机房环境监控的研究

摘 要：机房环境监控主要指机房的温度、湿度、供电、烟雾、漏水和门禁等监控。良好的机房环境是网络中心正常、稳定工作的重要保证，对机房环境检测的原理与实践做了分析和研究，并通过机房监控与报警系统的研究实例，从软件和硬件两个方面，讲述了机房环境监控与报警系统的设计方法和关键技术。

关键词：环境 温度 湿度 测量 控制

在以计算机网络技术为代表的信息时代，计算机网络已经成为我们学习、工作和生活中不可缺少的部分，特别是在高校、机关和企业显得更为重要，良好的机房环境是网络系统安全稳定运行的重要保证。

1 机房环境的要求

机房是校园网络的中心，机房环境是保证网络良好运行的重要条件，机房环境主要包括机房温湿度、供电、门禁、烟雾、漏水等指标。

1.1 机房温湿度要求

机房温度过高或过低都会影响网络设备中集成芯片的工作参数，降低时序的准确性，造成系统工作的不稳定性，而且温度的变化会产生机械变形，严重时会引起集成电路引脚断路。

机房环境湿度对网络设备的影响不能忽视，湿度过低，易产生静电，造成干扰，严重时会引起设备电路芯片击穿，导致设备损坏；湿度过高，设备插接件接触电阻增大，引起氧化、锈蚀，降低使用寿命。当湿度超过80%时有雾化的危险，问题会更加严重。

适合的温湿度是机房运行的重要条件之一，表1为国标GB 2887-89规定的机房环境要求。

1.2 机房防水要求

机房防止漏水是机房建设与运行的重要内容，因此机房需要安装漏水检测设备，在机房建设中有水管道不能经过机房，当机房意外发生漏水情况时要及时处理，机房管理员要迅速到达现场。

1.3 机房供电要求

机房对于供电要求很高，机房通常安装有UPS供电系统，但一般UPS的供电时间不超过1小时。尽管电池容量足够大，一旦机房掉电，空调将停止运行，机房温度会迅速上升，导致网络设备过热强制关闭，严重时会造成系统崩溃，因此要求在机房掉电时，首先要告知机房管理员，并在规定时间内按程序关闭机房设备。

1.4 机房防火防盗要求

机房防火防盗是安防的重要内容，监控系统中含烟雾检测和门禁检测，当机房产生烟雾或在非工作时间进入机房时将启动报警系统。

2 机房监控系统设计

机房监控系统包括控制机、传感器以及与主机的通讯。以下讲述以单片机STC10F04为中心的环境监控系统，包括传感器、手机和服务器。传感器负责环境参数检测，手机用于系统设置和短信报警，服务器用于接收监控机的信息（如图1所示）。

2.1 机房温度测量

机房温度采用集成一线数字温度传感器电路18B20。所谓一线传感器就是只用一条信号线与CPU进行通讯，控制信号、读信号、写信号等都是通过一条线进行传输，由于传输的是数字信号，所以具有抗干扰能力强、传输距离远的特点。图2是18B20的连接图和引脚定义。

2.2 机房湿度测量

测量湿度有很多方法，本实例采用高灵敏度的电容传感器HS1101（如图3所示）和555电路组成振荡器。当湿度上升时，HS1101的电容增大，振荡频率降低，反之频率上升，因此可以通过振荡频率的变化反映湿度的变化（如图4所示）。

这是典型的点斜式线性方程，只需调整x0和k的值就可以接近湿度变化曲线。用x0调整初值，用k调整变化的速度。在实际测量中，不同批次的湿度传感器HS1101，其电容值可能会有一些差异，调试时可以先显示振荡频率，再初定初值，确定比例系数k值，湿度测量电路性能的稳定性与振荡电路元件的精度和稳定度有关。

2.3 机房漏水测量

漏水检测值是通过水的导电性得出的。将测量电路的两个极与地面接触，没有水时电阻为高阻，有水时电阻减小，一般为100 K。用单片机的I/O口测量时，需要将其端口设置为高阻状态，接1 M的上拉电阻，否则100 K的电阻不足以将端口拉低。当干燥时I/O口读到的是高电平，当有水时端口为低电平。因为漏水检测的线路比较长，电阻又比较大，为防止电磁干扰，应并接104 u的电容短路电磁波。

2.4 机房供电测量

当机房掉电时，监控主机要在后备电源下工作，可以用机房的UPS或自备充电电池。测量时在供电端产生5 V电压，并联1 K的负载电阻，接入单片机的I/O口，当掉电时测量电压从5 V变为0 V，1 K电阻将端口拉低，正常时端口为高电平。

2.5 机房烟雾测量

测量烟雾有多种方法，常见的有离子型、光电型和半导体型。离子型是通过专用集成电路，如MC14468+HIS-09，其优点是电流小，缺点是有辐射，而且制作要求高，因此较少使用。光电型是通过红外收发而实现的，一种是通过烟雾粒子的折射产生报警，一种是通过烟雾阻断红外线进行报警。红外检测的优点是节能环保，缺点是灵敏度低，需要定期除尘维护。半导体型是通过烟雾加速电子流的方式进行报警，优点是灵敏度高，使用方便，缺点是工作电流大，典型的传感器是MQ2，加热阻值31 Ω，电压5 V，工作电流180 mA（如图5所示）。

烟雾传感器电路中R2是灵敏度调节电阻，调节R2的值可以改变三极管的开关电压，晶体管的输出接入单片机I/O口。平时输出高电平，当有烟雾时输出低电平，系统报警。如果需要声音报警，可以在电源正极与三极管的集电极间接蜂鸣器。

2.6 机房门禁检测

机房门禁在非工作时间有人进入机房时进行报警，传感器采用的是热释电红外传感器（如图6所示，其中集成电路BIS0001引脚功能见表2），人体体温约36℃，发出波长约10 μm左右的红外线。热释电红外传感器靠探测人体发射的红外线进行工作。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，热释电红外人体感应器需安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器上，从而提高传感器的灵敏度，扩大监视范围。当人体移动通过红外辐射灵敏区和盲区时，产生脉冲信号，若人体在传感器前不动则不会有输出。

工作电路是两级低频交流运行放大，C3和C2是高通，C4和C1是低通，第一级放大倍数是1+R2/R1，第二级放大倍数是R3/R4，R1小运放1放大倍数高（原47 K），R3大运放2放大倍数高（原1 M），R4小运放2放大倍数高，灵敏度可根据要求调节，感应距离一般6～8米，电源要稳定，一般要加小电流精密稳压HT7133。

3 手机短信报警

手机短信报警具有及时准确的特点，可以将单片机通过接口与手机连接，建议采用标准手机，因为标准手机有上网允许证，但这需要了解手机的接口规则和操作指令。

很多手机可以与计算机通讯，本实验采用的是西门子手机（西门子手机接口定义为：1―正极，2―负极，3―输出，4―输入），通讯波率是19 200。

4 结束语

分析了环境参数对机房运行的影响，并讲述了基本环境参数的检测方法，给出了具体的电路和分析，讲解了应用手机进行短信报警的基本方法，希望能对读者有所帮助。

参考文献

[1] 黄勤.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] 罗学恒.单片机实践与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3] 王建.实用单片机技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2012.