033 机房远程网络监控系统样本
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本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
 
 

 

目     录

摘要 ……………………………………………………………………………… 1
Abstract ………………………………………………………………………… 2

第一章 引言…………………………………………………………………… 3
 1.1  现代网络监控系统的几个特征………………………………………… 3
1.1.1. 数字化……………………………………………………………… 3
1.1.1. 网络化……………………………………………………………… 3
1.1.3   智能化……………………………………………………………… 3
1.2  监控系统的发展………………………………………………………… 4
  1.2.1  集散系统…………………………………………………………… 4
  1.2.2  现场总线的形成…………………………………………………… 4
 1.3 现场总线技术的竞争…………………………………………………… 4
  1.3.1  现场总线技术的发展………………………………………………… 4
  1.3.2  现场总线技术的基本内容和核心………………………………………4
  1.3.3  现场总线控制系统的特点…………………………………………… 4
第二章 数据的采集 （一线技术）……………………………………… 5
 2.1  一线技术的介绍………………………………………………………… 5
 2.2  DS18B20………………………………………………………………… 6
  2.2.1  DS18B20的介绍…………………………………………………… 6
  2.2.2  DS18B20采集数据………………………………………………… 7
第三章 通讯…………………………………………………………………… 10
 3.1  单片机的介绍…………………………………………………………… 10
 3.2  串行通信（单片机和PC机的通信）………………………………… 11
  3.2.1  异步通信控制规程………………………………………………… 11
  3.2.2  RS-232C引脚定义………………………………………………… 12
  3.2.3   MSComm控件…………………………………………………… 13
3.3  数据存储和显示……………………………………………………… 15第四章  网络监控……………………………………………………………… 16
第五章 系统总结……………………………………………………………… 19

参考文献………………………………………………………………………… 20
 
机房远程网络监控系统
摘要

随着计算机的发展和普及,计算机系统数量与日俱增,其配套的环境设备也日益增多,计算机房已成为各大单位的重要组成部分。机房的环境设备（供配电、UPS、空调、消防、保安等）必须时时刻刻为计算机系统提供安全正常的运行环境。因为,一旦机房环境设备出现故障,就会影响计算机系统运行,造成数据传输或存储故障,当严重事故时,会造成机房内计算机设备报废,现场计算机长时间瘫痪,后果不堪设想。因此,为了保证计算机系统安全可靠工作,对机房里面环境设备及系统主机进行自动监视和有机管理是极其必要的。尤其目前国内普遍缺乏机房场地设备的专业管理人员,对设备进行现代化管理尤显得十分重要。

关键词：网络  监控  温度
 
THE ENGINE ROOM NETWORK SUPERVISES AND CONTROL SYSTEM

Abstract

With the development and the dissemination of the computer,Computer system quantity steadily on the increase,The environment equipments of its kit also increases increasingly,The computer room that compute the importance has become each big unit constitutes the part.The environment equipments of the computer room must be every moment for movement in offering in system in calculator environment.Because,Once the computer room nvironment equipments appears the breakdown,Resulting in the data delivers or saving breakdown,When serious trouble,Will result in the computer equipments inside the computer room discard,The spot computer long hours paralyze,The result is so terrible we dare not think about it.so,For guaranteeing the computer system safety the dependable work,Inside to the computer room environment equipments and system hosts proceed the automatic surveillance to is very and necessary with organism management.The particularly current domestic is widespread to lack the profession of the computer room an equipments manages the personnel,Proceed the modernization the management to the equipments particularly seem to be very important.

Keywords: Network, Supervise, Temperature
 
第一章 引言
随着计算机的发展和普及,计算机系统数量与日俱增,其配套的环境设备也日益增多,计算机房已成为各大单位的重要组成部分。机房的环境设备（供配电、UPS、空调、消防、保安等）必须时时刻刻为计算机系统提供安全正常的运行环境。因为,一旦机房环境设备出现故障,就会影响计算机系统运行,造成数据传输或存储故障,当严重事故时,会造成机房内计算机设备报废,现场计算机长时间瘫痪,后果不堪设想。因此,为了保证计算机系统安全可靠工作,对机房里面环境设备及系统主机进行自动监视和有机管理是极其必要的。尤其目前国内普遍缺乏机房场地设备的专业管理人员,对设备进行现代化管理尤显得十分重要。
监控系统原先是零散地分别地对一些专用设备,如动力设备、环境控制设备等进行监控,其形式在20世纪80年代是集散系统,90年代是总线技术。随着通信、计算机、自动化技术的发展,带动了监控技术发展与应用,发展非常迅速,逐渐演变成集中监控系统。例如,在前几年,电信、移动通信电力等设备管理一般是传统的门卫值守方式,随着应用与发展,机房设备增多,机房数目增多而且位置分散,出现了大量增加管理人员,由于管理系统的厂家不同,又造成操作管理人机界面繁多,带来诸多不便,进行统一监控或异地监控更是不可能,这样的局面非常不适应现代生产管理发展。另一方面,近年信息的交换传输、嵌入式技术、电源集成等先进和现代技术设备为集中监控、远程管理、设备网络化的建立和应用又打下了基础。
可以说前端一体化、视频数字化、监控网络化、管理智能化是现代监控系统的发展方向。而数字化是网络化的前提,网络化又是系统集成化的基础。所以,监控系统发展的最大特点就是数字化、网络化、智能化,具有这样特点的监控系统可以称为现代监控系统。
1.1现代网络监控系统的几个特征：
1.1.1数字化
监控系统的数字化是系统中的信息（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态的过程,监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式都与此相关。信息流的数字化、编码压缩,加上开放式的协议,才能使监控系统与信息管理系统实现无缝连接,并在统一的操作平台上实现管理和控制。
1.1.2网络化
监控系统的网络化将意味着系统结构将由集总式向集散式系统过度,集散式系统采用多层分级的结构形式,具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件均采用标准化、模块化和系列化的设计。系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化等特点。系统具有运行互为热备份,容错可靠等功能。
1.1.3智能化
采用计算机为控制中心,通过系统软件实现控制界面的可视化、统一化,控制环境的多媒体化,可以方便地实现对视频切换、音频切换、镜头云台控制、报警输入、行动输出录象的智能化控制,进而达到自动对事件的分析、统计、处理,实现监控的智能管理。

以前所说的监控系统多数还是专家系统,只在监控室才能看到的系统。如果把监控的视频信号置于网络上,则大大有利于任何时候对监控对象的监控,而且不受地理位置的限制。
因此,网络控制系统是在计算机监控系统与通信网络的基础上发展起来的。其目的是：
1） 监控的地域从城市的一处扩展到多处,从一个城市扩展到几个城市。
2） 专业人员能够监管更多的设备,从而提高工作效率和经济效益。例如：保安人员监视的范围更宽,监视点更多,消防人员监控的楼宇、设施更多,范围更宽。
3） 网络监控系统为,动力房环境、大厦或具有多设施的系统,为更宽地域提供综合性智能化的管理。
4） 提高家庭生活素质。

1.2监控系统的发展
监控系统发展经历了如下两个阶段。
1.2.1集散系统
最初诞生的传统监控系统是单片机、PC、工控机为核心的多哥分散单元的集合体。形成早期集散控制系统的雏形。当总线出现以后,一般借助S-100或PC总线形成测控系统。但是由于连线过长和过多,用这些总线形成的测控系统的稳定性较差,抗干扰能力较弱,难以实现大范围的有效测控。随后出现的是集散控制系统（DCS）,它由多台微处理器分散在现场的不同位置,彼此之间以高速数据通信进行连接。
1.2.2现场总线的形成
随着计算机局域网的出现,产生了基于LAN的TDCS系统。与此同时,由两线制电流为4~20ma标准信号发展而来的智能化现场设备和控制自动化设备之间的标准的确立,使现场总线与智能化测控仪器非常容易连接,随之使得网络监控得以形成。其实,现场总线网络既可以是一种信息网络,又是一种自动化系统。作为信息网络,它所传送的是数字,例如可以是接通电源、关闭电源、开闭阀门等指令和数据；作为自动化系统,与原来的自动化系统相比,其在结构上有较大的变化,最显著特征是通过网络传送信号进行联络,可由单个节点或多个网络节点共同完成所要求的自动化功能。因此,它是一种由网络集成的自动化系统。
1.3现场总线技术的竞争
20世纪90年代,现场总线控制系统（FCS）成为工业控制领域的一个热点,世界上几乎所有的仪器、仪表制造商都卷入了这一场竞争,纷纷推出自己的现场总线控制系统。其目的,显示它的优势和竞争力。在国内,当时现场总线技术正处于普及与应用阶段,部分监控厂商在电源管理监控系统实施过程中,将现场总线技术如CAN Bus等应用其中。
1.3.1现场总线技术的发展
上述集散控制系统是把分散的、单回路的测控系统采用计算机进行统一管理,用各种I/O模板代替控制室的仪表,利用计算机的强大功能,对被控系统集中进行实时监控、控制、参数调节、告警显示及存储历史数据等操作。极大地推动了工控技术的发展。但是在通信方式上,处于现场的控制级和检测级仍采用信号电流为4~20ma模拟量通信。而现场采集设备所占的比例最大,数据也最多,这就使得布线方式相当繁杂、安装费用增加、维护量加大。
1.3.2现场总线技术的基本内容和核心
以串行通信方式取代传统的4~20ma的模拟信号,一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点连接,支持底层的现场智能设备与高层的系统通过公用传输介质交换信息。现场总线的核心是它的通信协议,这些协议必须根据国际标准化组织（ISO）的计算机网络开放系统互连（OSI）的参考模型来制定。
1.3.3现场总线控制系统的特点
传统的DCS现场仪表到控制站之间采用4~20ma模拟信号传输,FCS则采用数字化的信号传输。
传统的DCS采用“操作站—控制站—现场仪表”三层主从结构方式,而现场总线则把输入/输出单元控制站的功能融合到现场仪表中,称为智能仪表。
FCS采用数字通信方式,因此可以采用多种传输介质进行传输
网络监控是由电工电子装置系统、计算机硬软件以及网络、通信等多方面的有机组合体,它以智能化、网络化、交互性为特征,结构比较复杂。如果我们利用OSI七层模型内容和形式,把相应的测量控制模块硬件和应用软件,以及应用环境等有机地组合,可以形成一个统一的网络监控系统总体框架。下图是网络监控系统总体框架示意图。

在我这个系统中传感器我们采用DS18B20,微处理器是WINBOND的78E58B。
可以看出,带网络功能的智能化监控设备是网络化设备体系结构中最基本的部件,具有信息采集、存储、传输和分析处理的原理特征,它的硬件是网络化接口组件、微处理器、传感器组成,软件包括置于微处理器中的程序,完成数据采集和传送的应用软件,以及各种数据传输交换协议。智能化监控设备与网络智能化监控设备相比,少了自带的网络嵌入式接口,要另外与网络专用接口板相连才能与网络连接,或者与计算机连接,利用计算机的网络接口与网络连接,同时,这台计算机设备也是的本地监控机。
这里,我们为了简要地说明问题,将整个网络监控系统简单化,我们借助于OSI的术语,大概地将网络化设备体系结构分为被控对象层、传输层、应用层。这里的“层”并没有像OSI那样概念严密,仅按功能、作用来划分。其中被控对象层包括被控制的对象（温度、电压等）和传感器、微处理器、计算机、网络接口设备,传输层包括网络环境（局域网或广域网）,应用层包括服务器、工作站和客户。

第二章 数据的采集 （一线技术）
2.1  一线技术的介绍
在我们这个系统中,要感测机房的外部环境数据,就必须对外部的数据进行采集,本系统用的是DS18B20温度传感器。
传统的系统电路中,传感器总是要先通过A/D转换才将数据输送到微处理器的,在这里我们用的DS18B20温度传感器就不需要。它是一种一线型器件。
那么什么是一线型器件呢？美国 DALLAS SEMICONDUCTOR设计了一种高分辨率可编程的数字温度传感器,器件从数据线上受电,且因其数字传输部分只用了一条微控制器的接口线,故命名传感器为一线数字温度传感器（1-wire Digital Thermometer）。
能够与一线数字温度传感器进行通讯的数据线就是最初的一线总线（1-wire bus）。一线总线技术的发展又不断产生新的一线工作方式的组件、仪表,一线总线可以与这些组件、仪表进行通讯而不受限制,这是因为 DALLAS 生产的每个传感器或数字化器件都是独一无二的,每个器件上都有一个唯一的数字编码。
一线总线是众多现场总线中极具竞争力的一种。它具备能与计算机进行数字通讯、总线负载量大、布线简练、精度高、性能稳定、价格便宜等多方面优点,是工业现场系统设计的高级境界。
一线总线的真正优势在于：作为信号源,无须考虑如何解决通讯协议问题；在绝大多数场合,不用考虑总线上连接的传感器数量；在大多数场合甚至不需另外提供电源。一线总线的发展对于目前各种总线之间的通讯协议壁垒已构成强烈的冲击,它的最大好处就是让用户更方便。
一线总线技术还在不断改进,不断推出新的器件、仪表,在传输距离、传输速度方面还有待于提高,但是在大多数现场,一线总线是简单、经济、实用的。
2.2  DS18B20
2.2.1  DS18B20的介绍
DS18B20 数字温度计提供9 位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送入DS18B20 或从DS18B20 送出因此从主机CPU 到DS18B20 仅需一条线(和地线) DS18B20 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个DS18B20 在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DS18B20 可以存放在同一条单线总线上这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件DS18B20 的测量范围从-55℃到+125℃增量值为0.5℃可在l s(典型值)内把温度变换成数字。
每一个DS18B20 包括一个唯一的64 位长的序号该序号值存放在DS18B20 内部的ROM(只读存贮器)中。开始8位是产品类型编码(DS18B20 编码均为10H)。接着的48位是每个器件唯一的序号。最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。DS18B20 中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM,编号为0 号和1号。1号存贮器存放温度值的符号,如果温度为负(℃),则1号存贮器8位全为1,否则全为0。0号存贮器用于存放温度值的补码,LSB(最低位)的1表示0.5℃ 将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2 就得到被测温度值(-550℃~ 125℃)。DS18B20 的引脚如图所示每只DS18B20 都可以设置成两种供电方式,即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线,但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线,但测量速度较快。

DS18B20 用12 位存贮温值度最高位为符号位下图为18b20 的温度存储方式负温度
S=1 正温度S=0

 

系统时序
主机使用时间隙(time slots)来读写DS18B20的数据位和写命令字的位
(1)初始化
时序见下图。主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号)接着在tl时刻释放总线并进入接收状态DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240 us)如图中虚线所示
 

（2）写时间隙
当主机总线t o时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙见下图从to时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上DS18B20在t后15-60us间对总线采样若低电平写入的位是0见左图,若高电平写入的位是1见右图。连续写2位间的间隙应大于1us。
     

（3）读时间隙
见图主机总线to时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平l 7ts之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙读时间隙在t1时刻后t 2时刻前有效t z距to为15捍s也就是说t z时刻前主机必须完成读位并在t o后的60fzs一120 fzs内释放总线
 

 

2.2.2  DS18B20采集数据
读写程序

//复位
uchar ow_reset(void)
{
uchar presence;
DQ =0; //pull DQ line low
delay(29); // leave it low for 480us
DQ = 1; // allow line to return high
delay(3); // wait for presence
presence =DQ; // get presence signal
delay(25); // wait for end of timeslot
return(presence); // presence signal returned
} // 0=presence, 1 =no part

//从 1-wire 总线上读取一个字节
uchar read_byte(void)
{
uchar i;
uchar value =0;
for (i=8;i>0;i--)
{
value>>=1;
DQ =0; // pull DQ low to start timeslot
DQ =1; // then return high
delay(1); //for (i=0; i<3; i++);
if(DQ)value|=0x80;
delay(6); // wait for rest of timeslot
}
return(value);
}

//向 1-WIRE 总线上写一个字节
void write_byte(char val)
{
uchar i;
for (i=8; i>0; i--) // writes byte, one bit at a time
{
DQ =0; // pull DQ low to start timeslot
DQ = val&0x01;
delay(5); // hold value for remainder of timeslot
DQ =1;
val=val/2;
}
delay(5);
}

//读取温度
 Read_Temperature(void)
{
union{
uchar c[2];
int x;
}temp;

ow_reset();
write_byte(0xCC); // Skip ROM
write_byte(0xBE); // Read Scratch Pad
temp.c[1]=read_byte();
temp.c[0]=read_byte();
ow_reset();
write_byte(0xCC); //Skip ROM
write_byte(0x44); // Start Conversion
return temp.x;
}

第三章 通讯
3.1  单片机的介绍
DS18B20将外部数据采集好以后,就需要把数据发送到微处理器。本系统中,采用的是51系列的华邦78E58B单片机。该单片机有256B内部RAM,32KROM。通常单片机应用现场的环境比较恶劣,电磁干扰、电源波动、冲击震荡、高低温等因素都会影响系统工作的稳定。此外无人值守环境也会对单片机系统的稳定性和可靠性提出更高的要求。所以稳定和可靠在单片机的应用中具有格外重要的意义。该芯片极其稳定,大规模系统集成和总线结构为该单片机稳定可靠提供了根本保证。在温度特性方面,按能适应的环境温度范围划分为三个等级,即
民用级     0~70   摄氏度
工业级    -40~85   摄氏度
军用级    -65~125  摄氏度
在机房中一般情况温度都是在18~30左右,所以环境温度还是可以的。
芯片结构图如下：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DS18B20传感器的数据线连接到单片机的P1.6口。单片机的封装图和原理图如下所示：

  
单片机通过普通I/O 口RXD和TXD与PC 机RS232 串口实现通信的硬件接口电路如下图 所示。由于PC 系列微机串行口为RS232C 标准接口,与输入、输出均采用TTL 电平的89C51 单片机在接口规范上不一致,因此TTL电平到RS232 接口电平的转换采用MAXIM 公司的MAX202 标准RS232接口芯片,该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V～
15V）和逻辑“0”（+3V～15V）的电平转换。

DS18B20将外部数据采集好以后,把DS18B20的数据线跟78E58B单片机的P1.6相连,这样就将数据传输到了单片机内。但把数据从单片机发送到计算机就要通过单片机与计算机进行通信来实现了。

 

 

3.2串行通信（单片机和PC机的通信）
计算机的数据传送共有两种方式：并行数据传送和串行数据传送。
并行数据传送的特点是：各数据位同时传送,传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少数据位就需多少数据线,因此传送成本很高。并行数据传送的距离通常小于30米,在计算机内部的数据传送都是并行的。
串行数据传送的特点是：数据传送按位顺序进行,最少只需一根传输线就可以完成,成本低但速度慢。计算机与外界的数据传送大都是串行的,其传送距离可以从几米到几千公里。
单片机要跟计算机进行通信,使用的就是串行通信。串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上,以每次一个二进制的01为最小单位进行传输。串行通信的传输速度要比并行通信慢得多,但串行通信可显著降低通信线路的价格和简化通信设备,并可利用现有的电话电缆线路,在任何两点通电话的设备之间,配置适当的通信接口实行串行通信。
3.2.1异步通信控制规程
为实现串行通信并保证数据的正确传输,要求通信双方遵循某种约定的规程。目前在PC机及数控系统中最简单最常用的规程是异步通信控制规程,或称异步通信协议,其特点是通信双方以一帧作为数据传输单位。每一帧从起始位开始、后跟数据位（位长度可选）、奇偶位（奇偶检验可选）,最后以停止位结束。1帧的数据格式如下：
 
一帧的传输经过大致有一下几个步骤：
(1)无传输 通信线路上处于逻辑'1'状态,或称传号,表明线路无数据传输。              (2)起始传输 发送方在任何时刻将通信线路上的逻辑'1'状态拉至逻辑'0'状态,发出一个空号,表明发送方要开始传输数据。接收方在接收到空号后,开始与发送方同步,并希望收到随后的数据。                                                                   (3)数据传输 起始位跟着要发送或接收的一串位序列,即表示一个字符代码（5、6、7或8位不等,由双方协议确定并保持不变）。数据位传输规定最低位在前,最高位在后。数据位的确定是根据实际需求以获得最佳传输速度。                                       (4)奇偶传输 数据位之后是可选择的奇偶位发送或接收。奇偶位的逻辑状态取决于奇偶校验的类型。必须保证在同一次传输过程中,每帧选择的奇偶校验类型是一致的。              (5)停止传输 奇偶位之后是发送或接收的停止位,其逻辑状态恒为'1',位时间可在1、1.5或2位选择,且必须保证在每帧传输其间均为相同。
发送方在发送完1帧后,可连续发送下1帧,也可随机发送下1帧。在这两种情况下,当接收方收到传号后,双方取得同步。通信双方除遵循相同的数据传输帧格式外,为确保传输数据的正确性,双方还要具有相同的数据传输率：每秒传输的二进制位数。在不使用调制解调器的通信线路上,其倒数就是所谓的波特率(Baud Rate)。常用的波特率为300、600、1200、2400、4800和9600等。