电池、空调、环境参量等进行监控，可以转换智能油机、智能开电源、智能空调等智能设备的监控协议，并对其他监控系统提供透明传输接口。基站监控单元主要由各种监控模块及通讯设备组成。艾默生网络能源开发的动力设备、机房环境及安全监控系统适用于对通信局站内各种动力设备(通信电源、电池、ups、油机、低压配电)、空调设备及其环境(门禁、温度、湿度、烟感、水浸、红外、场景)等进行实时监控和统一管理，以保障电信系统正常运行。除上述的典型产品外，还有很多公司也开发出了功能类似的远程监控系统。1.3 机房监测中存在的问题大型机房温度监测系统的数据采集属于多点式温度巡回检测。通过调研和查阅资料发现，这类系统虽然在国内外某些领域包括机房系统中已有应用，但在某些方面仍然存在不足之处。首先，温度监测系统结构较复杂。传统的机房温度监测系统中，传感器的选择主要是模拟温度传感器，因此，当监测点较多时，传输线、供电线路数量多、用量大，同样的原因，数据采集部分也相应地变得复杂起来。这些问题不仅提高了成本，还增加了系统施工、调试和维护的难度。其次，温度检测精度不高。以往的机房温度监测系统测温精度一般在1， 这对于普通意义的机房通信设备的要求虽然己经足够了，但对于某些高精度的通信元件对温度的影响，这样的精度却往往显得不够。另外检测数据传输距离较短。从数据处理的层次关系来看，一般有上位机、下位机和温度传感器三大部分。下位机与上位机之间的通信距离受限于传输方式。早期的类似系统中采用rs232接口规范组成通信网络，由于传输距离短(十几米到几十米)，因此很不实用。目前的远程监控系统越来越多的在机房中加入嵌入式的设备剀和各种传感器，采集各种数据，并发送到管理端进行处理。为了提供更多的功能，嵌入式的设备越来越复杂。在这种情况下，就需要对嵌入式设备中可能出现的硬件故障和软件问题(包括操作系统和应用软件)如应用程序意外退出，进程非法关闭，系统崩溃，感染病毒等一实现有效的监控和管理。目前，基于软件的管理应用，一旦操作系统故障即无法工作。而且，由于通信机房数量众多，位置分散，绝大部分机房无人值守，所以即使只是开关机、重新启动系统这种简单的操作，执行起来也相当费时费力。而且，本系统也用于监控铁通公司的公网机房，这一部分的网络传输是通过internet进行的，面临着更加严重的病毒、非法入侵等安全问题。在本监控管理系统中，前置机设备(is细介绍见下文)的硬件和软件面临着如下可能遇到的问题：硬件设备故障由于该设备用于无人值守的通信机房，在出现硬件设备故障时监控中心难以发现并及时做出处理；应用软件故障前置机端运行的应用程序担负着监控中心与现场监控单元通信的任务，一旦软件出现异常，监控中心无法及时发现，就会导致该机房监控单元与系统通信中断的问题；面临的情况更为严重。综上，在有设备处于大量无人值守通信机房的情况下，纯软件管理和安全解决方案己无法在基本限制范围内取得效果：它们无法管理或保护软件关闭或操作系统出现故障的电脑。若想让管理维护人员借助现有资源从事更多工作，一个重要的能力便是使其能够在任何电源或操作系统状态下远程管理并有效保护电脑。针对上述问题，我们可以引入英特尔公司开发的主动管理技术来解决。由于它不依赖于操作系统和设备的电源状态，所以能够有效的解决上述问题，而且该技术还可以对设备的故障进行远程的诊断和部分修复工作，减少现场维护的次数，大幅提高工作效率。第2章 方案论证2.1 机房监控系统的设计任务分析随着通信事业的发展，通信手段和通信设备越来越先进。与之相适应，作为通信系统的供电部分也在发生一系列的变化：相控整流器向开关整流器的转变；集中供电向分散供电的转变；有人值守向无人值守的转变这些转变不仅是量的转变，而且是质的变化。通信设备对环境的要求也越来越严格，通信机房必须安装空调设备。所以，为了保障通信机房的动力和环境安全，必须对集中监控进行全面的、严格的要求。下面具体分析一下集中监控系统要从哪些方面来实现动力环境的监控。1) 供配电：电压、电流、频率及开关状态.2) 机房设备：ups输入、输出电压、电流、频率等各项参数。3) 空调内部各模块的检测与控制。4) 机房环境:机房温湿度、漏水监控、烟雾监控。5) 与消防系统的互连及与配电系统的联动控制。6) 集中监控：对以上内容通过计算机进行集中监控。以上几个个方面是对监控系统的整体要求，也就是基本要求。其中的每一项都有各种的性能要求，如供电系统要求供电可靠性、供电质量、供电经济性、供电灵活性等。2.2 设计题目的主要内容及技术要求本设计要完成机房内的温湿度、供配电、usp、空调自动监测与报警。包括传感器与测量电路、报警电路、显示电路、主机及扩展电路和系统软件的设计。实现检测状态的实时显示，远程通信模块分下位机通信接口和上位机通信接口两部分。利用at89c52单片机的串行口传输和接收数据，数据从单片机的串行口出来以后由频移键控的调制解调器把数字信号调制成模拟信号进行远距离传输。信号到达上位机通信接口后再由调制解调器把模拟信号解调成数字信号。然后到达远程机的rs485串行口。单片机，对整个的测温过程记录分析，包括系统参数设置、巡回检测各测温点温度并实时显示温度信息和报警信息，以及温度报表的管理。如果某参数超过设定量，就会发出信号到报警电路进行报警，使工作人员能够及时处理问题。技术要求：温度检测范围：-25+55，测温精度：0.5;湿度检测范围：5%rh95%rh，测湿精度：3%rh；实时显示检测参数，并能越限报警（报警线可由用户设定）；ups输出电压：150245 v ac ；电池电压测量范围：12150 v dc；2.3 单片机的设计选型当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：intel8051系列、motorola和m68hc系列、atmel的at89系列、台湾winbond(华邦)w78系列、荷兰pilips的pcf80c51系列、microchip公司的pic系列、zilog的z86系列、atmel的at90s系列、韩国三星公司的ks57c系列4位单片机、台湾义隆的em-78系列等。最终选用了atmel公司的at89c52单片机。at89c52是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和256bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准mcs-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大at89c52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。主机主要是选用稳定、安全高性能的控制型单片机来完成主要参数的监控。at89c52单片机的广泛使用，使单片机的价格大大下降。目前，at89c52的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而89c52的功能实际上远远超过以上芯片。因此，如把89c52作为接口芯片使用，在经济上是合算的。该芯片具有1个专用的键盘/显示接口、1个全双工异步串行通信接口、2个16位定时/计数器。这样，1个89c52芯片，承担了3个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，在本人设计的系统中，需要单片机24小时不间断工作，需要其性能稳定，抗干扰强。一般该单片机都应在一些便携式仪器上能够节省电量功能也很强大。采用该单片机就可以很好的实现功能，即操作简单，功耗也很低外部扩展很方便。所以采用该单片机作为主体芯片。其总体，使用方便，抗干扰性高。对于同类的单片机来说其具有高通用性、稳定性、安全性、精确性、所以在机房监测控制系统中应用该单片机就可以实现控制。2.4 系统主要监测参数的设计分析（1）配电/动力设备监控的设计分析根据需要配备配电柜或配电箱，对机房配电柜（箱）的主输入电量情况实施监测，电量参数包括电压（v）、电流（i）、频率（f）、有功功率（p）、功率因数(pf)、电度等。将电量仪安装在需监测配电柜的面板上，利用配电柜/箱自有的电流互感器（如果没有则另加），通过四芯屏蔽线将电量仪检测的信号（rs485）传输到现场监控主机。电量仪本身的供电要求为220v ac。为了保证电量仪在市电停电时也能正常工作，要求提供1路由ups输出的电给电量仪本身供电。对配电柜/箱内开关供电情况的监测： 开关电量输出监测：要求带有辅助触点输出，如果不具备触点输出则增加开关量转换模块完成对开关状态信号转换，再由开关量采集模块统一采集后通过四芯屏蔽线将rs485信号传输到现场监控主机，采集模块安装在采集柜内。系统设定开关闭合时为正常状态，断开时为报警状态。 如果需要对每路开关输出的相电压、相电流、相功率、频率、功率因数等参数实施监测，具体实施办法是：每路开关通过安装交流电量变送模块和电流互感器，实现对每路开关的电流、电压、功率因数、功率、频率、电度等参数的监测。采集模块输出的rs485信号通过四芯屏蔽线传输到现场监控主机，每个采集模块采集1路开关的供电情况，采集模块安装在采集柜内。系统设定开关掉电或超负载时为报警状态。系统实时对配电柜的总输入情况予以监测，根据机房对动力系统的要求，设定供电的上下限电压值(比如市电220v10%范围内为正常)，一旦监测到电压越限或停电，系统立刻启动报警、记录数据并发出报警通知管理人员。（2）ups监控通过由ups厂家提供的远程通讯接口和相应的通信协议，可对ups实施故障诊断，对各种参数进行实时监测，包括ups的输入输出电压、电流、频率、功率因数、逆变器状态、电池状态、旁路状态、报警情况等（具体监测情况可根据ups提供的通信协议确定）。报警主要包括：输入电压、频率越限报警；输出电压越限报警；整流器电压越限报警；过载报警；电池电压低报警；电池后备时间超低报警；电池温度超高报警；逆变器关闭报警；自动旁路开报警；整流器、逆变器、充电器、电池、自动旁路故障报警。（3）机房空调监控通过由空调厂家提供的远程通讯接口和相应的通信协议，可对空调本体压缩机状态、风机状态、加热器状态、抽湿器状态、加湿器状态、报警等实施监测，在获得控制权限的前提下，用户可以通过本监控系统在现场监控主机或远端监控站上控制空调机的启、停和远程设定温度、湿度（具体监控情况根据空调提供的通信协议制定）。实时判断被监控设备的部件是否发生报警，当某部件发生故障时，报警信号立刻通过智能通讯接口传输到监控中心，监控主系统立刻弹出相应的报警页面窗口，同时监控主机将通过设定的多种报警方法将报警信息通知值班人员或相应的管理人员，以便及时处理所发生的报警或故障。 监视状态包括：压缩机、风机、冷凝器、加湿器、去湿器、加热器、传感器、控制器的运行状态，漏水监测状态。 控制包括：远程关空调、远程开空调、联动开空调、联动开空调；远程设定工作温度、湿度；根据温湿度变化联动控制其他设备。 报警主要包括：送风温度、湿度越限报警；回风温度、湿度越限报警；压缩机高压报警；压缩机低压报警；漏水报警；压缩机、风机、冷凝器、加湿器、去湿器、加热器、传感器、控制器故障报警。（4）机房漏水监控由于机房空调、上下水管等设备泄漏的情况时有发生，通过加装漏水检测系统可对机房漏水情况进行实时监测、报警，特别是对机房空调及其在机房区域内的进出水管附近实施漏水检测报警。在精密空调及其进出水管附近地面裸露安装国产漏水检测线缆及漏水报警主机，整个系统用引出线将控制主机与现场的感应线缆相连，感应线缆沿各精密空调底座四周及进出水管附近裸露安装。针对空调机房内的空调和其进出水管区域的监测，暂时设计采用10米长的漏水感应线。系统应能实时显示并记录漏水线缆感应到的漏水状态。当机房发生漏水现象时，系统能及时响应，弹出相应的报警窗口；同时监控主机将通过设定的多种报警方法把报警信息通知值班人员或相应的管理人员，以便及时处理所发生的报警或故障。（5）机房温湿度监控由于机房内设备分布、送风等不均匀可带来温、湿度的不均匀，因此，在机房内加装温湿度检测系统，以精确测量机房的温湿度参数变化。为了避免机房内某区域的局部温、湿度的过高或过低，在机房墙面共安装两个温湿度探头，分别用以监测相应区域的实时温度与实时湿度。系统选用温湿度一体化传感器，吸顶或壁挂安装，信号输出为rs485输出。系统能记录每个温湿度传感器所检测到的室内温度与湿度的数值，设定每个温湿度传感器的温度与湿度的上限与下限值。当任意一个温湿度传感器检测到的数据超过设定的上限或下限时，系统立刻弹出相应的报警窗口，同时监控主机将通过设定的多种报警方法把报警信息通知值班人员或相应的管理人员。（6）消防报警监控机房属于一级防火区域，对环境要求高。系统通过机房消防报警控制器提供火警信号的干接点输出，实时检测火警信号。当机房发生烟雾（火灾）时，其烟（火）情信号触发报警信号给消防报警主机后，报警主机输出信号由开关量采集模块采集后通过rs485信号传输到监控主机上。监控系统一旦监测到消防报警主机传来的报警信号，立刻弹出相应的报警窗口，同时监控主机通过设定的多种报警方法将报警信息通知值班人员或相应的管理人员，以便及时处理所发生的报警或故障。（7）报警系统控制报警系统控制主要完成对供配电、火灾、温湿度越线等故障的报警，由监控主机完成报警、显示等功能，实现本地以及远程报警。2.5机房监测系统的总体设计经过以上分析，本设计主要完成对机房动力系统、控制机系统、环境监测系统三大部分的设计。其中温湿度、ups、烟雾参数输出的是模拟信号需要进行信号处理然后送入a/d转换，在经过单片机来进行控制。对于空调和水侵信号这是输出的是数字量直接可以通过单片机进行控制。总体设计框图如图2.5所示。以太网温 湿 度传 感 器交流输出电压ups输出电压蓄电池输出电压温度信号处理湿度信号处理 电参数采集模块a/d转换器单片机液晶显示器键盘输入报警电路串口max490水侵传感器漏水信号空调开关信号烟雾传感器烟雾信号处理2.3系统框图第3章 硬件设计机房环境监测系统的硬件设计主要分为：单片机外围扩展系统、机房动力系统监测、机房环境系统监测设计三大部分。主要完成机房中ups、温湿度、漏水、烟雾、空调等参数的实时监测及报警功能。其中单片机是整个系统的核心部分主要处理传感器输入的数据。ups主要是一些检查单元和控制电路组成的。机房环境系统主要是多种传感器把环境参数转换到电信号，在经过处理转换输入到控制单元进行处理。3.1单片机及外围扩展电路的设计机房环境监测系统的单片机主要选用了at89c52单片机进行数据处理及控制。外部扩展电路包括了时钟电路、复位电路、a/d转换电路、报警电路、显示电路、键盘电路、远程机通信等电路的设计。主要实现了对整个监测系统的信号处理、控制、监测、显示的、报警、数据通信等功能。图3.1 芯片管脚图3.1.1 at89c52 单片机功能介绍at89c52提供以下标准功能：8k字节flash闪存，256字节内部ram，32个i/o口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c52可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu工作，但允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。at89sc52的芯片管脚图如图3.1所示。3.1.2外围扩展电路设计外接电路主要有复位电路和晶振电路等电路复位电路功能：上电后，由于电容c1的充电和反相门的作用，使rst持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键s1后松开，也能使rst为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。图3.2单片机外部接线图单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部震荡方式。本设计中，在引脚xtal1和xtal2端外接石英晶体振荡器，就构成了内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自己震荡器，并产生震荡时钟脉冲。晶振通常选用6mhz，12mhz或24mhz。本设计选用12mhz晶振。电容c1，c2起稳定震荡频率，快速起震的作用。电容值通常为5-30pf。内部震荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用最多。对于at89c52单片机来说其外部管脚接线图如图3.2所示。3.1.3 a|d芯片的选择因为要求的精度dc 转换功能，一方面向dc-ac 逆变器提供能量，同时向蓄电池充电。当逆变时，完成dc-ac 转换功能，向输出端提供高质量的电能。无论是市电供电，还是转向电池供电，其转换时间均为零。近几年来一种新的技术是将交流稳压技术中的电压补偿原理应用到双变换在线式ups 电源的主电路中，产生一种新的ups 电路结构型式，被称为双逆变电压补偿在线。局端部分包括直流后备电源(dedc变换)、探测电路、复用电路、搭接检测电路、通信电路及单片机监控电路；远端部分包括解复用电路和交直流转换电路。现对各部分电路的作用说明如下。后备电源：将局端的48v电源变换成输出可调的直流电源，输出电压范围为220300 v；探测电路：通过发出12v的探测电压来判断系统的运行情况，包括短路、开路、基站是否由市电供电等；单片机监控电路：包括电压、电流采集电路、探测电路、dcde变换模块的输出控制电路、搭接检测电路(检测在后备电源供电时是否有动力线混入供电系统)、rs-485通信电路等；复用电路：将信号和直流电源耦合到双绞线上；解复用电路：将信号和直流电源分离；交直流切换电路：实现市电与后备电源的相互切换，市电断电时立即切换到后备直流电源，市电恢复供电时延时20s再切换到市电。3.2.2 选用ups电源应注意的问题计算机机房的ups电源一般选用大、中型，在线式的ups。这些ups电源的价格比较昂贵，在选型上一定要认真细致，避免造成不必要的损失，因此选型时应注意以下几个问题：1.根据本单位机房计算机及相关设备的用电量，并考虑到将来设备的增加预留2530的冗余，来选择ups电源的输出功率；根据各地供电条件的不同，选择适应本地区公用电网电压波动范围内的ups电源，一般ups电源的输入电压在380v10范围。2.要对选用的ups进行相应的动态、静态、过载、和放电测试。3.了解ups的网管功能，进行实地的远程的监测控制测试。4.根据机房所需的不间断供电时间，考虑密封电池的数量，对于后备时间长，需要电池较多的ups电源，应考虑机房的单位面积承重量。3.2.3 ups电源的使用管理ups电源是计算机正常工作的保障电源，要保证计算机高质量的电能，就必须对ups电源进行可靠的维护和管理。1ups的运行环境：ups电源对温、湿度的要求比较高，一般温度控制在522，相对湿度在5010的范围。同时，工作间应保持清洁、无灰尘、无污染、无有害气体。2ups电源的市电输入要求：ups电源的输入线应是单独从变压器以来的一路电，且不能再接其它用电设备；市电输入端应设有专控开关；ups电源输出端应设ups配电柜，经配电柜后再分别接各计算机及其外设；如果有条件，在ups电源输入处设稳压电源或隔离变压器，因为ups电源的输入电压和频率有一定的工作范围，如果输入电压过低，ups将自动转为电池供电，并报警。3 ups电源正常运行时，开机后一般不要停机。频繁开机容易造成ups电源特别是大、中型ups电源的设备损坏。4正常工作时，ups蓄电池一直处在浮充状态，长期的只充不放会导致电池的加速老化，减短电池寿命。因此在使用中应定期人为放电，时间一般每月一次，放电量为电池总容量的2030。5其它注意问题：认真检查ups电源的接地；保证空调系统的正常工作；加强机房的安全防火措施；对机房工作人员进行ups电源相关知识的培训。6.计算机机房内的配电系统应考虑到与应急照明系统的自动切换和消防系统的联动。电参数的测量分市电和ups输出两部分，由于机房内配备的ups容量都比较大，因此其输入端一般为三相电，输出为单相电，这样包括电压和电流一共有8个参数，采用常规的变送器势必造成大量的连线，既不美观，也给安装带来诸多麻烦，本设计采用的是eda9033综合电参数采集模块。eda9033可直接测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压(真有效值)、有功功率、无功功率、功率因数等电参数。该模块输入为三相电压(0500 v)、三相电流(o一50 a)，输出为rs-485接口的数字信号。模块采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离。由于机房内待测电压、电流均在该模块的量程范围内，可不必再外接电压电流互感器，并且该模块的485通讯协议与lu删m不冲突，因此可直接并联在一起与上位机通讯。当市电供电异常时，电池的电压通过dc/dc变换器变成幅值高达390v的直流高压电源，然后再经过逆变器，变换成交流正弦波供给负载。其工作原理如图3.9所示。输出ac-dc整流电路逆变电路转换开关旁路监测电路充电电路蓄电池显示控制控制驱动电路市电图 3.9 ups电源工作原理3.2.4 ups监测系统硬件设计本方案是利用at89c52微控制器来设计ups控制板的系统的电路。该系统是由母线电压检测电路模块，幅值检测电路模块，电流峰值保护电路模块，辅助电源监测电路模块，开、关机电路模块，电压检测电路模块，pwm产生电路模块，继电器控制电路模块等组成。这些电路输入的是常规的电压电流值，经过滤波电路运放电路的处理输出的是0-5v的电压值或是4-20ma的电流值。这些输出值送入a/d转换电路进入的单片机进行控制及处理。母线电压检测模块母线电压检测电路模块如图3.10所示。分压后的bus电压经rc滤波后送往adc0809的ad转换引脚in2。分压后的bus电压经反相器后，再经rc滤波器送往adc0809的ad转换引脚in3。 图3.10 母线电压检测电路3.2.5 幅值检测电路模块幅值检测电路如图3.11所示，它用于逆变器输出电压、市电输入电压、负载电流幅值检测。该电路采用正值单向有源精密检波器实现的，采用有源精密检波器的目的是确保从该检波器输出端得到的单极性信号的幅值总是与输入到检波器的正弦波信号的幅值保持着严格的线性关系，用以消除一般二极管检波器在小信号输入时可能产生的非线性失真。逆变器电压输出的电压经rc滤波电路电压反向器送到adc0809的ad转换引脚in4。图3.11 幅值检测电路3.2.6 辅助电源监测电路模块辅助电源监测电路如图3.12所示，正常情况下，运放的输出经上拉电阻钳位电压为5v，若12v电源因某种原因低于10v或5v电源因某种原因高于5v，则运放的输出会变为低电平，那么由于二极管d的作用，pwm_off将会被拉到低电平，这样就会关断pwm输出，起到保护作用。图3.12 辅助电源监测电路3.2.7 电流峰值保护电路模块功率板上的单片机输出电源通过电流互感器后，以电压形式表现电流大小的信号通过信号放大器后分三路走。一路经过幅值检测电路，送往单片机的adcina0引脚；一路经过电流过零检测电路后，送往单片机的in5引脚；另一路经过过载、短路保护电路。当负载过载或短路时，pwm_off变为低电平信号，就会立即关断逆变器所需的两路pwm波输出，同时单片机将系统切换到旁路工作模式，起到迅速保护作用。3.2.8 开、关机电路模块系统的开、关机电路如图3.13所示。当按下开机按键时，经分压后的电池正极电源经开机按键、限流电阻、二极管送到功率板上的开机电路，然后功率板产生12v、5v直流辅助电源，给控制板供电。当单片机启动后，就扫描in6引脚，查看是否真正开机。如果确认是开机键被按下，那么就进行“自检”。当按下“关机”键时，in7为高电平，单片机扫描到该引脚为高电平的时候，就进行关机操作。图3.13 开、关机电路3.2.9 电压检测电路模块电池电压检测电路模块如图3.14所示。电池组电压经分压后，送往adc0809的ad转换引脚in5。图3.14 电池电压检测电路3.2.10 pwm产生电路模块三角波产生电路的输入信号是来自单片机的epwm1a的引脚,该信号是pwm信号，它经过积分后，变为三角波，送入pwm产生电路。来自单片机的pwm信号epwm2a经过二阶低通滤波后，产生正弦参考波信号，该信号与逆变输出的电压反馈信号反相。epwm2a引脚所输出的pwm信号是跟踪市电输入的，该电路具有对输出的正弦波信号进行调控作用。如图3.15所示是三角波和正弦波的产生电路。图3.15 pwm产生电路它采用正弦脉宽调制（spwm）法来实现脉宽调制的目的。根据调制原理可以在比较器的输出端得到一个脉宽等于三角波大于正弦波部份所对应的时间间隔的正脉冲。图中pwm_off信号用于控制pwm的输出，当该信号为低电平时无pwm输出。3.3 机房环境监测系统设计机房环境监测系统主要包含空调控制电路、漏水监测电路、温湿度监测电路、烟雾监测电路。其中应用到cht3w1thd型温度传感器、hs1101型湿度传感器、tgs202半导体气敏型烟雾传感器、vec-a-10电极型传感器。主要完成对单个机房的温湿度、漏水、烟雾、空调等信号的监测。其中温湿度传感器、烟雾传感器、漏水传感器输出的是4-20ma电流信号，经过ad转换后输入到单片机进行处理。3.3.1 机房空调控制设计计算站空调、新风、净化系统是保证设备正常运行和工作人员正常工作的重要条件.诸如环境、温度、湿度、洁净度，以及工作人员和设备的散热量等都会对计算机及附属设备工作的稳定性、可靠性造成危害，由于计算机对其所处的环境条件参数极为敏感，它需要特定的温度、湿度和洁净度来保证其高效的运行，如果上述条件不能满足的话，将引起数据失真、丢失甚至计算机完全停止工作，我们所推荐选用的机房恒温恒湿专用空调，就是考虑到如何来满足主机房内设备对环境特殊的要求，这种空调带有先进的微处理控制板，模块化设计、能效极高及宁静的压缩机、远程监测系统、低噪音风机、超声波加湿器、可随时更换的过滤器、节能性多级加热器。3.3.2 机房专用空调特点1.大风量，小焓差，高显热比与相同制冷量的舒适空调机相比，机房专用空调机的循环风量约大一倍，相应的焓差只有一半，机房专用空调机运行时通常不需要除湿，循环风量较大将使得机组在空气露点以上运行，有利于稳定机房的温、湿度指标。2机房专用空调能够适应机房的幅度较大的热负荷变化，以使元器件工作在所要求的环境条件之中，保证电路性能的可靠性。3.送风回风方式多样，能充分与计算机主机散热形式一致，从而大大提高空调效率。4.两级过滤：机房专用空调机内设有初、中效两级过滤器，使机组送出的泠气达到一定的净化能力，以满足洁净度要求。5可靠性高：具有报警功能、自我诊断功能、后备机组管理功能。6全年制冷运行：多数机房专用空调机能在室温降至15以下时仍能制冷运行。图3.16使用的是普通光耦pc817，此电路使用了很长时间，电路可靠，成本较低。通过控制空调电机转动的快慢来实现空调的控制。pg电机的调速是通过可控硅对电源斩波调功的方式完成对风机的调速，电机中装有霍尔传感器，电机主轴每转一周会输出3个或多个脉冲，根据每个检测周期里脉冲个数来测量电机的转速。空调控制电路是直接有单片机输出信号控制的。图3.16 空调控制结构图3.3.3 机房温度检测系统设计考虑到现场的各种高频信号源较多，干扰严重，故而选择电流型的传感器。因为a/d转换的输入电压满量程为5v,因而必须在本机侧将电流转换为电压信号0 5v以便单片机采集。由于传感器监测的是室内以及机架内的温度，因而选择壁挂式整体变送器。具体型号为：cht3w1thd；为墙面安装4 20ma电流型。精度3rh（25）；总精度5rh；长期稳定性1rh/年。温度测量范围： 2085，精度0.3（25），综合精度0.5，长期稳定性0.25/年。输出电流4 20ma，负载电阻100 500 ，供电电压24vdc。图3.17 温度检测电路图温度测量是通过热敏电阻感应温度变化后的阻值改变，利用它与固定参考电阻的分压比将温度的变化转化为电压的变化，再通过a/d转换变成数字信号。温度转换原理如图3.17所示。c1采用电解电容、加上r2隔离、多个ad引脚互相之间隔离一个引脚会比较好，因机房温度测量范围较小，一般是从零上六、七十度到零下十几度故使用的热敏电阻多为5k3470，10k3950等小阻值型的。3.3.4 机房湿度检测系统设计湿度检测电路采用的是传感器hs1101，利用该传感器将外界的非电量信号湿度转为电量信号。由于hs1101是电容式传感器，一种是电压输出式，即输出电压与相对湿度成线性关系，比例系数为正值；另一种是频率输出式，输出频率与相对湿度也成线性关系，但比例系数为负值。在设计中，将hs1101作为电容器接入到振荡器中，利用了当相对湿度发生变化时，湿敏电容量随之改变，使得振荡频率也发生变化的原理，再经过整流滤波器和放大器，即可输出与相对湿度成线性关系的电压信号。具体的电路框图为3.18所示。振荡电路整流滤波器放大器hs1101图3.18 线性电压输出式相对湿度测量电路的框图湿敏电容hs1101传感器主要参数： （1）基于独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物结构 （2）高精度： +/- 2%rh，极好的线形输出 （3）宽量程：199%rh，宽工作温度范围 60140(hs1101lf),40100(hs1101) （4）湿度输出受温度影响极小，常温使用无须温度补偿 （5）响应时间 5秒 ，抗结露，浸水或结露后10秒钟迅速恢复 （6）抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质 （7）长期稳定性及可靠性，年漂移量 0.5%rh/年 （8）互换性好 （9）电容与湿度变化 0.31pf/%rh(hs1101lf)，0.3431pf/%rh(hs1101),典型值180pf- 55%rhic1与r1、r2、c1组成多谐振荡器，其振荡频率为f=1.44/(r1+2r2)c1。在图所示的参数下振荡频率为50hz，其输出脉冲触发单稳态触发器，单稳态触发器由ic1，r3以及hs1101组成。输出脉宽取决于充电时间常数的值，即t=1.1r3（c2+cx），此输出脉冲经过r4、c3滤波后，经放大器放大。其中rp1用来调零，rp2用来调至满刻度。具体的电路如图3.19所示：图3.19 湿度检测电路当电源电压ucc=+5v、t=+25时，输出电压与相对湿度的数据对照表如下：表1 输出电压与相对湿度的数据对照表rh(%)0102030405060708090u0/v-1.411.651.892.122.302.833.073.313.553.3.5 烟雾检测电路本设计采用的是tgs202半导体气敏传感器。当tgs202传感器检测到一氧化碳或二氧化碳时，传感器的内阻变小，输出电压迅速上升。选