物聯網智能機房系統設計與實現

摘要：簡述了實現智能機房系統所用的主要技術、設計方法和功能實現，包括通信協議設計、硬件電路設計和軟件設計。系統功能包括控制、檢測和無線通信等，實現了機房電器的控制、環境物理量的檢測、機房安全的防范及通信等功能。同時增加了可無線遙控的智能小車，其上添加各種傳感器，實現傳感器的移動檢測，增加了檢測的靈活性。通過互聯網遙控機房，從而實現遠程控制。經系統測試功能均實現。
關鍵詞：物聯網；智能機房；無線通信；智能小車

自2009年8月溫家寶總理在無錫市提出“感知中國”以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，寫入了“政府工作報告”。物聯網在中國受到了全社會極大的關注，其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。智能機房的發展與成熟，將會極大的提高機房管理的便捷性和可靠性。
文中簡述了系統實現所需的主要技術、設計方法和功能實現。其中主要包括通信協議的設計、硬件電路設計和軟件設計方法，最終實現智能機房的遠程控制，例如遠程監測室內的溫濕度、遠程接收人體入侵報警、遠程控制電燈的開關，以及對無線遙控小車的控制等功能。

1 系統總體設計
1．1 系統概述
當今智能機房系統包含的功能十分豐富，但還沒有形成統一的標準。智能機房按照功能，主要包含以下幾方面：機房網絡系統、總控制管理系統、照明控制系統、機房安防系統、及機房環境監測系統等。
該論文從具體功能實現的技術層面，討論了以下幾個系統：環境物理量檢測系統，安防系統，照明控制系統。
1．2 設計要求
為了便于系統的擴展和改造，將以模塊化的方式實現需要的功能，每個模塊負責一個或者幾個類似的功能實現。所有模塊之間使用無線方式通信，每個模塊都要有各自的主控MCU、電源和具體實現功能的部件。
由于網關沒有無線功能，系統中設置了一個模塊負責通信中繼，通信中繼包含兩方面：與各個功能模塊的通信；與網關的通信。該模塊主要是通過網關接收上位機的控制命令，傳送給相應執行模塊；或者接收各個模塊的信息，傳送給上位機。
為了擴大環境物理量的檢測范圍，增加一個可自主移動的平臺一無線遙控小車，在該平臺上可安裝傳感器或者無線攝像頭。同時為了增加系統的可操作性，體現以人為本的設計理念，該系統還需增加一個特別的模塊一遙控終端，該模塊負責顯示該系統的所有信息，并且可以控制其他的功能模塊。
1．3 系統功能劃分
整個系統實現的功能有：環境物理量檢測，選擇常見的溫度、濕度；安防，選擇有代表性的人體入侵檢測；照明控制，控制電燈的開關；移動平臺，選擇可無線遙控的小車。
為了節省資源，將溫度、濕度和人體入侵檢測3個功能放人1個模塊中實現。電燈開關的控制由1個模塊實現。綜上所述，系統一共需要5個模塊，分別是：通信中繼模塊、遙控終端模塊、溫濕度及人體入侵檢測模塊、電燈控制模塊，以及無線遙控小車。系統的組織架構如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 基礎模塊
5大功能模塊是建立在基礎模塊之上的，每個模塊都是通過擴展基礎模塊來實現具體功能的。基礎模塊包括MCU最小系統、無線通信模塊和電源模塊。
1)MCU最小系統
MCU即單片機，是每個模塊系統的核心，主要負責各種信息的處理和對各種外圍設備的控制，所以選擇一款合適的MCU是整個系統功能實現的關鍵所在。該設計以市面上最常見也最通用的51單片機做為主控MCU。為了讓系統有更大的擴展空間，應選擇一款外設功能多樣的51單片機。經過實際調查和對比，選中型號為STC12C5A60S2單片機為本設計中所有模塊的主控單片機。
STC12C5A60S2單片機外設比較豐富，包括2個全雙工異步串行通信(UART)接口，2路脈沖寬度調制(PWM)輸出，一個同步串行外圍通信(SP I)接口，8路10位精度的A／D轉換等，并且該單片機支持通過異步串行接口編程，這些功能都極大了簡化了系統的開發和設計。

圖2為STC12C5A60S2單片機的最小系統，該系統包含如下幾個部分：
①外部晶振電路
因為要使用異步串行通信，所以選擇11．0592MHZ的晶振作為外部的時鐘源，這樣能保證異步串行通信的正確性。
②復位電路
復位電路包括上電復位和按鍵復位兩部分。其中，上電復位是系統剛開啟時復位單片機的；按鍵復位是在系統運行出現異常時，用于手動復位單片機。
③電源濾波電路
電源濾波電路由兩個濾波電容組成，是有效防止電源波紋對單片機干擾的手段。