物联网智能机房系统设计与实现

摘要：简述了实现智能机房系统所用的主要技术、设计方法和功能实现，包括通信协议设计、硬件电路设计和软件设计。系统功能包括控制、检测和无线通信等，实现了机房电器的控制、环境物理量的检测、机房安全的防范及通信等功能。同时增加了可无线遥控的智能小车，其上添加各种传感器，实现传感器的移动检测，增加了检测的灵活性。通过互联网遥控机房，从而实现远程控制。经系统测试功能均实现。
关键词：物联网；智能机房；无线通信；智能小车

自2009年8月温家宝总理在无锡市提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入了“政府工作报告”。物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。智能机房的发展与成熟，将会极大的提高机房管理的便捷性和可靠性。
文中简述了系统实现所需的主要技术、设计方法和功能实现。其中主要包括通信协议的设计、硬件电路设计和软件设计方法，最终实现智能机房的远程控制，例如远程监测室内的温湿度、远程接收人体入侵报警、远程控制电灯的开关，以及对无线遥控小车的控制等功能。

1 系统总体设计
1．1 系统概述
当今智能机房系统包含的功能十分丰富，但还没有形成统一的标准。智能机房按照功能，主要包含以下几方面：机房网络系统、总控制管理系统、照明控制系统、机房安防系统、及机房环境监测系统等。
该论文从具体功能实现的技术层面，讨论了以下几个系统：环境物理量检测系统，安防系统，照明控制系统。
1．2 设计要求
为了便于系统的扩展和改造，将以模块化的方式实现需要的功能，每个模块负责一个或者几个类似的功能实现。所有模块之间使用无线方式通信，每个模块都要有各自的主控MCU、电源和具体实现功能的部件。
由于网关没有无线功能，系统中设置了一个模块负责通信中继，通信中继包含两方面：与各个功能模块的通信；与网关的通信。该模块主要是通过网关接收上位机的控制命令，传送给相应执行模块；或者接收各个模块的信息，传送给上位机。
为了扩大环境物理量的检测范围，增加一个可自主移动的平台一无线遥控小车，在该平台上可安装传感器或者无线摄像头。同时为了增加系统的可操作性，体现以人为本的设计理念，该系统还需增加一个特别的模块一遥控终端，该模块负责显示该系统的所有信息，并且可以控制其他的功能模块。
1．3 系统功能划分
整个系统实现的功能有：环境物理量检测，选择常见的温度、湿度；安防，选择有代表性的人体入侵检测；照明控制，控制电灯的开关；移动平台，选择可无线遥控的小车。
为了节省资源，将温度、湿度和人体入侵检测3个功能放人1个模块中实现。电灯开关的控制由1个模块实现。综上所述，系统一共需要5个模块，分别是：通信中继模块、遥控终端模块、温湿度及人体入侵检测模块、电灯控制模块，以及无线遥控小车。系统的组织架构如图1所示。

2 硬件设计
2．1 基础模块
5大功能模块是建立在基础模块之上的，每个模块都是通过扩展基础模块来实现具体功能的。基础模块包括MCU最小系统、无线通信模块和电源模块。
1)MCU最小系统
MCU即单片机，是每个模块系统的核心，主要负责各种信息的处理和对各种外围设备的控制，所以选择一款合适的MCU是整个系统功能实现的关键所在。该设计以市面上最常见也最通用的51单片机做为主控MCU。为了让系统有更大的扩展空间，应选择一款外设功能多样的51单片机。经过实际调查和对比，选中型号为STC12C5A60S2单片机为本设计中所有模块的主控单片机。
STC12C5A60S2单片机外设比较丰富，包括2个全双工异步串行通信(UART)接口，2路脉冲宽度调制(PWM)输出，一个同步串行外围通信(SP I)接口，8路10位精度的A／D转换等，并且该单片机支持通过异步串行接口编程，这些功能都极大了简化了系统的开发和设计。

图2为STC12C5A60S2单片机的最小系统，该系统包含如下几个部分：
①外部晶振电路
因为要使用异步串行通信，所以选择11．0592MHZ的晶振作为外部的时钟源，这样能保证异步串行通信的正确性。
②复位电路
复位电路包括上电复位和按键复位两部分。其中，上电复位是系统刚开启时复位单片机的；按键复位是在系统运行出现异常时，用于手动复位单片机。
③电源滤波电路
电源滤波电路由两个滤波电容组成，是有效防止电源波纹对单片机干扰的手段。