摘要：為了解決機房監控中數據傳輸實時性差、成本高以及人工巡邏效率低的問題，討論了ARM7的數據采集和串口通信原理，針對惡劣條件下數據傳輸誤差大的特點，提出將GPRS無線通信和高效節能芯片LPC2114相結合的設計方案。既實時、有效地將機房信息傳送到監控中心，又實現了機房的無人值守。在系統組成上提出模塊化設計，模塊之間通信采用RS485通信方式，最大實際傳輸距離可達800m，該設計既保證了數據的可靠傳輸，又使系統結構更加簡單、性能更加穩定，為以后系統升級提供了條件。在實際應用中，無線數據終端傳輸速率可達40 kbps，完全能夠滿足將各項數據實時地傳輸到監控中心。
關鍵詞：ARM7；LPC2114；GPRS；RS485；實時性；無人值守
在機房監控中，數據的實時、有效性關系到機房設備的安全與正常運行，數據通信的可靠以及布線的方便更是關系到整個監控系統的的現實意義和推廣價值。與傳統監控系統相比，該系統具有實時性高、通信可靠、無需布線、無人值守等特點，實現機房監控的網絡化、智能化、人性化。
機房監控系統采用模塊化設計理念，整個系統包括三大模塊。主控模塊以ARM7系列的微處理器LPC2114為主控芯片，實現數據處理、發送及報警功能。溫濕度采集模塊采用單片機AT89S52處理器，通過RS485總線將數據傳送到主控模塊。無線通信模塊以KW2000為無線通信設備，負責將數據實時傳送到監控中心。通過將三大模塊的有機結合，完成了監控中心對遠程機房的有效監控。
1 系統總體方案
機房監控系統將機房中的溫濕度參數、火災信息和人員入侵等信息通過有線方式采集到主控板，核心處理器LPC2114將數據進行自動分析、處理、顯示和保存，如果機房采集值有超標或人員入侵會產生報警信號。系統整體結構如圖1所示。
系統采用多級報警功能，對提高機房的安全性以及保證機房設備的正常工作具有十分重要的意義。人員入侵報警，在系統調試、安裝完畢之后通過無線模塊進行設防，此時液晶顯示當前的溫濕度信息，系統正常運行。如果非工作人員進入機房而未進行撤防操作，系統會通過雙鑒紅外傳感器檢測到人員入侵信息，通過聲光報警器進行報警。溫濕度值超標報警，溫濕度關系到機房設備的正常運行，一旦溫濕度超標系統會自動啟動兩路風機，一路風機負責抽風，一路風機負責排氣，機房溫濕度降到正常溫濕度時系統會自動撤消報警。煙霧報警，系統通過煙霧傳感器實時監測機房的煙霧濃度，一旦機房著火或煙霧超標，系統會自動發出報警信息。機房一旦出現以上報警中的任何一種，系統會在第一時間內將數據通過GPRS無線模塊發送到監控中心。
2 GPRS無線通信
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GP-RS理論帶寬可達171．2 kbps，實際應用帶寬大約在40～100kbps，在此信道上提供TCP／IP連接，可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。
2．1 GPRS無線終端特點
監控系統采用科維KW2000系列GPRS無線透明數據傳輸終端。無線終端基于中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準232數據口可直接與計算機、RTU、PLG、GPS接收機、數碼相機、數據終端等連接，傳輸速率達171 kbps，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站之間的數據采集和控制。
1)支持900／1 800／1 900 MHz三頻GSM／GPRS；
2)接口：RS232、RS485、PCMCIA；
3)系統理論傳輸速率171 kbps，實際傳輸速率40 kbps；
4)支持Windows95／98／200／XP、LINUX操作系統；
5)支持透明數據傳輸與協議轉換；
6)支持VPN安全功能。
2．2 GPRS數據透傳終端
GPRS數據通信終端是基于移動通信網絡，針對工業監控、交通管理、金融等行業數據通信的應用開發的。與數據中心的接口設備一起提供透明數據傳輸通道，組成用戶專用數據網絡。GPRS數據通信終端原理框圖如圖2所示。
3 嵌入式處理器LPC2114
LPC2114是基于一款支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S內核的微控制器，并帶有128 kB嵌入的高速Flash存儲器，內部有豐富的硬件資源，在監控系統中，ARM7能夠充分發揮其特性。4路10位A／D轉換器，轉換時間低至2．44μs；2個32位定時器、PWM單元、實時時鐘和看門狗；多個串行接口，包括2個16C550工業標準UART、高速I2C接口(400 kbit／s)和2個SPI接口；通過片內PLL可實現最大為60 MHz的CPU操作頻率；多達46個通用I／O口(可承受5 V電壓)，12個獨立外部中斷引腳；片內晶振頻率范圍：1～30 MHz；2個低功耗模式：空閑和掉電，通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；可通過個別使能／禁止外部功能來優化功耗。
4 系統硬件設計
監控系統溫濕度模塊以單片機AT89S52為核心處理器，溫濕度芯片采用數字溫濕度傳感器SHT10。該芯片具有精確測量相對濕度、溫度；全標定輸出，使用時無需重新校準；卓越的長期穩定性；高精度兩線制數字接口，直接與單片機相連等特點。
溫濕度模塊數據傳輸采用RS485總線形式，RS485總線采用EIA／TIA-485標準的2線制電氣接口，具有抗共模干擾能力強，多機通信和組建現場總線網絡的功能，傳輸距離理論值可達1 200 m，在實際工程中通信距離可達800 m左右，是目前工程中應用最多的通信方式。在溫濕度采集
終端，單片機工作電壓為5 V，故選用MAX485芯片做電平轉換，單片機AT89S52的串口TXD和RXD分別連接MAX485的DI和RO引腳，完成數據的發送與接收。在數據接收端，ARM7系列LPC2114工作電壓為33 V，故選用MAX3483低功耗芯片做電平轉換，LPC2114的TXD0和RXD0分別連接MAX34 83的DI和RO引腳，完成數據的接收與發送。由于RS485的A、B兩端為差分信號，所以兩種485芯片的A、B兩端可直接相連。LPC2114的2個串口都具有串口中斷方式，UART0負責接收溫濕度采集數據，UART1負責與無線模塊通信，兩路串口都支持CPU與外設之間的異步串行數字通信，支持5～8位串行數據傳送與接收，每一個通道有2個16位FIFO，系統采用串口接收的中斷方式。在串口通信中接收每幀數據包后，對數據幀進行解析，判斷數據是否為報警數據。串行通信接口電路如圖3所示。
5 系統軟件設計
在系統主控模塊，處理器LPC2114通過串口O給溫濕度模塊發送命令字，溫濕度模塊收到命令字后將采集到的溫濕度數據進行打包，并進行CRC計算。CRC包含2個8位字節組成的16位值，并作為數據附加到報文中。主控模塊按照約定好的通信協議進行數據接收，在數據解析過程中，重新計算CRC值，并將計算值與接收到的實際CRC值相比較，若兩個值不相等，則表示出現錯誤。
紅外傳感器和煙感傳感器輸出信號都為開關量，只需檢測高低電平即可獲取報警信息，處理器通過外部中斷O和外部中斷1分別檢測紅外傳感器信號和煙感傳感器信號。
處理器LPC2114不斷循環檢測IO口的高低電平來檢測是否有人員侵入或是否有火災發生，通過不斷發送命令字獲取溫濕度數據判斷數據是否超過設定值。如果所有數據都是正常數據，處理器將數據進行存儲，延時發送。由于GPRS采用流量計費，在一定程度上可節約成本。如果處理器獲取的是報警信息，則系統在第一時間內將數據發送到監控中心。系統主流程如圖4所示。圖中X為溫濕度數據，Y為紅外信號，Z為煙感信號。
6 結束語
機房監控系統采用模塊化設計，保證了系統穩定、可靠地運行，為日后系統的升級與維護提供了便捷的措施。簡單、快速的數據通信方式保證了數據準確無誤的傳輸。
系統將GPRS無線通信技術成功地運用到ARM7TDMIS系統中，實現了機房環境中各項參數快速、準確的傳輸，保證了機房設備能在正常環境下運行，解決了傳統機房監控中人工巡邏及布線復雜等問題，實現了機房網絡化管理和無人值守的目標。