本實用新型屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的公司、學(xué)校和家庭重視數(shù)字化建設(shè)，工廠和學(xué)校配置有大量計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心和機(jī)房，這些機(jī)房平時無人看守，只是在必要時做些檢查。這樣很難實時的監(jiān)控到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心或機(jī)房的狀態(tài)變化，很容易帶來一些不必要的損失，如有人沒經(jīng)過同意進(jìn)入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心竊取資料或盜取設(shè)備，還有可能在機(jī)房發(fā)生火災(zāi)沒能及時檢測到等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有機(jī)房監(jiān)控方法不能實時監(jiān)控到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心或機(jī)房的狀態(tài)變化的問題。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)包括傳感器、單片機(jī)、射頻收發(fā)器、ZigBee模塊、服務(wù)器；

所述傳感器與所述單片機(jī)連接，所述單片機(jī)與所述射頻收發(fā)器連接，所述射頻收發(fā)器通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述ZigBee模塊連接，所述ZigBee模塊與所述服務(wù)器連接；

所述傳感器包括電壓測量器、電流測量器、溫濕度測量器、噪聲測量儀、煙霧測量儀、振動傳感檢測器、門控監(jiān)控器；

所述單片機(jī)用于將傳感器收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給射頻收發(fā)器；

所述射頻收發(fā)器用于將經(jīng)單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給ZigBee模塊；

所述ZigBee模塊用于將接收到的傳感數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳送給服務(wù)器。

進(jìn)一步，所述電壓測量器采用一個電阻與滑動變阻器串聯(lián)，在滑動變阻器兩端采樣，后面加一級電壓跟隨，與前一級隔離。

進(jìn)一步，所述溫濕度傳感器采用DHT11傳感器，該DHT11傳感器的一個引腳接GND，一個引腳接VCC，一個引腳接數(shù)據(jù)總線，與數(shù)據(jù)總線相接的電路上接一個10K的上拉電阻和一個1K的電阻。

機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)收集機(jī)房內(nèi)的各傳感器探測得到的環(huán)境參數(shù)，通過AVR單片機(jī)進(jìn)行采集處理再由AVR控制CC2420將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脚c服務(wù)器相連的ZigBee模塊上，再通過已經(jīng)建設(shè)好的有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，將這些信息傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控點供管理者查看，這不僅避免了維護(hù)人員的奔波之苦，更提高了機(jī)房管理的效率，杜絕安全事故的發(fā)生。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實用新型實施例提供的電壓測量電路圖。

圖3是本實用新型實施例提供的電流測量電路圖。

圖4是本實用新型實施例提供的電壓電流采集電路圖。

圖5是本實用新型實施例提供的溫濕度傳感器電路圖。

圖6是本實用新型實施例提供的噪聲監(jiān)測電路圖。

圖7是本實用新型實施例提供的煙霧測量儀電路圖。

圖8是本實用新型實施例提供的門監(jiān)控系統(tǒng)電路圖。

圖9是本實用新型實施例提供的蜂鳴器電路圖。

圖10是本實用新型實施例提供的振動傳感檢測電路圖。

圖11是本實用新型實施例提供的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。

圖中：1、傳感器；2、單片機(jī)；3、射頻收發(fā)器；4、ZigBee模塊；5、服務(wù)器。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本實用新型的

技術(shù)實現(xiàn)要素：
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下。

請參閱圖1至圖11：

一種基于ZigBee技術(shù)的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，包括傳感器1、單片機(jī)2、射頻收發(fā)器3、ZigBee模塊4、服務(wù)器5。

所述傳感器1與所述單片機(jī)2連接，所述單片機(jī)2與所述射頻收發(fā)器3連接，所述射頻收發(fā)器3通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述ZigBee模塊4連接，所述ZigBee模塊4與所述服務(wù)器5連接。

所述傳感器1包括電壓測量器、電流測量器、溫濕度測量器、噪聲測量儀、煙霧測量儀、振動傳感檢測器、門控監(jiān)控器。

所述單片機(jī)2用于將傳感器收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給射頻收發(fā)器。

所述射頻收發(fā)器3用于將經(jīng)單片機(jī)2處理后的數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給ZigBee模塊4；

所述ZigBee模塊4用于將接收到的傳感數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳送給服務(wù)器5。

(1)電壓測量原理及其電路

采用純電阻分壓采樣。用一個4.3M的電阻與RES1(200K)滑動變阻器串聯(lián)，在滑動變阻器兩端采樣，面加一級電壓跟隨，與前一級隔離，由于采樣電壓是雙極性的，本實用新型采用的ADC0809是單極性的需要將電壓進(jìn)行提升。采用LM317穩(wěn)壓器件通過滑動變阻器RES2進(jìn)行調(diào)節(jié)使輸出波形為單極性。電壓跟隨后產(chǎn)生的雙極性信號與LM317產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓經(jīng)第二片OP07后輸出波形就是單極性信號，為了使電壓過高也能采到值，把220V交流電，分壓到4.5V。這樣能采到的電壓值可以在250左右，電路圖如圖2。

(2)電流測量原理及其電路

電流測量器主要與電壓結(jié)合起來對用電功率進(jìn)行檢測，把電壓采集與電流采集做在一塊板上的，電路圖的“L”端與電壓采集模塊“L”端相連，為220V交流電的輸入。220V另一輸入與地相連?！癛7”電阻與“C3”電容串聯(lián)后，在與用電設(shè)備并聯(lián)。這里“R7”與“C3”起了一個簡單的濾除高頻成分。“T”為電流互感器，經(jīng)互感器后的電流也是雙極性的，與電壓一樣也需加一個電流提升。變?yōu)閱螛O性再由ADC采集。電路圖如圖3。

(3)電壓、電流采電路介紹

電壓、電流以及煙霧濃度模擬信號都是通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號采樣量化再傳輸?shù)紸VR在進(jìn)行處理的。ADC_A0-ADC_A2為8路通道的地址信號，ADC_ALE為地址鎖存信號，ADC_D0～D7為轉(zhuǎn)換后的結(jié)果輸出數(shù)據(jù)總線，ADC_Start為ADC開始轉(zhuǎn)換信號，ADC_OVER為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。ADC_EN為輸出使能信號，ADC需外加時鐘由ADC_clk輸入。以上引腳全部接入到AVR的IO口上，由AVR控制ADC0809的時序。ADC第一路模擬信號接220V交流電采集信號；第二路接220V電流采集信號。第三路接煙霧采集信號。電路圖如圖4。

(4)溫濕度傳感器DHT11

DHT11相對濕度和溫度測量全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出超長的信號傳輸距離超低能耗，4引腳安裝。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零.操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位，電路如圖5。該電路很簡單傳感器有4個引腳，只有3個引腳有用。一個接VCC，一個接GND，還有一個是數(shù)據(jù)總線。外接一個10K的上拉電阻，再接一個1K的電阻就可以和微處理器的IO口相接了。

溫濕度傳感器DHT11設(shè)計原理：

由于是單總線，在設(shè)計中首先將單總線拉低20ms，再置高，過50us檢測總線是否有應(yīng)答信號(總線被拉低)。檢測到后在等待數(shù)據(jù)線再被拉高大約80us，再被值低，在數(shù)據(jù)線再次產(chǎn)生上升沿開始計時，在數(shù)據(jù)線被拉低后結(jié)束計時，通過上升沿時間判斷為0，或為1.總共可讀出40個數(shù)據(jù)。前16位為濕度，后16位為溫度，最后8位為校驗碼。校驗合格后寫入寄存器。等待CPU的讀取。讀完一次數(shù)據(jù)后需經(jīng)過1秒鐘后，再次讀取。整個周期大約1.08秒。每個1.08秒會更新一次數(shù)據(jù)。

(5)噪聲測量原理介紹

噪聲監(jiān)測模塊主要用于監(jiān)測機(jī)房內(nèi)是否有高分貝的聲音，用于判斷是否有小偷的闖入。如果有小偷的在機(jī)房對機(jī)房的門進(jìn)行敲擊，或進(jìn)入后說話，敲打機(jī)房內(nèi)里面的機(jī)柜等發(fā)出聲響。都會監(jiān)測到，并將有效信號傳入AVR。再由AVR控制聲音播放模塊發(fā)出聲音提示。該電路由“SOUND”麥克風(fēng)采集聲音通過“C1”電容簡單的濾波，再由“OP07”對聲音放大，放大倍數(shù)由“R9”滑動變阻器調(diào)節(jié)，再經(jīng)另一片OP07進(jìn)行比較輸出，后面這片“OP07”用作比較器的參考電壓由“R11”滑動變阻器調(diào)節(jié)。這里相當(dāng)于一個門限值，一般情況下不會超過這個門限，在引腳“SOUND”輸出為低電平，若超過這個門限值認(rèn)為有人闖入，“SOUND”輸出為高電平?！癝OUND”引腳與AVR的一個IO相連，再由AVR根據(jù)監(jiān)測到的信號做相應(yīng)的處理。電路圖如圖6。

(6)煙霧測量的原理

煙霧傳感器主要用于檢測機(jī)房內(nèi)可燃性氣體的濃度，防止火災(zāi)的發(fā)生。MQ-2的簡單電路，調(diào)節(jié)R3來改變MQ-2的分辨率。由于MQ-2產(chǎn)生的是模擬信號，需經(jīng)AD采樣再送入AVR。這里MQ-2連接到ADC0809的第3路輸入端。電路圖如圖7。

(7)門控電路

門監(jiān)控系統(tǒng)主要用于防止非工作人員的進(jìn)入。對門的控制：通過AVR的一個IO引腳與該模塊的“DOOR”引腳相連來控制4N25光耦隔器件的導(dǎo)通和關(guān)閉。原打算用電磁閥來控制的們的開關(guān)。由于門鎖在關(guān)閉的情況下需很大的力才能打開，這樣需要很大的電磁閥。由于體積原因這里采用發(fā)光二極管來代替電磁閥和門鎖的狀態(tài)。4N25光耦隔器件在這里主要是隔離電磁閥在開和關(guān)時，帶來的強(qiáng)大反電動勢。防止AVR被燒壞。對門的狀態(tài)的檢測：通過AVR的一個IO與該模塊的“HT130”引腳相連來控制檢測HT130紅外對管的接受端與發(fā)送端是否有障礙物。這里當(dāng)HT130紅外對管U形槽有障礙物時，認(rèn)為門是開啟的，無障礙物時認(rèn)為是關(guān)閉的，一次來判斷門的狀態(tài)的開關(guān)。電路圖如圖8。

(8)蜂鳴器

蜂鳴器電路主要是對整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在現(xiàn)場起一個提示報警作用。例如溫度和濕度過高不適用機(jī)房儀器設(shè)備的工作時。通過AVR的另一個引腳與該模塊的“BUZZER”引腳相連來控制蜂鳴器的發(fā)聲。該電路主要是通過一個三極管來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。電路圖如圖9。

(9)震動傳感器檢測電路介紹

震動傳感器檢測模塊主要用于非工作人員入侵機(jī)房的檢測，該傳感器主要用在空調(diào)的戶外機(jī)和一些設(shè)備上。圖中“ZD”腳與AVR的一個IO連接，當(dāng)空調(diào)的戶外機(jī)遭到非法震動。就會在“ZD”腳上會產(chǎn)生一個下降沿。在AVR上通過讀取這個引腳的點平變化就可以知道是否有震動產(chǎn)生。電路圖如圖10。

(10)AVR最小系統(tǒng)

單片機(jī)采用AVR單片機(jī)，控制芯片為ATMEGA128L-3，外圍電路很簡單。有兩個晶振Y1為7.3728M，Y2為32768Hz。再就是電源管理模塊，外接電源為5V，AS1117-3.3為穩(wěn)壓芯片。提供ARV3.3V電源。最小系統(tǒng)就可以跑起來了ATMEGA128L自身有個SIP串行數(shù)據(jù)接口，正好可以和CC2420進(jìn)行通訊，有利于編寫程序。還有一個ISP下載端口，用于程序的下載調(diào)試。另外還有3個LED燈，用于程序運行時觀察運行的狀態(tài)。MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片，用于串口通訊。在就是其他的IO口，用于與其他傳感器相連，PA3-PA5是ADC的地址選擇端口，PA6是ADC的輸出使能端口，PA7是ADC的ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端口，PC0-PC7為ADC的8位數(shù)據(jù)端口，PD0為溫濕度采集端口，PD1為噪聲采集端口，PD2為門的控制端口，PD3為震動傳感器信號端口，PD4為門的狀態(tài)采集端口，PD5為蜂鳴器的控制端口，PD6為ADC的轉(zhuǎn)換啟動信號，PE0和PE1為串口的通訊的數(shù)據(jù)收發(fā)端口，PE7為ADC提供轉(zhuǎn)換時鐘，這幾個就是和外圍傳感器的接口，電路圖如圖11。

與上位機(jī)通訊采用RS232串口通訊。為了避免在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊時，多個節(jié)點同時給協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)是發(fā)生沖突。協(xié)調(diào)器與節(jié)點通訊采用查詢方式通訊。這樣就只有一個主設(shè)備，其他的從設(shè)備都是被動的工作。協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)發(fā)送又是由上位機(jī)控制的。這樣所有的主動權(quán)就全部給到了上位機(jī)，上位機(jī)什么時候發(fā)數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器時候給節(jié)點發(fā)數(shù)據(jù)。節(jié)點什么時候收到數(shù)據(jù)后就會采集傳感器的數(shù)據(jù)或根據(jù)不同的命令來控制相應(yīng)的設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的動作。這樣就解決了上位機(jī)與ZigBee模塊的通訊問題。

當(dāng)節(jié)點接受的協(xié)調(diào)器發(fā)來的請求消息時，就會采集溫濕度，噪聲，煙霧濃度，震動傳感器和電壓，電流現(xiàn)在的工作狀態(tài)。然后將采集到的數(shù)據(jù)打包再通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。在采集這些數(shù)據(jù)時可能會花一定的時間，所以上位機(jī)不能發(fā)送一條采集指令后立即再發(fā)送第二條指令，這時節(jié)點正在采集傳感器信息。不會理會協(xié)調(diào)器發(fā)來的消息。但是該消息還是會被CC2420接受只是會在處理器采集完后去響應(yīng)。如果這樣的話，有些傳感器如溫濕度它必須每隔1秒鐘響應(yīng)一次，這樣的的話采集到的數(shù)據(jù)肯定是不正確的。所以盡量避免這樣的操作，在節(jié)點相應(yīng)完后在做第二次查尋。

在ZigBee模塊調(diào)試時，可以通過串口發(fā)送信息通過一定的協(xié)議來設(shè)置協(xié)調(diào)器(或節(jié)點)的地址或查詢協(xié)調(diào)器(或節(jié)點)的地址。

機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的首要任務(wù)是收集機(jī)房內(nèi)的各傳感器探測得到的環(huán)境參數(shù)，機(jī)房中安裝上溫度、煙感、火警探頭并將這些探頭探測出的數(shù)據(jù)通過AVR單片機(jī)進(jìn)行采集處理再由AVR控制CC2420將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脚c服務(wù)器相連的ZigBee模塊上，再通過已經(jīng)建設(shè)好的有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，將這些信息傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控點供管理者查看，這不僅避免了維護(hù)人員的奔波之苦，更提高了機(jī)房管理的效率，杜絕安全事故的發(fā)生。

利用本實用新型所述的技術(shù)方案，或本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型技術(shù)方案的啟發(fā)下，設(shè)計出類似的技術(shù)方案，而達(dá)到上述技術(shù)效果的，均是落入本實用新型的保護(hù)范圍。