淺析數據中心復合式環(huán)境監控單元的設計與應用的論文
1 數據中心復合式環(huán)境監控單元的設計模型
數據中心復合式環(huán)境監控單元為數據中心最小監控單元，監控單元集成了環(huán)境傳感器(溫度、濕度、風(fēng)速、煙霧等)、控制器(嵌入式系統)、執行器(電機、電磁閥等)三個(gè)主要部分，單元是為適應數據中心環(huán)境監控需求所設計的，其內部則為局部環(huán)境變量的閉環(huán)控制系統， 會(huì )根據局部環(huán)境值的變化做出適當的調整。
許多數據中心將用于環(huán)境監測的傳感器布置在場(chǎng)地中某個(gè)位置，由于機柜部署在不同的位置，所形成的冷熱風(fēng)道在場(chǎng)地中交替分布， 單點(diǎn)傳感器所獲取的值并不能準確反映數據中心局部環(huán)境變化的實(shí)際情況， 而且對于安裝在機柜內部的某個(gè)具體設備而言， 場(chǎng)地中某一點(diǎn)的環(huán)境數值對該設備實(shí)際控測毫無(wú)幫助， 除非能連續監控該設備所在的局部空間的環(huán)境變量，即使在同一機柜內部，從底部到頂部也因安裝了不同發(fā)熱量的設備，環(huán)境數值也呈現出非均一性的變化特性，而復合式環(huán)境監控單元的設計滿(mǎn)足了這一需求， 單元的監控對象是局部空間而不是一點(diǎn)，而且是多種環(huán)境傳感器的復合體，擁有獨立的控制器與執行機構， 除了完成數據中心局部空間環(huán)境變量的采集，并能根據局部變化做出微調，使得環(huán)境監控體系更為有效和精準。單元的組織與部署形式靈活，可在每個(gè)機柜中部署，也可在數據中心的某一空間中連續部署，有些采用緊耦合冷卻的數據中心受限于場(chǎng)地形狀， 規劃中不可避免產(chǎn)生超長(cháng)型冷熱風(fēng)道和L 型風(fēng)道， 架空地板下可連續部署多個(gè)監控單元，這樣不僅有助于了解風(fēng)道的溫度與風(fēng)速的變化，并通過(guò)單元所控制的風(fēng)機來(lái)自動(dòng)維持風(fēng)道出風(fēng)口壓力。
每個(gè)監控單元都有獨立的控制器， 控制器通常采用成本低、體積小、功耗低的嵌入式微控制器EMCU，EMCU 可以完成復雜的計算任務(wù)，但不需要運行復雜系統，擁有較高的穩定性與實(shí)時(shí)性， 也可編程控制多路環(huán)境傳感器的.采集過(guò)程與采集數據處理。當多個(gè)單元協(xié)同工作時(shí)，控制器之間可采用以太網(wǎng)網(wǎng)、ZigBee、CAN 或其它工業(yè)總線(xiàn)等方式連接， 尤其是采用ZigBee 無(wú)線(xiàn)連接的監控單元在部署方式上更為靈活。監控單元可以根據監控目標不同， 靈活調整環(huán)境傳感器的類(lèi)型與數量， 用于機柜的監測單元需要多路矩陣式溫度傳感器，而用于風(fēng)道監測單元則需要煙霧傳感器和風(fēng)速傳感器，數據中心所用的不同類(lèi)型監控單元都可以做出適當的裁剪，避免不必要的資源浪費與系統開(kāi)銷(xiāo)。
監控單元的功能包括三個(gè)主要方面：傳感器驅動(dòng)、環(huán)境數據采集與控制、數據通訊協(xié)議，在數據中心中環(huán)境監控單元的大量使用，會(huì )導致采集數據量的大幅增長(cháng)，因此單元程序設計的難點(diǎn)在于： 如何均衡傳感器數據采集精度與單元執行效率的問(wèn)題， 當然數據通訊協(xié)議設計的是否合理也會(huì )影響到整個(gè)監控網(wǎng)絡(luò )的效率。
2 復合式環(huán)境監控單元總體架構
2.1 環(huán)境監控單元總體架構
整個(gè)數據中心環(huán)境監測單元采用多層架構， 底層為采集層，由環(huán)境監控單元構成，這里采用ZigBee 控制系統，單元的主控程序運行于ZigBee 協(xié)議棧之上， 單元與單元之間組成ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )具有：組網(wǎng)速度快、網(wǎng)絡(luò )自恢復等優(yōu)點(diǎn)，保障了環(huán)境數據采集的實(shí)時(shí)性與可靠性;上層為管理層，管理層主要職責是：向底層發(fā)出監控指令和收集監控單元所返回的環(huán)境數據，并對數據進(jìn)行分析與存儲。
2.2 環(huán)境監控單元部署方式
數據中心環(huán)境監控單元以上位機與下位機方式部署，上位機的主要作用就是控制下位機和管理環(huán)境數據， 下位機系統則由Zigbee 協(xié)調器、ZigBee 節點(diǎn)(即環(huán)境監控制單元)組成，下位機的主要功能是采集各類(lèi)環(huán)境數據， 并實(shí)時(shí)推送給上位機。上位機與下位機的通訊可依賴(lài)于不同的物理途徑，可以采用通用串行總線(xiàn)或以太網(wǎng)連接的方式。
3 復合式環(huán)境監控單元硬件實(shí)現
復合式環(huán)境監控單元的硬件由單元控制器與復合式環(huán)境傳感器組成，其中單元控制器可采用TI 公司主流的ZigBee 芯片CC2530，該芯片特點(diǎn)是兼容51 指令集，復合式環(huán)境傳感器由多路數字溫濕度傳感器、數字煙霧傳感器、以及風(fēng)速傳感器等組成，用于采集數字信號的環(huán)境數據。其中環(huán)境監控單元常用數字傳感器列表如下：
3.1 監控單元中矩陣式溫度傳感器設計
DS18B20 是美國DALLAS 半導體公司推出的“單總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、抗干擾強等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉化成單片機可讀的數字信號， 其測量的溫度范圍是-55~125℃，測溫誤差0.5℃，可編程分辨率9~12 位，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可在一條總線(xiàn)上掛接多個(gè)傳感器分別讀取測量值，鑒于縮短采集時(shí)間和保障傳感器工作電流前提下，設計為一條總線(xiàn)上掛接4 個(gè)傳感器， 方便組成2×4 或4×4 矩陣式溫度傳感器組合。
3.2 監控單元中露點(diǎn)值測量方法
溫濕度傳感器SHT10 是由瑞士Sensirion 推出的數字溫濕度傳感器，具有極高的可靠性和卓越的長(cháng)期穩定性，全量程標定，兩線(xiàn)數字接口，可與單片機直接相連，濕度測量精度：±4.5% RH(20~80% RH)溫度測量精度：±0.5℃，露點(diǎn)是數據中心環(huán)境的重要指標，當溫度冷卻到露點(diǎn)，空氣變得飽和，就會(huì )出現結露現象，對設備所造成的危害不言而喻，在監控單元設計中，將STH10 分別部署在機柜冷風(fēng)或熱風(fēng)口，露點(diǎn)可以通過(guò)STH10 所測得的溫濕度值計算得到：LogEW=(0.66077+7.5×T/(237.3+T)+(log10(RH)-2)T 為溫度值，RH 為濕度值。露點(diǎn)：Dp=((0.66077-logEW)×237.3/(logEW-8.16077)
3.3 在線(xiàn)式風(fēng)速傳感器的設計
數據中心的空氣流動(dòng)有兩個(gè)重要特點(diǎn)：風(fēng)向穩定、風(fēng)速較低，鑒于測量精度要求不高，則采用微型葉輪式分速傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是：體積小、成本低、結構穩定、適合做數據中心風(fēng)速的長(cháng)期在線(xiàn)監測使用，其間的空氣流動(dòng)帶動(dòng)葉輪旋轉，產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)過(guò)放大后由CC2530 做ADC 轉換為相應的數值，傳感器在使用時(shí)需要在標準風(fēng)洞中做初始標定。
3.4 煙霧傳感器的設計
采用雙路MS5100 煙霧傳感器組合， 分別監測機柜上部與下部空間的煙霧氣體變化情況，MS5100 屬于半導體煙霧傳感器，體積小、靈敏度高，可以探測0~2000ppm 范圍的煙氣，在機房架空地板下或其他密閉空間中， 可連續部署多組煙霧傳感器，形成密集型的復合監測單元。
4 環(huán)境監控單元程序設計
監控單元的程序設計目標是在ZigBee 協(xié)議�；A上建立多種環(huán)境傳感器復合的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采集系統， 使用IAR 單片機的開(kāi)發(fā)環(huán)境，程序可運行在CC2530 的主控制芯片上，其主要功能如下：
(1)監控單元管理(協(xié)調器、路由器、終端設備)，包括設備初始、設備自檢、設備重啟等;
(2)ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理，包括監控單元綁定管理、自組網(wǎng)管理、信號強度監測等;
(3)各類(lèi)傳感器驅動(dòng)管理、初始化、復位等;
(4)傳感器數據采集、傳輸、存儲的過(guò)程控制。
5 結束語(yǔ)
數據中心復合式環(huán)境監測單元的軟硬件部分已經(jīng)設計完成，與數據中心運維管理系統聯(lián)合部署，復合式環(huán)境監測單元的提出為數據中心精細化管理提供了新的工具與方法， 但在實(shí)際應用過(guò)程中還需開(kāi)展工程化驗證。
【淺析數據中心復合式環(huán)境監控單元的設計與應用的論文】相關(guān)文章：
淺析幼兒園環(huán)境設計的論文11-21
淺析中國元素在平面設計中的應用論文11-21
淺析設計中行為心理學(xué)的應用論文09-14
組合式的家具設計研究論文11-04
淺析環(huán)境人口容量論文04-28
城市建設環(huán)境設計的應用論文11-18