0 引言
隨著信息化程度的不斷提高，機房計算機系統設備的數量與日俱增，其環境設備也日益增多，機房環境設備(如供配電系統、UPS電源、空調、消防系統、保安系統等)必須時時刻刻為計算機系統提供正常的運行環境。因此，對機房環境實施監控就顯得尤為重要。而傳統的機房多采用人工值守的監控方式，費時費力，且往往達不到實時、全天候、全方位監控的目的。因此，便捷的、可靠的、安全的機房監控系統設計與開發顯得尤為重要。
機房智能監控系統主要是對機房設備的運行狀態、溫度、濕度、潔凈度以及供電的電壓、電流、頻率、配電系統的開關狀態、測漏系統等進行實時監控并記錄歷史數據，從而實現對機房各項環境參數的實時監控功能，對存在的安全隱患能夠及時報警，并自動采取對應的應急措施，為機房高效的管理和安全運行提供有力保障。

1 系統框架設計
中心機房智能控制器采用嵌入式操作系統，內嵌數據庫，采用RS485總線接口。嵌入式操作系統穩定可靠、可擴展性強；通過嵌入式系統中內嵌的數據庫，可以方便地對采集的數據進行歸類、分析及處理：RS485總線接口通信距離遠、穩定，可以支持32個節點的數據傳輸。
中心機房智能控制器采用B／S架構，內嵌Web服務器。管理員可以通過上位機直接訪問嵌入式集成智能控制器的Web服務器，直接通過網頁對智能控制器中的數據進行查看和修改，從而大大減少了用戶的工作量及成本。Web服務器可以圖表的形式顯示用戶需要查看的數據，并可以對于處在不同范圍內的數據采用不同的顏色進行顯示，以示區別。顯示內容直觀、便捷、美觀，增強了系統的用戶體驗。

圖1所示是中心機房控制系統結構圖。本系統通過各類傳感器實時監測和采集機房環境數據，并將這些數據反饋給中心機房，以便工作人員對采集到的數據進行分析和評估。一旦數據(例如溫度、水壓)超過了預設的限定值，智能控制器集成的GPRS模塊就會自動發送報警信息到機房管理人員的手機上，機房管理人員就能根據報警信息追蹤到問題現場，以便及時采取應對措施。

2 系統硬件平臺設計
圖2所示是中心機房智能控制器硬件框圖。本系統中心機房智能控制器的硬件主要由11個模塊組成：CPU處理器模塊、內存模塊、NAND FLASH模塊、NOR FLASH模塊、電源模塊、GPRS模塊、RS485總線接口、以太網接口、USB接口、擴展串口、預留GPIO接口。其中，CPU處理器模塊、內存模塊、NAND FLASH模塊、NOR FLASH模塊集成在mini6410核心板上；自制外圍板包含有DM9000網卡模塊、3路USB擴展接口模塊、8路A／D采集模塊、8路數字信號采集模塊、兩路RS485接口模塊以及擴展的兩路串口模塊。

2．1 網卡模塊
網卡模塊采用DM9000網卡芯片，可以自適應10／100M網絡，RJ45連接頭內部已經包含了耦合線圈，因此不必另接網絡變壓器，而是使用普通的網線直連路由器或者交換機即可實現以太網的接口。
2．2 USB模塊
USB模塊對mini6410核心板的USB接口進行了外擴，外擴的USB接口可以接USB攝像頭、USB鍵盤、USB鼠標、優盤等常見的USB外設，還可以接USBHub進行擴展，各個OS均已經自帶USBHub驅動，因此不必另外編寫或配置。本系統的USB接口外接GPRS模塊，因此，可將異常的監測結果實時通過外接的GPRS模塊以短信的形式發送到管理員的手機上。
2．3 模擬信號采集模塊
通過模擬信號采集模塊，可將溫濕度傳感器輸出的模擬信號經過限幅、濾波等調整后，輸入給S3C6410的A／D轉換通道，同時將模擬信號轉換成數字信號進行分析和處理。
2．4 數字信號采集模塊
數字信號采集模塊，可將數字信號經過光耦進行限幅處理后，經鎖存器傳遞給S3C6410的中斷輸入引腳，以便CPU能及時地對相應的數字信號進行分析、處理和響應。
2．5 RS485接口
RS485接口組成的半雙工網絡為兩線制，多采用屏蔽雙絞線傳輸。接線方式為總線式拓撲結構，在同一總線上最多可以掛接32個節點。在RS485通信網絡中采用的是主從通信方式，可同時與多臺智能設備進行通信，如UPS設備、配電柜等。
2．6 串口模塊
S3C6410共引出有4個串口，其中兩路串口轉RS485供智能設備通信，余下兩路串口轉接成RS232接口，一路外接撥號器，余下一路為調試預留接口。

3 系統軟件平臺設計
圖3所示是本系統中的B／S架構框圖。本系統采用B／S(Browser／Server)結構，即瀏覽器和服務器結構。系統分為表示層、業務邏輯層和數據庫層三層結構。表示層位于客戶端，即Internet Explore等Web瀏覽器，用于在客戶端瀏覽器中顯示用戶界面，該層可以調用由業務邏輯層提供的業務方法；業務邏輯層是系統核心部分，主要擔當業務的邏輯處理任務，包括處理表示層的數據請求，在為表示層提供業務功能的同時，通過數據庫層來訪問數據庫；數據庫層位于底層，主要用來實現數據庫的交互，包括查詢、插入、修改和刪除數據庫中數據的功能。

3．1 嵌入式系統(Linux)
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。
本系統采用自裁剪的Linux2．6．38內核+UBIFS文件系統來構建操作系統，并且為數字信號采集、模擬信號采集、繼電器控制等模塊分別編寫了GPIO及A／D驅動程序。Linux作為主流的嵌入式操作系統具有以下優勢：
(1)小巧而功能完善的內核；
(2)充分滿足硬件設備的實時性要求；
(3)具有很高的適應勝和可靠性；
(4)具有成熟的開發工具。
3．2 嵌入式數據庫(SOLite)
嵌入式數據庫可用于多種嵌入式操作系統。它將數據庫與操作系統的具體應用集成在一起，由程序直接調用相應的API去實現對數據的存取操作。嵌入式數據庫可以解決嵌入式系統內數據處理量不斷增加、數據操作效率要求較高等問題。
本系統選用的是嵌入式數據庫SQLite。SQLite是一款專門為嵌入式設備設計的輕型文件數據庫，它占用資源非常低，在嵌入式設備中，只需要幾百KB的內存就足夠了，并且能夠支持Windows／Linux／Unix等主流操作系統，同時能夠跟很多程序語言相結合，比如C&C++、C#、PHP和Java等。
3．3 嵌入式Web服務器(apache)
嵌入式Web服務器可以對遠程設備進行監控，用戶可通過網絡遠程訪問Web服務器來實現數據的采集和歷史數據的查詢，也可以通過各種接口對遠程設備進行控制，從而實現遠程監控，還可以向監控現場發送指令。此外，也可以根據需要添加新的控制功能，而無需對Web眼務器的框架進行大的改動。
通過移植apache web服務器和PHP運行環境，本系統可獨立運行支持PHP語言的Web服務器，以方便用戶通過瀏覽器查看所有監控數據及報警情況。至此，基于B／S架構的嵌入式系統已搭建完成。

4 系統應用程序設計
本系統所用驅動全部裁剪自內核，基于驅動的應用程序及數據庫、apache服務器均采用開機自運行的方式啟動。因此，初始化時只需簡單的網絡配置，后期系統上電即可使用，數據庫中數據的管理、維護均通過網頁完成，操作簡捷、方便。
4．1 A／D采集程序
對采集到的模擬信號，通過A／D轉換，并根據網頁的配置，可對數據進行等比例計算，同時對計算的結果進行分析比較，以將波動較大的數據定時寫入數據庫，也可以對超過臨界值的數據進行報警處理。
4．2 數字信號采集程序
數字信號采集程序與A／D采集程序的處理流程類似，也是對采集到的數字信號進行處理，并將有變化的數據寫入數據庫，對超過預設值的數據進行報警處理。
4．3 智能設備通信程序
本系統與智能設備的通信主要通過RS485模塊，采用MODBUS協議，對常用的設備，智能設備通信程序封裝了對應的協議結構，并對需要檢測的數據進行計算處理，同時將有波動的數據寫入數據庫，對超過預設值的數據進行報警處理。
4. 4 看門狗程序
通過系統中的看門狗應用程序可以大大增加軟件系統的可靠性。當程序出現異常時，看門狗程序能夠迅速捕獲到異常，并且快速重啟系統。
4．5 報警監控程序
本系統主要是監控機房的各項指標，在指標超過安全范圍時發出警報，以保證機房數據、信息等重要資源的安全。報警分為頁面告警、短信報警、電話報警、蜂鳴器告警等四種，用戶可以根據需求進行裁剪。其中，短信報警采用3G模塊進行報警，電話報警則采用電話撥號器SMS報警。

5 結語
機房監控系統廣泛應用于各行業領域的監控，確保機房設備的穩定運行，提高機房管理的安全性能和可靠程度，實現機房的科學管理。基于B／S架構的機房智能監控系統的設計與實現，可將Web服務器移植到嵌入式設備，因而操作簡單，能夠全天候地對機房設備的運行狀態、溫度、濕度、潔凈度、供電的電壓、電流、頻率、配電系統的開關狀態等進行實時監控。該系統一方面可以記錄各項歷史數據，能夠方便用戶對各項數據進行分析、判斷；另一方面，可實現對機房各項環境參數的實時監控功能，對存在的安全隱患能夠及時報警，并采取對應的應急措施，為機房高效的管理和安全運營提供有力的保證。