CN100362891C - 无人值守机房动力和环境集中监控系统 - Google Patents

Abstract

无人值守机房动力和环境集中监控系统涉及在监控领域的一种无人值守机房的集中监控方法，现场监控单元(1)以工控机(10)为控制器，将所有的数据、报警和视频图像上传到监控中心(2)；监控中心(2)包含有通讯服务器(21)、数据库服务器(22)和工作站(23)，现场维护人员使用他们的移动电话(3)及时获取现场监控单元(1)的报警信息，并控制现场监控单元(1)的门禁功能；现场监控单元(1)的防火墙和路由器(19)和监控中心(2)的防火墙和路由器(25)使用互联网或专用光纤(42)交换数据。现场监控单元可以保证房体内的设备在要求的环境和动力条件下安全工作，同时提供门禁功能并能够向中心和维护人员报警。

Description

无人值守机房动力和环境集中监控系统

技术领域

本发明具体涉及一种无人值守机房的集中监控方法，属于监控技术领域。

背景技术

近几年来，随着移动通信业务的迅猛发展，移动通信基站的建设数量也与日俱增。尤其是随着第三代移动通信网(3G)建设的即将启动，电信运营商对快速建站、快速布网和降低基站综合成本和运营维护成本的要求也更加迫切。无人值守通信机房的动力和环境集中监控系统集计算机、自动控制、通信、传感器和检测技术于一体，具有很高的应用价值。

目前广泛使用的机房监控系统，门禁、动力和空调设备均有控制器，但是各自独立，无法实现集中监控；能够向监控中心发送报警信息，再由监控中心通知相应的现场维护人员，不能直接通知维护人员，客观上延长了到达现场的时间。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种无人值守机房动力和环境集中监控系统，是一种具有较高性能价格比的环境集中监控解决方案，并为客户提供友善的人机界面。

技术方案：能够自动保持机房内部的温度、湿度等环境参数；能够实现自动的门禁功能，对进入人员的身份进行验证；能够准确、及时、可靠的将任何故障、异常和危险状况报告给远程的监控中心和维护人员；监控中心能够保存、查询多个机房的历史数据，也可以直接对某个基站进行控制。

本发明由以工控机为中心的现场监控单元和以局域网和服务器组成的监控中心构成，其中：

A、现场监控单元安装的工控机使用标准的RS232接口连接数据采集和控制模块、智能空调子系统、智能电源子系统和GSM/GPRS调制解调器，本机上还安装有以太网网卡和视频采集子系统；工控机上运行的监控程序能够根据数据采集和控制模块上传的环境数据，决定对通风子系统和智能空调子系统的控制；与智能空调子系统和智能电源子系统通信，收集设备状态，判断故障和异常；并能够完成多种通讯任务的功能。

B、现场监控单元安装的数据采集和控制模块连接各种有源和无源的监测器和传感器，采集温度、湿度、门位置、门锁状态和漏水、烟雾、红外传感器的数据；根据相关监测器、无线遥控接收器和开门按钮，结合远程中心的命令，实现门禁功能；执行工控机对通风子系统的控制命令。

C、监控中心安装的数据库服务器保存各机房数据并按照要求保存在数据库中，随时供工作站或远程查询。供中心维护人员使用工作站，可以随时调用数据库服务器中的历史数据；可以随时通过通讯服务器向相应的现场监控单元申请最新数据；可以根据中心维护人员的要求直接控制现场监控单元。通讯服务器通过GSM/GPRS调制解调器、Internet或专用光纤网络的路由器和防火墙，从各现场监控单元处获取数据，并通过内部网络保存到数据库服务器中；将工作站的控制命令及时发送到相应的现场监控单元；提供远程查询功能，能够保证访问控制。

本发明的无人值守机房动力和环境集中监控方法，其特征在于现场监控单元以工控机为控制器，工控机的多串口扩展卡分别与数据采集和控制模块、智能空调子系统、智能电源子系统、GSM/GPRS调制解调器相接，完成对环境和动力的监控；工控机的视频采集卡与数字摄像机相接，借助视频采集子系统获取实时室内图像；工控机的以太网卡与防火墙和路由器相接，将所有的数据、报警和视频图像上传到监控中心；监控中心包含有通讯服务器、数据库服务器和工作站，它们之间使用局域网进行连接；数据库服务器保存一定时间内多个现场监控单元的状态和报警历史信息；通讯服务器安装有模块GSM/GPRS调制解调器和防火墙和路由器，与所有的现场监控单元进行数据交换；现场维护人员使用他们的移动电话及时获取现场监控单元的报警信息，并控制现场监控单元的门禁功能；现场监控单元、监控中心和现场维护人员的移动电话通过通信网联系在一起，具体的说，现场监控单元的GSM/GPRS调制解调器、监控中心的GSM/GPRS调制解调器和现场维护人员的移动电话使用GSM/GPRS网络交换数据；现场监控单元的防火墙和路由器和监控中心的防火墙和路由器使用互联网或专用光纤交换数据。

工控机的监控步骤为：

2.1)系统初始化：初始化多串口扩展卡，设置各串口的通信模式和速率，与各子系统进行首次通信，登记各子系统即数据采集和控制模块、智能空调子系统、智能电源子系统、GSM/GPRS调制解调器；初始化以太网卡，设置IP地址和网络掩码，与监控中心进行首次通信，向其注册；初始化视频采集卡，设置视频通道；初始化系统定时器和窗体；

2.2)检查各串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确，进入步骤2.3)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤2.3)；如果没有新数据，直接进入步骤2.3)；

2.3)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤2.4)；如果没有新数据，直接进入步骤2.4)；

2.4)检查监控中心是否需要实时的视频数据，如果要，记录一段时间的数据，然后进入步骤2.5)；如果不需要，直接进入步骤2.5)；

2.5)对显示界面进行刷新，更新系统状态和数据等信息，并接收本地的操作指令，然后进入步骤2.6)；

2.6)检查各串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤2.7)；如果不需要，直接进入步骤2.7)；

2.7)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤2.2)；如果不需要，直接返回步骤2.2)。

数据采集和控制模块的控制步骤为：

3.1)微处理器初始化，具体有初始化中断系统，允许需要的中断，禁止不需要的中断；初始化定时器，设置定时时间；初始化串口和I2C接口，设置它们的通信模式和速率，

3.2)外设初始化，具体有初始化看门狗，设置看门狗动作时间并启动它；初始化EEPROM，使用步骤3.1)里的I2C接口读取EEPROM里保存的数据；初始化AD转换器，设置其工作模式、通道和分辨率，

3.3)复位看门狗，

3.4)获取数字量输入数据和AD转换器数据，

3.5)检查串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确进入步骤3.6)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤3.6)；如果没有新数据，直接进入步骤3.6)，

3.6)处理在步骤3.4)和步骤3.5)时得到的数据和指令，

3.7)检查串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤3.8)；如果不需要，直接进入步骤3.8)，

3.8)根据步骤3.6)处理的结果，更新数字量输出信号，然后返回步骤3.3)。

监控中心的工作站的控制步骤为：

4.1)系统初始化，具体有初始化以太网卡，设置IP地址和网络掩码，准备接收各现场监控单元的注册请求和数据；初始化系统定时器和窗体，

4.2)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤4.3)；如果没有新数据，直接进入步骤4.3)，

4.3)对显示界面进行刷新，更新各现场监控单元状态和数据等信息，并接收本地的操作指令，

4.4)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤4.2)；如果不需要，直接返回步骤4.2)。

本发明的基本思路是，利用工控机丰富的硬件资源和强大的程序处理能力，从各种设备采集状态和数据，判断是否有故障和异常，并进行协议转换，与远程的监控中心和维护人员联系。利用服务器、工作站和局域网构建监控中心，利用强大的数据库技术保存历史数据，利用工作站良好的人机界面供维护人员使用。利用双绞线、光纤、GSM/GPRS等方式保证可靠且及时的通讯连接。

上述技术方案所述的工控机应当安装Windows操作系统、监控程序、多串口扩展卡、以太网卡和视频采集卡，以及48V直流隔离电源。

上述技术方案所述的数据采集和控制模块使用单片机作为控制器，具有数字量信号输入输出和模拟量输入接口、1个标准RS232接口、1个无线遥控接收器，以及48V直流隔离电源。

上述技术方案所述的数据库服务器应当安装Windows操作系统和SQLServer数据库，具有以太网卡。

上述技术方案所述的工作站应当安装Windows操作系统、中心管理程序和以太网卡。

上述技术方案所述的通讯服务器应当安装UNIX操作系统、2个以太网卡、GSM/GPRS调制解调器，至少应具有包过滤防火墙和堡垒主机的基本功能。

有益效果：本专利可以应用于多种无人机房监控的场合，可以满足机房内设备对环境和动力的要求，满足客户对安全的要求。利用单片机技术实现现场数据采集和控制；利用工控机技术实现机房内部各模块和子系统的集中监控；利用多种通讯技术将各现场机房和监控中心组成网络，其距离不受限制；监控系统能够在故障的第一时间直接通知现场维护人员，缩短排除故障的时间；系统工作稳定、可靠、安全，人机界面友好；和功能相似的其他系统相比，建设周期短、成本低，能够产生明显的经济效益。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是数据采集和控制模块中单片机的控制程序流程图。

图3是现场机房工控机的监控程序流程图。

图4是监控中心工作站的管理程序流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本专利的一个具体实现方案做进一步说明。

本发明的整体结构参见图1。图中只画了一个现场机房，实际使用时可以根据需要管理多个机房。现场机房内的工控机使用RS232与数据采集和控制模块、智能电源子系统、智能空调子系统和GSM/GPRS调制解调器连接；为了能够连接到有线网络，工控机需要配置以太网卡、路由器、防火墙和光纤收发器(根据网络的实际情况可能有所不同)。监控中心内的通讯服务器、数据库服务器和工作站使用局域网连接；通讯服务器也相应的需要配置路由器、防火墙和光纤收发器(根据网络的实际情况可能有所不同)。具体为：现场监控单元1以工控机10为控制器，工控机10的多串口扩展卡11分别与数据采集和控制模块14)智能空调子系统15、智能电源子系统16、GSM/GPRS调制解调器17相接，完成对环境和动力的监控；工控机10的视频采集卡12与数字摄像机18相接，借助视频采集子系统获取实时室内图像；工控机10的以太网卡13与防火墙和路由器19相接，将所有的数据、报警和视频图像上传到监控中心2；监控中心2包含有通讯服务器21、数据库服务器22和工作站23，它们之间使用局域网20进行连接；数据库服务器22保存一定时间内多个现场监控单元1的状态和报警历史信息；通讯服务器21安装有模块GSM/GPRS调制解调器24和防火墙和路由器25，与所有的现场监控单元1进行数据交换；现场维护人员使用他们的移动电话3及时获取现场监控单元1的报警信息，并控制现场监控单元1的门禁功能；现场监控单元1、监控中心2和现场维护人员的移动电话3通过通信网4联系在一起，具体的说，现场监控单元1的GSM/GPRS调制解调器17、监控中心2的GSM/GPRS调制解调器24和现场维护人员的移动电话3使用GSM/GPRS网络41交换数据；现场监控单元1的防火墙和路由器19和监控中心2的防火墙和路由器(25)使用互联网或专用光纤42交换数据。

参见图2：  数据采集和控制模块内的单片机在复位后，立即对自身和外设进行初始化，前者包括中断、定时器、串口和I2C接口等，后者包括EEPROM、看门狗、AD转换器等；随后进入轮询各功能任务的循环，各任务定时执行(定时功能由单片机的内部定时器实现)，这些任务主要有：复位看门狗、从数字量信号输入通道和AD转换器获取数据、根据当前命令和数据缓冲区内的数据更新输出缓冲区(实现温度和门禁控制，以及通讯任务)、检查是否需要启动串口数据接收或发送程序、更新数字量信号输出通道的状态。数据采集和控制模块14的控制步骤为：

3.1)微处理器初始化，具体有初始化中断系统，允许需要的中断，禁止不需要的中断；初始化定时器，设置定时时间；初始化串口和I2C接口，设置它们的通信模式和速率，

3.2)外设初始化，具体有初始化看门狗，设置看门狗动作时间并启动它；初始化EEPROM，使用步骤3.1)里的I2C接口读取EEPROM里保存的数据；初始化AD转换器，设置其工作模式、通道和分辨率，

3.3)复位看门狗，

3.4)获取数字量输入数据和AD转换器数据，

3.5)检查串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确进入步骤3.6)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤3.6)；如果没有新数据，直接进入步骤3.6)，

3.6)处理在步骤3.4)和步骤3.5)时得到的数据和指令，

3.7)检查串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤3.8)；如果不需要，直接进入步骤3.8)，

3.8)根据步骤3.6)处理的结果，更新数字量输出信号，然后返回步骤3.3)。

参见图3：工控机的监控程序运行在Windows操作系统上，使用Windows提供的线程和消息驱动机制，使各任务具有足够的实时性；使用Windows提供的Socket机制，使通过以太网的TCP/IP协议进行数据交换更为简便和可靠；使用Windows提供的图形化用户接口(GUI)，在现场维护时为操作人员提供良好的人机界面，参数和状态等信息一目了然。具体的说，程序启动后首先执行构造函数和窗体创建函数，完成串口、定时器、Socket和窗体的初始化；随后根据要求及时进行串口和以太网数据的接收和发送。工控机(10)的监控步骤为：

2.1)系统初始化：初始化多串口扩展卡(11)，设置各串口的通信模式和速率，与各子系统进行首次通信，登记各子系统即数据采集和控制模块(14)、智能空调子系统(15)、智能电源子系统(16)、GSM/GPRS调制解调器(17)；初始化以太网卡(13)，设置IP地址和网络掩码，与监控中心(2)进行首次通信，向其注册；初始化视频采集卡(12)，设置视频通道；初始化系统定时器和窗体；

2.2)检查各串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确，进入步骤2.3)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤2.3)；如果没有新数据，直接进入步骤2.3)；

2.3)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤2.4)；如果没有新数据，直接进入步骤2.4)；

2.4)检查监控中心(2)是否需要实时的视频数据，如果要，记录一段时间的数据，然后进入步骤2.5)；如果不需要，直接进入步骤2.5)；

2.5)对显示界面进行刷新，更新系统状态和数据等信息，并接收本地的操作指令，然后进入步骤2.6)；

2.6)检查各串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤2.7)；如果不需要，直接进入步骤2.7)；

2.7)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤2.2)；如果不需要，直接返回步骤2.2)。

参见图4：监控中心内工作站的管理程序运行在Windows操作系统上，与工控机一样，也使用了Windows提供的线程、消息驱动和Socket机制，以及图形化用户接口；不同的是，工作站只是用于供维护人员使用的，基本的通讯任务、数据完整性检查等工作交由通讯服务器完成，数据的保存、查询由数据库服务器完成。具体的说，程序启动后首先执行构造函数和窗体创建函数，完成定时器、Socket和窗体的初始化；随后根据要求及时进行以太网数据的接收和发送。监控中心(2)的工作站(23)的控制步骤为：

4.1)系统初始化，具体有初始化以太网卡(13)，设置IP地址和网络掩码，准备接收各现场监控单元(1)的注册请求和数据；初始化系统定时器和窗体，

4.2)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤4.3)；如果没有新数据，直接进入步骤4.3)，

4.3)对显示界面进行刷新，更新各现场监控单元(1)状态和数据等信息，并接收本地的操作指令，

4.4)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤4.2)；如果不需要，直接返回步骤4.2)。

Claims (4)

1.一种无人值守机房动力和环境集中监控系统，其特征在于现场监控单元(1)以工控机(10)为控制器，工控机(10)的多串口扩展卡(11)分别与数据采集和控制模块(14)、智能空调子系统(15)、智能电源子系统(16)、GSM/GPRS调制解调器(17)相接，完成对环境和动力的监控；工控机(10)的视频采集卡(12)与数字摄像机(18)相接，借助视频采集子系统获取实时室内图像；工控机(10)的以太网卡(13)与防火墙和路由器(19)相接，将所有的数据、报警和视频图像上传到监控中心(2)；监控中心(2)包含有通讯服务器(21)、数据库服务器(22)和工作站(23)，它们之间使用局域网(20)进行连接；数据库服务器(22)保存一定时间内多个现场监控单元(1)的状态和报警历史信息；通讯服务器(21)安装有模块GSM/GPRS调制解调器(24)和防火墙和路由器(25)，与所有的现场监控单元(1)进行数据交换；现场维护人员使用他们的移动电话(3)及时获取现场监控单元(1)的报警信息，并控制现场监控单元(1)的门禁功能；现场监控单元(1)、监控中心(2)和现场维护人员的移动电话(3)通过通信网(4)联系在一起，具体的说，现场监控单元(1)的GSM/GPRS调制解调器(17)、监控中心(2)的GSM/GPRS调制解调器(24)和现场维护人员的移动电话(3)使用GSM/GPRS网络(41)交换数据；现场监控单元(1)的防火墙和路由器(19)和监控中心(2)的防火墙和路由器(25)使用互联网或专用光纤(42)交换数据。

2.根据权利要求1所述的无人值守机房动力和环境集中监控系统，其特征在于工控机(10)的监控步骤为：

2.1)系统初始化：初始化多串口扩展卡(11)，设置各串口的通信模式和速率，与各子系统进行首次通信，登记各子系统即数据采集和控制模块(14)、智能空调子系统(15)、智能电源子系统(16)、GSM/GPRS调制解调器(17)；初始化以太网卡(13)，设置IP地址和网络掩码，与监控中心(2)进行首次通信，向其注册；初始化视频采集卡(12)，设置视频通道；初始化系统定时器和窗体；

2.2)检查各串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确，进入步骤2.3)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤2.3)；如果没有新数据，直接进入步骤2.3)；

2.3)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤2.4)；如果没有新数据，直接进入步骤2.4)；

2.4)检查监控中心(2)是否需要实时的视频数据，如果要，记录一段时间的数据，然后进入步骤2.5)；如果不需要，直接进入步骤2.5)；

2.5)对显示界面进行刷新，更新系统状态和数据等信息，并接收本地的操作指令，然后进入步骤2.6)；

2.6)检查各串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤2.7)；如果不需要，直接进入步骤2.7)；

2.7)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤2.2)；如果不需要，直接返回步骤2.2)。

3.根据权利要求1所述的无人值守机房动力和环境集中监控系统，其特征在于在数据采集和控制模块(14)的控制步骤为：

3.1)微处理器初始化，具体有初始化中断系统，允许需要的中断，禁止不需要的中断；初始化定时器，设置定时时间；初始化串口和I2C接口，设置它们的通信模式和速率，

3.2)外设初始化，具体有初始化看门狗，设置看门狗动作时间并启动它；初始化EEPROM，使用步骤3.1)里的I2C接口读取EEPROM里保存的数据；初始化AD转换器，设置其工作模式、通道和分辨率，

3.3)复位看门狗，

3.4)获取数字量输入数据和AD转换器数据，

3.5)检查串口是否有新数据到达，如果有，接收这些数据并检查其校验，如果校验正确进入步骤3.6)；如果不正确，记录1次通信故障，然后进入步骤3.6)；如果没有新数据，直接进入步骤3.6)，

3.6)处理在步骤3.4)和步骤3.5)时得到的数据和指令，

3.7)检查串口是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后进入步骤3.8)；如果不需要，直接进入步骤3.8)，

3.8)根据步骤3.6)处理的结果，更新数字量输出信号，然后返回步骤3.3)。

4.根据权利要求1所述的无人值守机房动力和环境集中监控系统，其特征在于监控中心(2)的工作站(23)的控制步骤为：

4.1)系统初始化，具体有初始化以太网卡(13)，设置IP地址和网络掩码，准备接收各现场监控单元(1)的注册请求和数据；初始化系统定时器和窗体，

4.2)检查以太网是否有新数据到达，如果有，接收这些数据，然后进入步骤4.3)；如果没有新数据，直接进入步骤4.3)，

4.3)对显示界面进行刷新，更新各现场监控单元(1)状态和数据信息，并接收本地的操作指令，

4.4)检查以太网是否需要发送数据，如果要，将数据发送出去，然后返回步骤4.2)；如果不需要，直接返回步骤4.2)。

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