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机房安全监测报警系统设计与实现 学位论文完成日期：兰! ! ! 墨垒目! 二璺 指导教师签字：砻；娃 答辩委员会成员签字： 盘垒墨 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果二据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 逵! 翅塑直基丝霞要犍别 岂盟鲍：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 9 日签字日期：) o f 。年今月1 8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：伽口耳 知b 单碉妈贫 翩签字匆甚袅 签字日期：力o 年多月 g 日 签字日期：年月日 机房安全监测报警系统设计与实现 摘要 随着网络、通信和计算机系统的大规模应用和发展，作为其核心的机房的安 全问题变得越来越重要。机房安全涉及不同厂商的多种动力、环境设备，没有统 一的监测报警平台为机房安全监控带来了困难。本文运用现代软件工程的思想， 结合机房实际的硬件环境，在总结多个监测系统开发经验的基础上，设计并实现 了机房安全监测报警系统。 该系统采用开放性设计，能够兼容使用各种通讯接口的设备和通讯协议标 准，通过统一的简单易用的图形用户界面，用户可以随时随地监控机房内的任何 一个设备。多样的报警方式、迅捷的报警提高了对突发事件的快速反应能力，减 少了事故带来的危害和损失。系统主要分为三个模块：数据采集、数据存储显示 和实时报警，采用多线程机制，提高了c p u 利用率和用户响应速度。 1 ) 数据采集模块涉及不同的设备、通讯接口，系统采用x m l 文件作为存储 硬件信息的参数库，提高了系统的可扩展性。系统首先分析了数据的不同表示形 式和它们之间的相互转换，介绍了主要的通讯协议标准。其次对数据采集流程进 行了合理的设计，不仅实现了数据的实时采集，而且使采集过程可控制。最后介 绍了e t h e r n e t 、串口、g p i b 通讯方式的j a v a 实现。 2 ) 数据存储显示模块设计并实现了环形缓冲区，避免了频繁的数据库操作， 采用a j a x 技术实现了数据的实时显示，提升了用户体验。 3 ) 实时报警模块设计了手机报警、邮件报警和网页报警三种方式，能够将 报警及时通知用户。根据g s mm o d e m 硬件的特点设计了通信协议，能够完成向指 定号码发短信、打电话功能。系统用j a v am a i l 实现了邮件报警功能，用a j a x 完成了页面报警功能。 经过一个月的测试，系统的稳定性和实时性得到了验证。该系统已经应用到 某电视台机房中，取得了一定的经济效益和社会效益。 关键词：机房安全；监测报警；a j a x n d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fm o n i t o r i n ga n da l a r m i n g s y s t e mf o re n g i n er o o ms e c u r i t y a b s t r a c t w i t ht h el a r g e s c a l ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fn e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o n a n dc o m p u t e rs y s t e m s ，t h ee n g i n er o o m s e c u r i t yi s s u e sb e c o m ei n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t r o o ms e c u r i t yi n v o l v e sav a r i e t yo fd i f f e r e n tp o w e ra n de n v i r o n m e n t a le q u i p m e n t s w i t h o u tu n i f i e ds e c u r i t y m o n i t o r i n ga n da l a r m i n gp l a t f o r mf o r t h ee n g i n er o o m c a u s e dp r o b l e m s i nt h i sp a p e r , c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a lh a r d w a r ee n v i r o n m e n t ， s u m m i n gu pt h ee x p e r i e n c eo fm o n i t o r i n gs y s t e m sd e v e l o p m e n t ，t h ea u t h o rd e s i g n s a n di m p l e m e n t st h em o n i t o r i n ga n d a l a r m i n gs y s t e mf o re n g i n er o o ms e c u r i t y a c c o r d i n gt ot h ei d e ao fm o d e ms o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h es y s t e ma d o p t sa no p e nd e s i g nt h a ti s c o m p a t i b l ew i t he q u i p m e n t su s i n g v a r i o u sc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e sa n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a n d a r d s c u s t o m e r s c a nm o n i t o ra n yd e v i c ee q u i p m e n tt h r o u g hau n i f i e dg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e v a r i o u s a l a r mm o d e sa n df a s ta l a r m i n gr a i s e st h ea b i l i t yo fr e s p o n dt oi n c i d e n t s ，r e d u c e s d a m a g ea n dl o s sc a u s e db ya c c i d e n t s t h es y s t e mc o n s i s t so ft h r e em o d u l e s ：d a t a a c q u i s i t i o n ，d a t as t o r a g e ，d i s p l a ya n dr e a l - t i m ea l a r m ，a n dt h e m u l t i t h r e a d i n g t e c h n o l o g yi m p r o v ec p uu t i l i z a t i o na n du s e rr e s p o n s et i m e 1 ) d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e i n v o l v e sd i f f e r e n t e q u i p m e n t ，c o m m u n i c a t i o n i n t e r f a c e s ，a n di no r d e rt oi m p r o v et h es y s t e ms c a l a b i l i t y , t h es y s t e mu s e sx m lf i l e s a st h ep a r a m e t e rl i b r a r yt os t o r et h eh a r d w a r ei n f o r m a t i o n s y s t e mf i r s t a n a l y z e s d i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i o n so fd a t aa n dc o n v e r s i o nb e t w e e nt h e m ，a n di n t r o d u c e st h e m a i nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a n d a r d s s e c o n d ，t h ed a t ac o l l e c t i o n p r o c e s si s r e a s o n a b l yd e s i g n e dn o to n l yt oa c h i e v er e a l t i m ed a t ac o l l e c t i o n ，b u ta l s oc a nc o n t r o l t h ec o l l e c t i o np r o c e s s f i n a l l y , t h es y s t e mi n t r o d u c e st h ej a v ai m p l e m e n t a t i o no f c o m m u n i c a t i o n ，s u c ha se t h e m e t ，s e r i a l ，g p i be r e 2 ) i nd a t as t o r a g ea n dd i s p l a ym o d u l e ，t h ea u t h o rd e s i g n sar i n gb u f f e rt oa v o i d f r e q u e n td a t a b a s eo p e r a t i o n s ，a d o p t sa j a xt e c h n o l o g yt oa c h i e v e sr e a l t i m ed a t a 1 1 1 d i s p l a yt oe n h a n c e t h eu s e re x p e r i e n c e 3 ) i nr e a l t i m ea l a r mm o d u l e s ，t h ea u t h o rd e s i g n sp h o n ea l a r m ，e m a i la l a r ma n d w e bp a g ea l a r mt op r o m p t l yn o t i f yt h et a r g e t e dc u s t o m e r s t h es y s t e md e s i g n sa c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lt os e n dt e x tm e s s a g e sa n dc a l lc u s t o m e r sa c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fg s mm o d e mh a r d w a r e s y s t e mi m p l e m e n t se m a i la l a r mw i t hj a v a m a i l ，i m p l e m e n t sw e bp a g ea l a r m 埘t l la j a x a t t e ram o n t ho ft e s t i n g ，s y s t e ms t a b i l i t ya n dr e a l t i m eh a sb e e nv e r i f i e d t h e s y s t e mh a sb e e na p p l i e dt oat vr o o ma n dh a sm a d es o m ee c o n o m i ca n ds o c i a l b e n e f i t s k e yw o r d s ：e q u i p m e n tr o o ms e c u r i t y ；m o n i t o r i n ga n da l a r m i n g ；a j a x i v 目录 1 绪 仑1 1 1 机房安全监测报警系统的应用背景和意义1 1 2 本文的研究内容及组织结构2 2 需求分析3 2 1 机房安全的内涵3 2 2 机房安全的硬件环境4 2 2 1 传感器4 2 2 2 智能仪表5 2 2 3 通讯接口一7 3 系统概要设计1 0 3 1 系统设计原则。1 0 3 - 2 硬件设计l o 3 2 1 硬件总体设计方案1 0 3 2 2 数据采集器k w - l 8 0 0 0 1 l 3 3 软件功能设计13 3 4 数据库设计15 3 4 1 表结构设计1 5 3 4 2 j d b c 18 3 4 3 数据库连接池设计1 9 3 5 系统开发环境2 1 4 系统的详细设计与实现一2 2 4 1 系统参数库设计2 3 4 1 1 系统参数的x m l 表示：2 3 4 1 2 系统参数的读取与更改2 4 4 1 3 参数加密2 5 4 2 数据采集2 6 4 2 1 数据的表示与转换2 6 v 4 2 2 通信协议分析2 9 4 2 3 数据采集流程3l 4 2 4 主要通讯接口数据采集实现3 3 4 3 数据存储与显示3 5 4 3 1 数据缓冲区3 5 4 3 2 数据实时显示3 7 4 4 页面报警3 9 4 5 手机报警4 0 4 5 1g s mm o d e m 简介4 0 4 5 2g s mm o d e m 通信协议- 一4 1 4 6 邮件报警4 3 4 6 1s m t p 服务4 3 4 6 2j a v a m a i l 。4 3 4 7 智能仪表故障判断及处理4 5 4 8 使用的关键技术4 5 4 8 1 全局s e r v l e t 4 5 4 8 2 多线程4 6 5 系统测试与应用4 8 5 1 系统测试4 8 5 2 系统应用一5 l 6 总结与展望5 2 参考文献：5 3 致谢5 5 个人简历5 6 发表的学术论文5 6 v l 机房安全临测报警系统殴计与实现 1 绪论 1 1 机房安全监测报警系统的应用背景和意义 随着信息时代的迅猛发展，计算机系统的数量和规模与日俱增，功能日趋复 杂。计算机机房已成为各企事业单位的重要组成部分，在日常生产和管理中发挥 着举足轻重的作用。大型计算机机房内不仅有各种数据处理、存储和网络传输设 备，还有u p s 不间断电源、精密空调、机房电源等配套设备，各种设备要求2 4 小时不问断运行，它们为计算机系统的正常运行提供必要的可靠的保障。一旦这 些设备出现故障，就会影响企事业单位的正常运营，造成严重后果。对于银行、 证券、邮局、海关、i d c ( i n t e m e t 数据中心) 等单位，机房安全更为重要，一旦 计算机系统出现故障，造成的损失是不可估量的【1 1 。 为保证机房安全，国家在2 0 0 8 年颁布实施了电子信息系统机房设计规范， 规范中对机房的温度、湿度、用电负荷等级及供电要求、安全防范、消防等 方面都做了严格的规定【2 】。很多机房不得不采取2 4 小时专人值班，定时对设备 进行巡查的方式维护机房，但是这种方式存在着多种问题和隐患。如人力资源的 浪费、长时间重复劳动导致容易疏忽、值班人员专业技能水平不足以排除故障等， 而且发生故障时也不能及时报警，事故追忆、故障分析只能依靠经验和推断，缺 乏科学性。 随着计算机技术、传感技术和通讯技术的迅猛发展，对机房安全要素进行无 人智能监控成为可能。设备携带的精密传感器能够感知电力参数和温湿度信号， 通过对信号进行处理可以得到精确的数据，将数据通过智能接口传输到监控主 机。设备厂商一般会提供专用软件对设备进行监控。但是对于大型机房来说，由 于其采用的设备种类繁多，涉及不同的厂家，每一家设备生产商都只提供本厂设 备的监控软件，将这些软件拼凑起来作为机房的监控系统显然是不合适的。为此 多数厂家向用户开放设备的通讯协议，以便进行二次开发，通讯协议也不断标准 化，出现了行业内通用的通讯协议。这样就使建立涵盖所有设备的统一的机房安 全监测报警系统成为可能【3 】。 本文在对机房安全做出具体分析的基础上，实现了基于w e b 的机房安全监 机房安全监测报警系统设计与实现 测报警系统，完成了对机房内设备和环境的安全监测报警。系统采用开放式设计， 不仅涵盖了u p s 、精密空调、电力仪表、发电机、稳压电源等设备以及各种传感 器，而且方便进行扩展，添加其他智能设备。通过该系统，值班人员可以随时随 地监控机房内的任何一个设备，获取所需要的实时和历史信息，进行高效的全局 管理，节省了人力，降低了值班人员的劳动强度，同时迅捷的报警、多样的报警 方式提高了对突发事件的快速反应能力，减少了事故带来的危害和损失，使机房 安全管理步入了一个新阶段。 1 2 本文的研究内容及组织结构 第一章，论述了机房安全监测报警系统的应用背景和意义。 第二章，给出了系统的需求分析，分析了机房安全的内涵和硬件环境。 第三章，在设计原则的指导下，从系统硬件、软件功能、数据库三方面进行 了概要设计。 第四章，介绍了系统各个功能的详细设计以及实现用到的关键技术。 第五章，阐述了系统的测试方法和测试步骤，介绍了系统在实际机房的应用 情况。 第六章，对本文所做的工作进行了总结，分析了系统在技术上可以进一步完 善的方向，对系统的前景进行了展望。 2 机房安全监测报警系统设计与实现 2 需求分析 2 1 机房安全的内涵 机房安全主要包含四个部分：供配电系统安全、环境安全、保安系统安全和 消防安全。供配电系统包括的设备有配电柜、u p s 、直流电源、发电机组等；环 境系统包括的设备有精密空调、温湿度传感器、漏水传感器等；保安系统的设备 包括门禁、红外传感器等；消防设备包括烟感、火焰传感器等，如图2 1 所示。 任何一方面出现问题，都会影响机房内设备的安全运行【4 l 。 对于供配电安全，要实时监测配电柜上的相电压、相电流、相功率、频率、 功率因数、总功率等电量参数；实时监视u p s 整流器、逆变器、电池、旁路负载 等各部分的运行状态和参数，全面诊断u p s 运行状态；实时监测直流电源状态参 数，如输入电压、电流；输出电压、电流等：实时监测发电机上的相电压、相电 流、相功率、频率、功率因数、水位、油位、转速等参数。 对于环境安全，要实时、全面地诊断精密空调的运行状态，对每台空调的压 缩机、滤网、风机、加热器、加湿器、去湿器、通风装置等部件的运行状态和参 数进行监测；全面监测温湿度传感器信号，记录并显示室内的温湿度变化数值； 在机房内精密空调的地板周围敷设漏水传感器，根据电极浸水阻值变化原理，由 专用集成芯片进行信号放大、整形、比较、输出继电器信号，获取漏水状态信号。 对于保安系统，在机房门口处吊项下安装红外传感器，在门上安装门禁传感 器，定时布防撤防，当有人入侵机房时红外和门禁传感器发出报警信号。 对于消防系统，在机房吊顶下安装烟感、火焰传感器，获取火焰状态信号。 使用智能识别算法对烟感、火焰传感器信号进行判断，发出火灾报警。如有紧急 情况值班员也可通过按动紧急按钮报警。 在出现意外的情况下，要及时发出报警，告知相关人员进行处理。报警方式 应当多样化，用户可以根据实际情况选择合适的报警方式。对于值班人员，可以 弹出相应的报警界面，同时在监控室发出声光报警，对于不在现场的其他人员， 可以用语音方式自动拨打相关人员电话或将报警内容以短信的方式发送至手机 上。 要对所有的安全要素实行统一监控，相关设备必须具有智能通讯接口，比如 机房安全监测报警系统设计与实现 r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、e t h e m e t 等。如果该设备不提供通讯接口，可以对其相应的改造。 有些设备如u p s 、直流电源、发电机、精密空调等，白带有监测软件，但是由于 厂商不同，监测软件各自为政，无法提供统一的监测报警平台。本文的目标是将 所有环境和动力设备的信息集成到一个平台之下，通过统一的简单易用的图形用 户界面，提供监测报警服务。 2 2 机房安全的硬件环境 2 2 1 传感器 图2 1 机房安全内涵 国家标准( g b t7 6 6 5 2 0 0 5 ) 对传感器的定义是：能够感受规定的被测量并 按照一定的规律转换为可用于输出信号的器件或装置【5 1 。 传感器技术代表了现代科技的前沿，涉及多门学科和技术，包括测量学、微 电子学、光学、材料学、物理学、机械学、计算机科学。它广泛应用于日常生活、 传统产业、高新技术，能够测量的物理量包括热工量、电工量、物理量、生物量、 状态量、机械量、化学量等【6 j 。 传感器的发展呈现以下趋势： 1 ) 测量范围、精度、可靠性不断提高。 2 ) 向低能耗、微型化、智能化发展。 3 ) 向集成化、多功能发展。 在机房安全监测报警系统中，广泛使用了各种传感器，包括温度、湿度、漏 4 机房安全豁测报警系统设计与实现 水、烟感、红外、火焰等外接传感器。测量电工量的传感器是内置在u p s 、三相 电表、直流电源等设备中。 在实际项目中需要根据机房实际环境，合理选择外接传感器。使用的传感器 要具有高稳定性、高可靠性、低迟滞、快响应和良好的环境适应性，量程范围要 符合机房环境实际情况，为数据的快速、准确获取提供良好的支持。 温湿度传感器的工作温度范围1 0 - - + 6 0 ，湿度准确度为 3 r h ( 5 r h 9 5 r h ，2 5 c 条件下) ，温度准确度0 5 ( o - - 5 0 条件下) ，响应 时间小于1 5 秒( i m s 风速) ，长期稳定性：湿度 i r i - i 年，温度 o 1 * c 年。 点式漏水传感器工作的温度范围：2 0 - - 5 0 ，湿度范围2 0 - , - 1 0 0 r h ，报警时最 大输出电流小于4 0 m a ，无漏水时继电器触点常开，有漏水时继电器触点闭合。 烟雾传感器通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范，工作温度范围：0 至4 9 c ( 3 2 0 至1 2 0 0 f ) ，工作湿度范围：1 0 至9 3 r h ，报警浓度0 6 5 1 5 5 f t 。 红外传感器能够检测人体运动、非法入侵并报警。工作温度范围1 0 - - 5 0 ，最大 覆盖范围1 6 5 米。火焰传感器工作环境：相对湿度0 9 5 ，温度1 0 6 0 ， 测试敏感度2 0 d b m ( 或1 0 5 0 c m ) 。 2 2 2 智能仪表 智能仪表是含有微处理器的测量仪器，它是计算机技术与测量技术相结合的 产物。它通过传感器采集被测参量，对获得的信号进行处理，具有友好的人机接 口，并能进行控制输出和远程通信，其中信号处理是智能仪表的核心功能，如图 2 2 所示。智能仪表具有以下特点【7 1 ： 1 ) 性能优越。智能仪表具有强大的信号处理能力，能够实现多种自动补偿、 自动校正，提高测量精度。它还能够进行数据的存储、计算、逻辑判断以及自动 化操作。 2 ) 具有友好的人机接口。智能仪表可以图形化显示自身状态、采集数据， 可以通过内置打印机打印测量数据，进行灵活的控制输出。 3 ) 具有远程通讯接口，通过它可以将智能仪表进行互联，进行远程监测和 统一监测。 机房安全监测报警系统设计与实现 图2 2 智能仪表功能结构 根据传感器的位置，我们将智能仪表分为两类：一类是外接传感器的智能仪 表，它监测与传感器相连的设备数据，如图2 3 。一类是传感器内置的智能仪表， 它监测的是仪表自身或环境的数据，如图2 4 。对于具有信号采集处理功能和通 信功能的智能设备，如智能空调、u p s ，本文也将其列入智能仪表的范畴。 图2 3 外接传感器智能仪表 图2 4 内置传感器智能仪表 6 机房安令监测报警系统设计与实现 智能仪表经过了指针式仪表、数字式仪表、微机化仪器仪表、智能仪器仪表 的发展历程，目前正向高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的方 向发展。 2 2 3 通讯接口 数据通信功能是智能仪表必不可少的基本功能之一，对长期、连续、全自动 的智能仪表，通讯接口是实时获取采集数据的唯一途径。在机房监测报警系统中， 广泛使用的通讯接口是e t h e m e t 与串口。 e t h e r n e t 是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在 局域网( l a n ) 中采用的电缆类型和信号处理方法。e t h e m e t 联网设备之间以 1 0 m b p s - 1 0 0 m b p s 的速率传送信息包。e t h e m e t 安装连接简单，易于实现，使用 维护方便，是首选的网络解决方案【8 】。e t h e m e t 总线除了实现上位机与智能仪表 之间的相互通讯外，可以通过h u b 、集线器、交换机、路由器接入i n t e m e t ，组 成更庞大的监控网络。e t h e m e t 通过使用带r j 4 5 接口的网卡连接网络通信介质 与工作站，网卡的作用是将数据包转换成网络中的传输信号。r j 4 5 接口针脚信 号与功能如表2 1 所示。 表2 - 1r j 4 5 接口信号网络头引脚 针脚信号功能 1t x d a t a +发送数据 2 t x d a t a 发送数据 3r x d a t a +接收数据 4保留 电话接头 5保留 电话接头 6 r x d a t a 接收数据 7保留网络测试 8 保留网络测试 t c p i p 协议是e t h e m e t 网络的事实协议标准。它采用分层结构，分为网络 接口层、互联网络层、传输层、应用层。在数据采集通信中，主要使用传输层的 t c p 协议与u d p 协议。t c p 协议是面向连接的可靠数据传输协议，连接的建立 要经过三次握手。u d p 协议是不可靠的数据通信，在传输过程中不处理丢失、 7 机房安全监测报警系统设计与实现 出错和失序等意外情况，不保证发送的数据一定到达。因此应用层需要检查数据 是否正确、完整，出现问题，可以请求重新发送。u d p 协议简单、效率较高， 适合传输短信息。 串行接口主要是r s 2 3 2 4 8 5 ，其技术简单成熟，性能可靠，价格低廉，所要 求的软硬件环境或条件较低，广泛应用于计算机监控领域，遍及各种智能仪表和 智能设备。 r s 2 3 2 c ( 简称r s 2 3 2 ) 是在1 9 7 0 年由美国电子工业协会( e i a ) 联合贝尔系 统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准，现 己成为最常用的一种串行通信方式【9 】。r s 2 3 2 是一个全双工的通讯协议，它可以 同时进行数据接收和发送的工作，但是它的缺点也很明显，传输距离短，传输速 率低，只能实现l 对1 通讯。r s 2 3 2 的端口通常有两种：9 针( d b 9 ) 和2 5 针( d b 2 5 ) ， 针脚定义和功能如表2 2 所示。r s 2 3 2 常用的通讯方式是三线式，这种方式是将 两个r s 2 3 2 设备的发送端( t x d ) 和接收端( r x d ) 及接地端( g n d ) - f f 相连接，如图 2 5 所示。 表2 2d b 9 和d b 2 5 的常用针脚定义 对应针号 功能说明缩写 9 针串口 2 5 针串口 数据载波检测 d c d18 接收数据r x d 23 发送数据t x d 32 数据终端准备 d t r4 2 0 信号地g n d 57 数据准备好 d s r6 6 请求发送 r t s7 4 清除发送 c t s85 振铃指示r i92 2 r s - 4 8 5 是针对r s 2 3 2 的不足提出的新的通讯标准，已成为首选的串行通信 接口。它一般只需要连接两根线( i b 和d ( d ) 。它具有以下特点： 1 ) 半双工，数据传输速度更快，最高速率为1 0 m b p s ，最大传输距离达到 1 2 k m 。 8 机房安全j i 【测报警系统设计与实现 2 ) r s 4 8 5 接口在总线上允许连接多达1 2 8 个收发器，即具有多站能力。这 样用户可以利用r s 4 8 5 接口方便地建立拓扑简单的设备网络。 3 ) r s 4 8 5 接口具有良好的抗噪声干扰性。 图2 - 5r s 2 3 2 的三线式通讯连接 g p i b 最早由h p 提出，它比串口控制提高了传输速率和同时支持的设备总 数，现在已成为一种国际标准，在打印机上应用比较普遍。凡是配有g p i b 通讯 接口的仪器和计算机，不分生产国家、厂家，都可以借助一条无源电缆总线按积 木式互联，灵活组成各种不同用途的监测系统，完成复杂的任务【i o 】。u s b 接c i 可以通过u s bh u b 连接多个收发器，但是由于通信距离短，稳定性较差，很少 在监测项目特别是远程监测中使用。 9 机房安全监测报警系统设计与实现 3 系统概要设计 3 1 系统设计原则 结合机房安全监测的实际情况，设计方案应该遵循以下原则： 1 ) 符合软件工程思想，将系统性的、规范化的、可定量的方法应用于软件的 开发、运行和维护。 2 ) 符合行业需求。大型机房广泛应用于通信、有线电视、电力等行业，各行 业对机房安全都有不同的严格要求。 3 ) 安全性与可靠性。安全性不仅指机房能够安全运行，同时也包括采集数据 安全的安全，保证数据不会被泄露、篡改。可靠性指个别设备出现问题不会影响 整个系统的继续运行，即系统具有很好的容错性。 4 ) 开放性。开放性指系统是否易于扩展和移植，可以方便地向系统添加新设 备，可以在不同的操作系统平台、数据库之间移植。 5 ) 合理的性价比。设计时要根据机房的实际情况，在合理的价格下，设计出 最优的性能，在系统完成后，应以较低的成本、较少的人员维持系统运转。 3 2 硬件设计 3 2 1 硬件总体设计方案 对于机房内的大型设备，如u p s 、直流电源、智能空调等，虽然设备生产 商提供专用的软件系统来监控设备的运行，但是由于设备种类多、同类设备的厂 家、型号各不相同，而每一家设备生产商都只提供本厂设备的监控软件。 监测系统的一般性的解决方案是：由智能仪表收集环境数据或是设备本身数 据，通过现场总线传递给上位机监测软件，监测软件进行相关处型1 1 】。 智能仪表通过各种现场总线( r s 2 3 2 ，r s 4 8 5 ，g p i b ，e t h e m e t , u s b ) 与上位机 互联，如图3 1 所示。对于l 对l 的总线，如r s 2 3 2 ，上位机向智能仪表发送采 集数据命令，智能仪表接收并执行上位机的命令，将数据返回给上位机。对于1 对多的总线，连在同一总线上的相同型号的仪表由唯一的标识相互区别，比如 1 0 机房安全监测报警系统设计与实现 e t h e m e t 上通过i p 地址相互区别，r s 4 8 5 总线上通过地址相互区别【1 2 】。当通过 e t h e m e t 传送采集命令时，可以按照i p 地址m a c 地址找到对应的仪表。当通过 r s 4 8 5 总线传送命令时，命令在整个总线上广播，所有智能仪表都能接到采集命 令。当仪表接到采集命令后，如果采集命令中的地址与仪表本身的地址相同，则 执行命令，如果不同，将收到的命令丢弃。 图3 一l 智能仪表互联 3 2 2 数据采集器k w - l 8 0 0 0 系统采用北京昆仑海岸传感技术中心的l 孔w 8 0 0 0 系列数据采集器，它通 过模拟量和开关量来实时监测现场的设备运行情况和环境状况，其接口面板如图 3 2 所示。门禁、烟感、红外、水浸、火焰传感器都接入k l w 8 0 0 0 的开关量输 入通道，温湿度传感器接入模拟量输入通道。它由两个可定制的r s 2 3 2 4 8 5 接口 和一个e t h e m e t 接口。r s 2 3 2 接口使用9 针3 线接法，r s 4 8 5 接口使用9 针2 线 接法，e t h e m e t 通信采用u d p 协议【1 3 】。 k l w 8 0 0 0 提供虚拟串口功能，每台提供3 个虚拟串口，虚拟串口l 对应 k l w 8 0 0 0 的模拟量与开关量采集，虚拟串口2 对应k l w 8 0 0 0 的实际串口l ， 虚拟串口3 对应k l w 8 0 0 0 实际串口2 。虚拟串口2 和3 可以实现透传功能，如 图3 2k l w 8 0 0 0 接口示意图 图3 - 3 透传功能示意图 一 豇= 过鬈曼篇篇篇篇篇篡 拟量、竺苎兰慧= 薰慧鬈淼三基薹i j 图3 4 黑笔篇篡：糕翥霈茹茹正 所示。监控人员可以直接在监控中心观察现场的数韬从n u 淡啪明叫弭 1 2 机房安全i 旌测报警系统设计与实现 3 3 软件功能设计 图3 4 现场采集器互联示意图 整个系统功能如图3 5 所示，系统需要根据配置文件中存储的信息识别智能 仪表及其通讯接口，完成数据的实时有效采集，并对采集过程进行即时控制【1 4 】。 数据采集过程中可能会得到超出合理范围的模拟量数据，这些数据预示着设备处 于不正常状态，甚至是危险状态，称这种数据为异常数据。还有一种异常数据是 开关量的位变，比如正常情况下，火焰传感器输出的是低电平“0 ”，当有火情时， 输出高电平“1 。 按照紧迫程度，将异常数据分为高优先级异常与低优先级异常。高优先级异 常预示着比较严重的情况，如电压过高，电流超载，火警，漏水等，如不及时处 理，可能导致严重的后果。低优先级异常指那些只需要稍微调节的情况，如温湿 度超标。 对于捕捉到的异常数据，需要及时向值班人员报警，系统提供了可选的三种 报警方式：网页报警、手机报警、邮件报警，如图3 - 6 所示。 网页报警是指在异常发生时，w e b 服务器更改浏览器的页面信息，将报警 信息显示在页面上，目标用户是值班人员。网页报警是一种最简单的方式，其不 需要硬件支持，成本较低，但是报警的通知面比较小，不能及时传播给专人，而 机房安全监测报警系统设计与实现 且可能延误处理。 在短信猫的支持下，系统可以向预先设定好的用户列表发送短信报告异常， 或者通过g s m 网络拨通系统预设的号码，对方接听后，自动播放报警语音，将 报警消息传递给相关人员。这种模式的优点是能够实现定人播报，适合高优先级 异常。报警的目标用户包括值班人员、工程师、主要负责人。 在s m t p 服务器的支持下，系统将异常数据以邮件的形式报告给用户，此 模式的及时性不好，难以保证相关人员在第一时间得知消息，适合低优先级异常。 历史 即时历史 报警数据数据 查询查询查询 图3 5 系统功能图 短信猫 图3 6 实时报警 1 4 甩户 机房安：牟= 监测报警系统设计与实现 值班人员得到报警信息后，要对报警进行“确认 ，就是告诉系统知道发生 了什么事，阻止系统继续报警。当报警发送成功后，要记录下发送的时间、确认 报警的用户名称、手机号码、邮箱地址，当用户处理报警完成之后，要记录用户 的处理方式、处理结果，以明确用户责任，管理员用户能够察看各个站点用户的 报警处理记录，站点用户只能查询所在站点的报警处理记录，报警记录和报警处 理记录不允许删除。 3 4 数据库设计 3 4 1 表结构设计 s i t e 表，站点信息。大型单位的机房一般由主控制机房和各个分机房组成， 各个机房通过e t h e m e t 连接，共同为用户提供特定服务，系统使用“站点”来描 述这种分布式结构，如表3 1 所示。 表3 1 站点信息表( s i t e ) 字段名类型备注 s i t e i di n t e g e r 站点i d n 锄e v a r c h a r ( 5 0 )站点名称 a d d r v a r c h a r ( 5 0 )站点地址 u s e r 表，用户信息表，用来实现数据库访问控制，如表3 2 所示。数据库访 问控制可以约束对采集数据和报警信息的访问，或者权限不够的人执行控制动 作，如停止仪表数据采集。系统采用把用户分组和为对象分配类别的方法来控制 不同用户对数据库的访问，比如管理员用户可以访问全部数据和报警信息，普通 用户只能查看所在站点的数据。 表3 - 2 用户信息表( u s e r ) 字段名类型备注 u s e r i di n t e g e r用户i d u s e m a m e v a r c h a r ( 5 0 )用户姓名 s i t e i di n t e g e r所属站点i d a d m i n n 、j t e g e r 1 普通用户2 管理员 机房安全监测报警系统设计与实现 d e v i c e d a t a 表，存放采集数据，如表3 3 所示。在同一个采集周期中，得到各 个仪表数据的时间虽然不完全相同，但是相差不多。为了便于反映某个时刻整个 机房的整体运行状态，我们以采集周期中获得全部数据的平均时间作为获得数据 的时间。 表3 - 3 采集数据表( d e v i c e d a t a ) 字段名类型 备注 i n s t r u m e n t c o d ei n t e g e r仪表类型编号 d a t a t i m e d a t e获得数据时间 s t a _ t u sn 叮t e g e r仪表状态，1 正常0 检修 p a r a1v a r c h a r ( 5 0 ) 代码为1 的参量 p a r a nv a r c h a r ( 5 0 ) 代码为n 的参量 e o l l e c t p a r a 表，存放参量列表，对采集参量进行说明，便于向第三方程序提 供采集数据，如表3 4 所示。 表3 4 采集参量表( c o l l e c t p a r a ) 字段名类型 备注 p a r a l dv a r c h a r ( 5 0 ) 参量代码 p a r a n a m e v a r c h a r ( 5 0 ) 参量名 d e s c r i p t i o nv a r c h a r ( 5 0 ) 对参量的描述 a l e r