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温度监控机房报警

（论文）

温度监控机房报警

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目录

引言3

1.机房温度监控概况3

1.1背景介绍3

1.2机房温度监控现存问题3

1.3研究意义和目的4

2.温度监控机房报警系统设计4

2.1需求分析4

2.2温度监控机房报警系统设计5

3.硬件实现5

3.1硬件总体框架5

3.2主处理器模块6

3.3温度采集模块6

3.4温度监控模块7

3.5人机界面模块8

3.6扬声器报警模块8

4.软件实现9

4.1系统软件结构9

4.2软件主要功能介绍10

5.总结12

参考文献13

温度监控机房报警

引言本文针对现状提供了一种高精度、高可靠性、高性价比、高智能化、操作维护方便的基于单片机的元件设计与制作出温度报警器。

此报警器系统包括主控制模块、温度测量模块、温度设置模块、显示模块以及电源模块。

主控制器模块的核心元件选用单片机；温度测量模块的核心元件选用数字温度传感器；温度设计模块采用键盘输入，键盘则是可以使用3个按键，一个设计键、一个加键、一个减键；显示模块采用数码管，电源模块采用干电池为系统供电。

单片机的最小系统主要由电复位、振荡电路组成，在外围电路中加入了12M的晶振、复位电路和电源；复位电路由两部分组成。

1.机房温度监控概况

1.1背景介绍

21世纪是高新科技发展的一个鼎盛时代，微电子工程、信息工程、生物工程、材料工程以及纳米技术都有一个大的飞跃，由于高新科技的成果在各行各业中得到广泛应用，推动了各行各业的技术、产品的发展，各方面智能化越来越明显。

在这些技术的发展过程中计算机网络也随着需求高度普及各行各业，而计算机机房成了数据处理的枢纽。

不管是党政机关的网上办公系统，还是银行、证券的数据交易都离不开计算机，涉及到大型数据管理，建立计算机机房就十分必要。

然而机房里面的设备一般都比较昂贵、甚至比较娇气，计算机机房的元器件会因为温度过高或者湿度过高等原因而加速老化，尤其是服务器的硬盘、主板、电源以及UPS里的蓄电池等重要部件。

因此对计算机机房系统进行监控显得很有必要。

计算机机房由于大量数据要处理计算机几乎处于持续工作状态而导致机房整体温度很容易升高，所以对机房的温度检测是最重要的监测量，目前大部分机房采用的都是直接使用空调进行温度调节，有很多情况下，机房是让空调一直工作保证温度不会出现过高情况，这在一定程度上构成了能源的浪费，因为在机房温度不高时机房空调不需要处于工作状况。

最初温度监控系统一般有三种形式分别为磐石温度表、毛细管式温控器和热敏电阻温控装置。

随着温度监控系统技术的提高和微机技术的发展，智能型温度监控系统也发展起来，一般具有智能的温度检测并通过微处理器数据处理决定风机的启停和温度过高报警灯操作，对温度的监控也提高了抗干扰性。

在节能的大前提下对机房设计制作能够智能判断温度进行风机的启停和关断和报警，从而达到智能和节能。

1.2机房温度监控现存问题

随着信息技术的普及和通信网规模的不断加大，为了确保通信网络的安全，计算机机房设备越来越多，在电能成本上占有很大的比重，因此对计算机机房的节能有一定的要求。

而计算机机房空调为了保证计算机机房温度处于适合的工作温度一直处于持续工作的状态，因此这给电能造成了很大的浪费，也带来了巨大的成本。

此外计算机机房空调相对于普通空调来说有着比较苛刻的要求，需要每天持续工作，切大部分是在无人看管的情况下运行，这要求计算机空调的运行具有很好的稳定性。

如果空调在无人看管情况下发生了故障而无法工作，则计算机机房温度将会很快升高，如果没有温度过高报警提示，就可能给机房带来损坏。

所以现在机房温度监控需要智能化，在根据温度调整空调启停和温度过高报警提示。

1.3研究以及和目的

机房由于计算机总是保持持续工作状态，温度上升很快，为保证计算机不会因为温度过高通常让机房空调处于持续工作的状态，在无人看管的时候都处于工作状态。

这往往带来一个问题，就是当空调出现故障而无法工作时，由于无人监控导致机房温度很快上升，如果没有对温度的监控，即使是机房的温度上升很高都唔措施，过高温度可能导致计算机工作不正常甚至发生火灾等问题。

针对该问题本文研究设计一种温度监控报警器：

（1）它是一个单片机系统，对他的的设计和制作可以灵活运用在单片机课程中学的知识，并使其得到巩固和提高。

单片机在西安市生活中应用非常普遍，掌握着方面的知识对今后从事此类工作的学生来说是一项不可或缺的技能。

（2）他的测温部分采用了Dallas半导体公司的DS18B20，一线式数字式温度传感器，DS18B20是新一代的测温器件，具有很多优点。

它在逐步取代传统的热敏电阻等测温元件。

其优点主要体现在温度转换、A/D转换和数据的串行通讯集成为一体，体积小。

（3）对该温度报警系统设置阈值，在高于阈值温度是则通过单片机处理发出报警信号。

在一定阈值内智能调节机房空调的启停。

本文对机房温度控制系统的硬件设计、软件设计进行了详细的介绍。

2.温度监控机房报警系统设计

2.1需求分析

计算机的普及导致现在机房很普遍，不同的机房对监控和管理有着不同的需求：

（1）UPS机房监控需求：

对于UPS机房的温度、湿度和电压电流等参数进行全面监控，温度或者湿度等任何参数高于阈值要能够有主动报警机制来提醒机房网管及时处理。

（2）交换机机房监控需求：

对交换机机房的温度、湿度、电压电流等参数进行全面监控，温度或者湿度等任何参数高于阈值时要能够主动报警的机制来提醒机房网管及时处理。

（3）服务器机房监控需求：

对于服务器机房的温度、湿度、电压、电流等参数进行全面监控，温度或者湿度等任何参数高于阈值能够主动报警的机制来提醒机房网管及时处理。

（4）其他监控需求：

对于上述核心机房的漏水做到实时监控，一旦有漏水情况要马上报警通知机房管理员第一时间解决故障。

对机房空调运行情况要做到事实监控和检测，一旦有空调关机，要马上报警通知机房和网络管理员排查空调故障或者采取其他降温措施。

对配电柜运行情况要做到实时监控和检测，一旦用电异常，要马上报警通知机房管理员，保护服务器正常运行。

此外，对于本系统的自身要求需要满足如下几点：

（1）可靠性：

该温度监控系统应该具有良好的电磁兼容性、电气隔离性、抗干扰能力强，外接条件的变化不会干扰温度检测系统的正常工作，具有自我诊断能力，对存储故障能够及时报警。

（2）稳定性：

系统硬件软件采用模块化设计，各个模块独立又构成整体，某一个模块的功能损坏不会影响到另外一个模块的正常运行。

（3）准确性和精度指标：

要求报警准确率100%，对温度的采集和监控准确率100%，因此对温度采集的精度要求也会提高。

温度监控范围波动控制在2度。

（4）可维护性：

系统采用模块化的设计因此，可维护要求得到满足。

对应模块功能的损坏可以针对模块维护而不影响其他模块。

2.2温度监控机房报警系统设计

根据设计要求系统设计了如图1所示的整体结构，该温度监控报警系统微处理器采用AT89S52芯片，微处理器是整个温度报警系统的核心，各个模块功能的实现都通过微处理器的控制。

微处理器的外围设备包括上位机监控、温度采集模块、按键设置温度阈值、LCD显示界面显示目前的监控情况、报警系统、风机启停的控制。

其中微处理器AT89S52是一种高性能的CMOS8位处理器，具有8K系统可编程Flash存储器，满足设计的要求。

温度采集模块采用DS18B20数字温度传感器，其具有线路简单体积小的特点。

按键设置主要设置设置键和温度设置的加减键，通过按键来设定适当的温度阈值。

LCD显示只要将采集的温度数据显示在界面上，方便人员进行查看。

而报警系统主要由扬声器构成，温度超过阈值则通过微处理器设置报警信号，通过扬声器告示温度超标。

风机启停控制是在温度低于最低阈值时控制风机的启动和开启，从而达到节能的目的，减少不必要的能源浪费，风机在温度较低时可以不启动风机工作。

图1温度监控报警系统整体结构

3.硬件实现

3.1硬件整体框架

根据以上的的设计，在硬件上主要是微处理器、温度采集电路、LCD显示电路、扬声器报警电路几部分构成，如图2所示。

图2主要硬件设计

3.2主处理器模块

主处理器模块采用8位处理器AT89S52，是一种低功耗高性能的微控制器，在总舵嵌入式系统中得到应用。

其具有32个可编程I/O口，三个16位定时器/计数器，八个中断源和全双工UART串行通道，看门狗定时器等功能。

其主要的管脚如图3所示。

其中温度采集使用P1.2管脚、扬声器控制使用P1.3、风机启停使用P1.4管脚，按键的三个设置使用P2.0/P2.1/P2.2三个管脚，LCD显示传输主要使用P0口。

图3主处理器引脚图

3.3温度采集模块

温度采集模块使用DS18B20数字温度传感器，其管脚图如图4所示。

其测温度原理如图5所示。

图中低温度系数晶振的震荡频率受温度系数影响很小，用于产生固定平率的脉冲信号给计数器1.高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在-55摄氏度对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法基数，当计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的没冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

其主要参数：

测温范围-55℃~125℃，固有测温误差为1℃，工作电源为3.0V~5.5V。

在该系统中使用时，微处理器主要对其输出的数字信号进行采集处理。

其主要的连接如图6所示。

图4DS18B20数字温度传感器图5DS18B20数字温度传感器工作原理

图6数字温度传感器与微处理器的连接

3.4温度监控模块

温度监控模块主要是通过DS18B20采集温度信号，根据采集的信号微处理器做出各种指令来安排。

在温度监控是通过温度传感器、LCD显示器、风机的运转共同完成温度监控的。

温度监控不是单独一个模块，可以说是多个模块的共同协作完成。

在该过程中，对空调的通信要采取RS485模式，或者RS323、RS422、继电器控制模式。

控制主句通过RS485总线与丛集的写意转换器通讯。

控制主机将从温度采集系统获得有效温度与用户设定的温度限制进行比较，根据比较的结果，实现控制空调的目的，追剧将空调的当前状态实时显示在LCD液晶屏上。

3.5人机界面模块

人机界面主要通过LCD和按键两个部分构成，这两部分与微处理器的连接如图7所示。

选用的LCD自带汉字库，只需要通过P0口和相应的控制位口传输显示数据和命令就可在LCD上显示需要的字符或者内容。

LCD显示的主要数据包括温度上下阈值、设定温度、实时温度、空调实时状态、报警器状态这几个主要的参数显示。

按键是用户设置温度上下预置的功能，用户可以通过按键的加减符号来设定机房需要的适当温度，并通过OK键来确定。

设置好的数据将实时显示在LCD液晶显示器上。

这两部分的人机接口都需要程序来配合实现，这部分内容的软件实现将在下面一章中讲到。

图7LCD和按键与微处理器连接图

3.6扬声器报警模块

我们知道机房内计算机和空调工作一般都处于无人状态，所以如果空调出现故障导致机房温度过高仍然无人发现而采取降温措施的时候，机房的高温对计算机的运作将会产生不良影响，严重的后果可能导致数据的损坏丢失，甚至发生火灾。

所以在无人情况下如果发生空调故障而导致温度高于设定的最高阈值时，需要扬声器报警来提醒管理人员及时处理和采取降温措施保证机房的温度能够适合计算机正常工作。

在该系统中使用了一个简单的三极管构成的电路来完成扬声器的报警机制。

电路结构如图8所示。

SpeakerEN是微处理器给定的控制信号，当温度没有到达阈值上限则SpeakerEN输出为低电平，三极管关断状态扬声器没有电压因此不会发出警报，当温度超过阈值上限则SpeakerEN输出为高电平，此时三极管导通扬声器有电压发出警报。

图8扬声器电路结构

4.软件实现

4.1系统软件结构

在该温度检测报警中主要的软件包括温度采集部分、按键设置部分、LCD显示、风机启停控制、扬声器报警控制几部分功能，整体的软件流程图如图9所示。

图9程序流程图

在该程序中函数从主函数main（）入口进入，然后各个模块的初始化，初始化包括各个变量的初值定义和I/O设置等。

完成初始化之后程序的运行进入主循环，在主循环中微处理器不停循环重复下面的工作。

首先检查按键是否被按下在设置温度的上下阈值，如果按下按键则读回按键的设定的最高和最低温度覆盖原来的上下预置，如果没有检测到按键的则进入下一步温度采集。

温度采集是读入数字温度传感器传回来的数字并对结果进行判断，如果低于温度最低阈值则关断空调或者风机达到节能效果，否则继续判断温度是否超过最高阈值，如果超过最高阈值则发出使能信号使扬声器发出警报提醒管理人员进行及时处理或者采取降温措施。

以上判断结束后则进行LCD显示，LCD显示监测的各状态实时情况。

4.2软件主要功能介绍

由以上的介绍可以知道，程序中主要包括MainLoop（）、KeyBoard（）、TemperDetect（）、DisplayLCD（）几个函数构成，在主循环中不断调用KeyBoard（）、TemperDetect（）、DisplayLCD（）者三个函数。

下面对这三个函数做主要的介绍。

（1）KeyBoard（）函数

该函数是键盘的检测，对键盘的检测函数流程图如图10所示，该流程图中首先判断是否有按键，有按键发生则对应每个按键的计数器进行加1操作，当超N值时认为按键是真实按下。

这一步的设定是为了防止按键是误按，起到一个防抖作用。

按键确认按下之后根据不同的按键功能进行不同的操作然后返回到主循环中执行下面的功能。

图10按键函数KeyBoard（）实现流程图

（2）TemperDetect（）函数

TemperDetect（）函数的作用主要是采集DS18B20数字温度传感器的输入值然后根据输入的温度来判断当前应该进行的操作。

其是一个读入数据和转换数据的过程，比较简单。

（3）DisplayLCD（）函数

DisplayLCD（）函数通过微处理器AT89S52整合的数据然后通过P0口发送到LCD中进行显示。

其显示主要流程如图11所示。

图11DisplayLCD（）实现流程

以上就是整个程序的实现过程。

在该软件框架中，首先对各个模块的初始化，在初始化之后进入主循环，只要温度检测系统在工作状态则一直处于主循环进行温度检测，只有在上电以后系统会进行初始化。

在主循环中按照执行顺序分别调用KeyBoard（）、TemperDetect（）、DisplayLCD（）三个函数，在三个函数中分别完成按键设置温度上下阈值、温度检测和LCD液晶屏显示的功能。

在温度采集后对系统改做的操作进行判定，当温度较低时关闭风机或者空调，在温度较高时则通过使能扬声器通知管理人员。

5.总结

本文通过一种基于单片机的元件设计与制作出温度报警器，其特征包括主控制器模块、温度测量模块、温度设置模块、显示模块以及电源模块，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。

这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛。

工作时，温度测量范围由使用的数字温度传感器决定，使用的温度传感器温度范围为-55℃~125℃，而在实际系统中温度的上下阈值可以通过键盘来设置，设置的温度上下阈值不超过温度测量范围即可。

当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号并驱动继电器使风扇电机转动，从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。

现代社会是信息社会，随着安全化程度的日益提高，机房——作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统瘫痪，造成巨大的损失很社会影响。

造成高温火灾有：

电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。

在本文中设计的温度检测报警系统具有温度检测、按键设置、扬声器报警等功能，在一般的机房中应用能够满足要求。

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