CN102635929B - 一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置 - Google Patents
一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置。LED显示器、温湿度传感器、空调工作反馈电路以及红外发射电路分别与STM32处理器连接。空调工作反馈电路结构为：电流互感器采集空调电源线的电信号经由运算放大器组成的放大器、比较器以及可变电阻后输出高电平，并使继电器的常开触头闭合，使光耦输入端与12V直流电源导通，光耦输出端将低电平信号送至处理器，从而判定空调的工作状态。红外发射电路主要由三个红外发射管组成，来自微处理器的空调控制信号通过控制三个红外发射管发射遥控数据以控制空调的运转状况。本发明具有较高的可靠性和良好的易用性，能很好满足机房的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于环境温湿度监控装置，尤其涉及一种兼具温湿度监测与机房空调控制调整功能的机房工作环境智能综合监控装置。
背景技术
近年来，由于设备工作异常、天气、自然灾害、火灾等原因导致机房环境温湿度异常，造成人员和经济损失的事情时有发生。因此需要一种装置对机房环境温湿度进行监测，并通过监测的数据对所连接的空调设备进行控制。传统的温湿度监测装置仅具温湿度监测的功能，而无控制调整温湿度的能力，需要发送告警消息到外部系统，由外部系统判断后，经由另外的控制器对空调设备进行控制。显然，这种温湿度监测装置在可靠性和易用性方面都存在较大的问题，难以满足机房的要求。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种兼具温湿度监测与机房空调控制调整功能的适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置。
本发明的目的是这样实现的：一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，包括，提供处理器工作电源的供电模块，处理器，与处理器连接的温湿度传感器，
所述处理器为STM32处理器；还具有，
LED显示器：与STM32处理器连接；
用作遥控空调的红外发射电路：三极管Q9集电极串接电阻R150后接工作电源正极，三极管Q9基极接于STM32处理器的PB6脚，三极管Q9发射极接于三个红外发射管D7、D8和D9的正极，三个红外发射管D7、D8和D9的负极接地；
空调工作状态反馈电路：电阻R2与供空调电源线穿过的电流互感器CT1并联，电流互感器CT1一端顺次串接电阻R3和电阻R14后接于运算放大器U1A的反相输入端，电流互感器CT1另一端串接电阻R4后接地，电阻R15连接在运算放大器U1A的同相输入端与地之间，电阻R28连接在运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间，运算放大器U1A的4脚接地，运算放大器U1A的输出端串接电阻R35后接于运算放大器U1B的同相输入端，电阻R18连接在运算放大器U1B的反相输入端和VCC之间，可变电阻R9连接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间，电阻R5和电阻R6串接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间；运算放大器U1B的输出端串接电阻R33后接于三极管Q2基极，三极管Q2发射极接地，三极管Q2集电极串接继电器J后接于VCC，继电器J的常开触头K一端接12V直流电源负极，常开触头K另一端接于光耦U14负输入端，12V直流电源正极串接电阻R41后接于光耦U14正输入端，光耦U14的一个输出端接地，光耦U14的另一个输出端接于STM32处理器的PD1脚；上述光耦U14的型号为TLT521。
还具有，光耦工作指示电路：电阻R45连接在12V直流电源正极与发光二极管D13正极之间，发光二极管D3负极接于光耦U14负输入端。
还具有用作接收空调遥控器信号的红外接收电路：由红外接收芯片IRM2638组成，红外接收芯片IRM2638的1脚接于STM32处理器的PA0脚。
上述温湿度传感器为SHT11温湿度传感器，SHT11温湿度传感器的2脚和3脚通过I2C总线与STM32处理器连接。
上述运算放大器U1A、U1B型号为TL082。
为了使机房环境温湿度智能监控装置兼具温湿度监测与控制调整功能。本发明采用的基本思路是：设置中央处理模块以及与中央处理模块连接的温度湿度获取模块、学习控制模块。事先设定告警条件与对应的控制策略。当发生温湿度越界的时候，可以主动控制与之连接的空调。
具体包括：
中央处理模块以及与所述中央处理模块连接的温度湿度获取模块、学习控制模块；
温度湿度获取模块采集机房环境的温湿度信息并将温湿度信息发送到中央处理模块；
学习控制模块对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块；根据中央处理模块发来的指令向空调发送控制信号，控制空调的各种工作状态；
中央处理模块接收温湿度获取模块采集的温湿度信息、学习控制模块发送的空调遥控器键码数据；处理温度湿度信息、空调遥控器键码数据；发送对空调的控制信号至学习控制模块。
空调工作反馈模块；空调工作反馈模块与中央处理模块连接，对温度湿度调节装置的运行情况进行检测并将检测到的信息反馈至中央处理模块。
空调工作反馈模块包括电流互感器，空调的电源线穿过上述电流互感器，电流互感器对空调电源线进行电流检测，从而判断空调的工作状态。
空调工作反馈模块包括比较电压设定部件，比较电压设定部件包含U1A放大器、U1B比较器以及一可变电阻，通过调节所述可变电阻可设定比较电压门槛。
学习控制模块包括红外接收模块，红外接收模块用于对空调遥控器键码进行学习；中央处理模块内部保存了常用空调的控制码；当遇到特殊的空调，内置的空调识别码不起作用的时候，可以使用所述红外接收模块接收空调遥控器的发出的红外键码，并保存在中央处理模块内部的非易失性存储器中，以便中央处理模块将来进行调用。
显示模块与中央处理模块连接，接受中央处理模块发送的工作状态相关信息，根据接受的信息显示当前的温湿度值、温湿度调节装置的工作状态。
本发明的有益效果是：本发明将对机房的温湿度监测与对机房的温湿度设备（空调）的有效控制结合起来，很好的解决了传统的温湿度监测装置只能监测不能控制带来的可靠性和易用性方面存在的问题，具有良好的可靠性和易用性，可很好的满足机房的使用要求。
附图说明
图1是智能温湿度监控装置简图。
图2是智能温湿度监控装置结构框图。
图3是图2所示处理器的接线图。
图4是图2所示环境温湿度传感器的电路图。
图5是图2所示红外发射电路图。
图6是图2所示红外接收电路图。
图7是图2所示空调工作状态反馈电路图。
图8是图2所示LED显示器电路图。
图9是图1所示供电模块电路图。
具体实施方式
为了便于对发明的进一步理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在图1的智能温湿度监控装置简图中，提供了机房环境温湿度监控装置的硬件系统结构以及数据的传输方向，下面结合图2的实施例对机房环境温度湿度监控装置的硬件系统工作过程进行说明。
机房环境智能温湿度监控装置包括供电模块、温湿度获取模块、学习控制模块、设备工作反馈模块、显示模块以及中央处理模块。温湿度获取模块、学习控制模块、设备工作反馈模块、显示模块均与中央处理模块连接。
供电模块作为工作电源为整个装置运行提供电力，在图2中未绘出。
温湿度获取模块用于监测当前机房环境的温湿度，温湿度获取模块与中央处理模块连接，采集到环境的温湿度信息后将温湿度信息发送到中央处理模块。在图2的实施例中采用了温湿度传感器作为温湿度获取模块。
学习控制模块与中央处理模块连接，可对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块保存；根据中央处理模块发来的指令向空调发送控制信号，控制空调的各种工作状态。在图2中，学习控制模块包括红外接收电路、红外发射电路。红外接收电路用于对空调遥控器键码进行学习。中央处理模块（即STM32处理器）内部保存了常用空调的控制码，当遇到特殊的空调，内置的空调识别码不起作用的时候，可以使用该红外接收电路接收空调遥控器的发出的红外键码，并保存在中央处理模块内部的非易失性存储器中，以便中央处理模块将来进行调用。红外发射电路用于模拟空调遥控器，根据中央处理模块发来的指令向空调发送控制信号，控制空调的各种工作状态。
显示器与中央处理模块连接，接受中央处理模块发送的工作状态相关信息，根据接收的信息显示当前的温湿度值、空调的工作状态。在图2的实施例中，显示模块包括LED显示器和LED指示灯，用于显示当前的温湿度值以及装置的工作状态。
空调工作反馈电路与中央处理模块连接，检测外部空调是否工作正常，将检测结果反馈至中央处理模块。如果不正常，则通过中央处理模块发送告警消息。
中央处理模块与上述各个模块连接，发送、接收、处理相关信息，控制上述各个模块的工作。中央处理模块实时读取温湿度获取模块的温湿度参数。中央处理模块内部可设定并存放温湿度告警的门限，以及相对应的联动策略。在图2中，中央处理模块采用STM32处理器。当温湿度超过了预先设定的门限值，中央处理模块会根据内部存放的联动策略，同时通过红外发射模块控制空调的工作状态。
参见图5、图7，适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，包括，提供处理器工作电源的供电模块，与处理器连接的温湿度传感器，处理器为STM32处理器；LED显示器与STM32处理器连接；
用作遥控空调的红外发射电路：三极管Q9集电极串接电阻R150后接工作电源正极，三极管Q9基极接于STM32处理器的PB6脚，三极管Q9发射极接于三个红外发射管D7、D8和D9的正极，三个红外发射管D7、D8和D9的负极接地；
空调工作状态反馈电路：电阻R2与用作空调的电源线穿过的电流互感器CT1并联，电流互感器CT1一端顺次串接电阻R3和电阻R14后接于运算放大器U1A的反相输入端，电流互感器CT1另一端串接电阻R4后接地，电阻R15连接在运算放大器U1A的同相输入端与地之间，电阻R28连接在运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间，运算放大器U1A的4脚接地，运算放大器U1A的输出端串接电阻R35后接于运算放大器U1B的同相输入端，电阻R18连接在运算放大器U1B的反相输入端和VCC之间，可变电阻R9连接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间，电阻R5和电阻R6串接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间；运算放大器U1B的输出端串接电阻R33后接于三极管Q2基极，三极管Q2发射极接地，三极管Q2集电极串接继电器J后接于VCC，继电器J的常开触头K一端接12V直流电源负极，常开触头K另一端接于光耦U14负输入端，12V直流电源正极串接电阻R41后接于光耦U14正输入端，光耦U14的一个输出端接地，光耦U14的另一个输出端接于STM32处理器的PD1脚；光耦U14的型号为TLT521。光耦工作指示电路：电阻R45连接在12V直流电源正极与发光二极管D13正极之间，发光二极管D3负极接于光耦U14负输入端。参见图6，还具有用作接收空调遥控器信号的红外接收电路：由红外接收芯片IRM2638组成，红外接收芯片IRM2638的1脚接于STM32处理器的PA0脚。
在图2的实施例中，温湿度传感器由图4中U4（SHT11）温度湿度传感器构成。STM32处理器通过I2C总线（图3中的PB10、PB11）分别与图4中的SHT11的2脚和3脚即SCL、SDA连接）控制SHT11进行环境温度、湿度转换，并获取来自SHT11的转换结果。经过由STM32处理器内部的计算程序计算出当前的相对环境温度、湿度。STM32处理器分析温度湿度数据后，根据温度湿度数据发出相应的空调装置的联动控制指令。空调控制通过使用图3中STM32处理器的PB6向外发送空调控制指令图5中（IR_T），并通过三极管Q9控制D7、D9、D9三个红外发射管发射遥控控制数据，利用红外数据传输方式，模拟空调遥控工作的方式，对空调开启、关闭、温度、制冷、制热等动作进行控制。同时具备自我学习记忆功能，可以对已经设置好的控制参数进行记忆，在日后遇到类似情况时，也可以直接将空调调整到所记忆的工作方式，以节省处理时间。空调控制码学习通过图3中STM32处理器的PA0连接到图6中的U5（IRM2638红外接收芯片）第1脚（IR_R）读取来自空调遥控器的控制码数据，分析并存储。
空调工作反馈电路的实现原理为：通过检测空调是否有电流运行，对空调是否工作作出判断。在图7中，CT1为电流互感器（LCTA2DCC），电流比例为5A：5mA；空调的电源线相线（俗称“火线”）穿过CT1电流互感器（LCTA2DCC）。空调工作的时候，其电源线相线在所穿过的电流互感器（LCTA2DCC）次级产生等比例的电流，此电流经过R2变换成一个电压。Ur2＝I*R2。D2为雪崩二极管，用来限制U1A输入电压不会瞬态过高，损坏U1A。当空调运行的时候电流增大，在电流互感器（LCTA2DCC）的输出端电流增加，产生在R2上面的电压增加，经过U1A（1：2直流放大器）放大后，输入到由R18、R9、R5、R6以及U1B组成的比较器比较（比较器的比较电压由R18、R9、R5、R6决定，R9为可变电阻，调节R9即可设置不同的比较电压门槛），若此时空调已经工作，在U1B第5脚上的电压高于6脚的比较基准电压。此时U1B第7脚输出高电平至三极管Q2，并使继电器的常开触头K2闭合，使得IN3与12V直流电源负极连接，近一步控制U14(TLT521)的CHECK3状态为低电平。U1A与U1B由一块IC构成，设计中采用TL082构成。图3中STM32处理器PD1与图7中CHECK3连接，检测电平状态开判别空调的停止与运行状态。此外，电流传感可以用霍尔电流传感器，但成本高，在交流测量的时候漂移大。U1A放大器和U1B比较器可以由专用的电流检测芯片组成，此种方案需要使用CPU来计算电流，成本高，反馈速度慢。
LED显示器完成温度湿度的显示及整个设备的工作状态显示。在实施例中采用8段数码管显示，具有高亮可视距离高、角度大的特性。STM32处理器图3中的PF11、PF12、PF13、PF14、PD0、PD1、PD2、PD3分别与图8中的D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8连接完成LED显示器的扫描信号，STM32处理器图3中的PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6、PF7分别与图9中的DS_a、DS_b、DS_c、DS_d、DSe、DS_f、DS_g、DS_dp连接完成LED显示器的数据传送信号。
供电模块由图9中的J1输入220V交流电源经U1、U2两只AC/DC模块后通过J2连接到J3为系统提供电源。P1为中央处理模块提供3.3V电压，P2为RS232、RS485提供隔离电压。D10指示出当前系统电源状态，亮为上电，灭为未上电。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，即使对各个步骤的执行顺序进行了改变，都属于本发明的保护范围。熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，包括，提供处理器工作电源的供电模块，处理器，与处理器连接的温湿度传感器，其特征是，
所述处理器为STM32处理器；还具有，
LED显示器：与STM32处理器连接；
用作遥控空调的红外发射电路：三极管Q9集电极串接电阻R150后接工作电源正极，三极管Q9基极接于STM32处理器的PB6脚，三极管Q9发射极接于三个红外发射管D7、D8和D9的正极，三个红外发射管D7、D8和D9的负极接地；
空调工作状态反馈电路：电阻R2与供空调电源线穿过的电流互感器CT1并联，电流互感器CT1一端顺次串接电阻R3和电阻R14后接于运算放大器U1A的反相输入端，电流互感器CT1另一端串接电阻R4后接地，电阻R15连接在运算放大器U1A的同相输入端与地之间，电阻R28连接在运算放大器U1A的反相输入端与输出端之间，运算放大器U1A的4脚接地，运算放大器U1A的输出端串接电阻R35后接于运算放大器U1B的同相输入端，电阻R18连接在运算放大器U1B的反相输入端和VCC之间，可变电阻R9连接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间，电阻R5和电阻R6串接在运算放大器U1B的反相输入端与地之间；运算放大器U1B的输出端串接电阻R33后接于三极管Q2基极，三极管Q2发射极接地，三极管Q2集电极串接继电器J后接于VCC，继电器J的常开触头K一端接12V直流电源负极，常开触头K另一端接于光耦U14负输入端，12V直流电源正极串接电阻R41后接于光耦U14正输入端，光耦U14的一个输出端接地，光耦U14的另一个输出端接于STM32处理器的PD1脚；上述光耦U14的型号为TLT521。
2.根据权利要求1所述的一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，其特征是，还具有，光耦工作指示电路：电阻R45连接在12V直流电源正极与发光二极管D13正极之间，发光二极管D3负极接于光耦U14负输入端。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，其特征是，还具有用作接收空调遥控器信号的红外接收电路：由红外接收芯片IRM2638组成，红外接收芯片IRM2638的1脚接于STM32处理器的PA0脚。
4.根据权利要求3所述的一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，其特征是，所述温湿度传感器为SHT11温湿度传感器，SHT11温湿度传感器的2脚和3脚通过I2C总线与STM32处理器连接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于机房工作环境的智能温湿度监控装置，其特征是，所述运算放大器U1A、U1B型号为TL082。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130105 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130105 Address after: Tsing Hua Road Qingyang District of Chengdu City, Sichuan Province, No. 24 610071 Applicant after: Sichuan Electric power Research Institute Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: Tsing Hua Road Qingyang District of Chengdu City, Sichuan Province, No. 24 610071 Applicant before: Sichuan Electric power Research Institute |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |