基于51單片機(jī)的嵌入式室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于51單片機(jī)的嵌入式室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于51單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，屬于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、數(shù)據(jù)中心、電力配電室等室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量迅猛增長(zhǎng)。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和數(shù)據(jù)中心，需要專門收入大量資金建設(shè)專門的環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，專人值守進(jìn)行運(yùn)維管理。而對(duì)于中小型企事業(yè)單位的機(jī)房、配電室等室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施，往往受限于建設(shè)成本等因素，難以建設(shè)專門的室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通常采用有人值守或定期巡查的方式進(jìn)行運(yùn)維管理，消耗大量的人力與物力。當(dāng)出現(xiàn)入侵、煙火、水淹、斷電等環(huán)境緊急事件時(shí)，往往得不到及時(shí)處理，易造成事故，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，針對(duì)中小型網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、數(shù)據(jù)中心和電力配電室等室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施，如何構(gòu)建相應(yīng)的環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中小型室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的智能監(jiān)控與遠(yuǎn)程管理，改變傳統(tǒng)的監(jiān)控與運(yùn)維管理方式，避免造成嚴(yán)重?fù)p失，成為運(yùn)維管理人員亟待解決的問(wèn)題。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，主要通過(guò)監(jiān)測(cè)主機(jī)采集各類環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)，上傳至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、查詢與報(bào)警，這種方式下，除設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)主機(jī)外，還需要構(gòu)建專門的后臺(tái)服務(wù)器及服務(wù)軟件，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同時(shí)，也加大的成本投入。此外，報(bào)警方式通常后臺(tái)服務(wù)軟件提示報(bào)警或通過(guò)手機(jī)短信方式報(bào)警，當(dāng)無(wú)人值守或短信網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)，報(bào)警信息的及時(shí)性存在一定的不確定性，可能帶來(lái)故障處理的延誤，甚至造成事故。
[0004]隨著內(nèi)置TCP/IP硬件協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)芯片的出現(xiàn)，使51單片機(jī)嵌入式裝置具有以太網(wǎng)接口并且接入互聯(lián)網(wǎng)成為可能。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，如YEELINK、樂(lè)聯(lián)網(wǎng)、傳感云、OneNet等，這些物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)通常能夠提供傳感數(shù)據(jù)的上傳接口、數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)展示、以及短信、微信、微博或電子郵件報(bào)警等公共服務(wù)功能。以上相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使各類中小型網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、數(shù)據(jù)中心和電力配電室等室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建低成本、智能化的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，面向中小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、數(shù)據(jù)中心和電力配電室等室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境監(jiān)控需求，提供一種低成本、易操作的嵌入式室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
[0007]一種基于51單片機(jī)的嵌入式室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:
開(kāi)關(guān)量傳感器，可以是但不限于紅外傳感器、煙感傳感器、溫感傳感器、水浸傳感器、明火傳感器、市電傳感器等，用以采集需要監(jiān)測(cè)的室內(nèi)環(huán)境參量，與光電隔離單元和光電隔離繼電器單元相連接； 光電隔離單元，由光耦和輔助電路構(gòu)成，與開(kāi)關(guān)量傳感器、51單片機(jī)GP1端口相連接，用以開(kāi)關(guān)量傳感器輸出端與51單片機(jī)GP1端之間的隔離；
數(shù)字溫濕度傳感器，可以但不限于一線總線式數(shù)字溫度傳感器、數(shù)字濕度傳感器或數(shù)字溫濕度傳感器，用以采集室內(nèi)溫度、濕度環(huán)境參量，與51單片機(jī)GP1端口相連接；
智能設(shè)備或儀表，可以但不限于具有RS232或RS485通信接口的UPS、電力儀表、氧含量檢測(cè)儀、SF6泄漏檢測(cè)儀等，用以采集室內(nèi)環(huán)境指定的監(jiān)測(cè)參量，與RS485轉(zhuǎn)TTL單元相連接；
RS485轉(zhuǎn)TTL單元，由RS485轉(zhuǎn)TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，用以將RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)，與51單片機(jī)UART端口相連接；
51單片機(jī)單元，與光電隔離單元、數(shù)字溫濕度傳感器、RS485轉(zhuǎn)TTL單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元、光電隔離繼電器單元相連接；
電話語(yǔ)音報(bào)警單元，與光電隔離繼電器單元相連接，同時(shí)連接至外部電話網(wǎng)，用以當(dāng)開(kāi)關(guān)量傳感器變位和指定監(jiān)測(cè)參量超限時(shí)，通過(guò)電話網(wǎng)進(jìn)行電話語(yǔ)音報(bào)警；
光電隔離繼電器單元，由光耦和交直流繼電器及輔助電路構(gòu)成，與開(kāi)關(guān)量傳感器、51單片機(jī)GP1端口以及電話語(yǔ)音報(bào)警單元相連接，同時(shí)連接至外部控制設(shè)備，用以驅(qū)動(dòng)指定監(jiān)測(cè)參量變位和超限時(shí)電話語(yǔ)音報(bào)警以及外部控制設(shè)備的控制；
外部控制設(shè)備，可以但不限于照明開(kāi)關(guān)、排風(fēng)扇開(kāi)關(guān)、空調(diào)開(kāi)關(guān)、電力斷路器等，用以執(zhí)行完成指定的開(kāi)關(guān)控制操作；
網(wǎng)絡(luò)接口單元，由具有SPI接口及內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)接口芯片和輔助電路構(gòu)成，與51單片機(jī)SPI端口相連接，同時(shí)連接至外部互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)；
互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，可以但不限于是YEELINK、樂(lè)聯(lián)網(wǎng)、傳感云、OneNet等，用以上傳監(jiān)測(cè)參量數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、展示以及觸發(fā)短信、微信、微博或電子郵件報(bào)警；
監(jiān)控終端，可以但不限于是能夠連接互聯(lián)網(wǎng)的PC、智能手機(jī)或平板電腦，與互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)相連接后，能夠通過(guò)WEB或APP操作接收?qǐng)?bào)警信息以及完成監(jiān)測(cè)參量數(shù)據(jù)的查詢、管理與指定外部控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制操作。
[0008]一種基于51單片機(jī)的嵌入式室內(nèi)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方法，具體步驟為:
步驟一:環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與電話語(yǔ)音報(bào)警，開(kāi)關(guān)量傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)、數(shù)字溫濕度傳感器溫濕度數(shù)據(jù)、智能設(shè)備或儀表數(shù)據(jù)通過(guò)51單片機(jī)進(jìn)行采集，做好向物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)上傳的準(zhǔn)備，同時(shí)，如果開(kāi)關(guān)量傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生狀態(tài)變位，直接驅(qū)動(dòng)光電隔離繼電器單元觸發(fā)電話語(yǔ)音報(bào)警單元進(jìn)行電話語(yǔ)音報(bào)警。
[0009]步驟二:溫濕度數(shù)據(jù)和智能設(shè)備或儀表數(shù)據(jù)超限電話語(yǔ)音報(bào)警，51單片機(jī)判別溫濕度數(shù)據(jù)和智能設(shè)備或儀表數(shù)據(jù)超限情況，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警限值時(shí)，驅(qū)動(dòng)光電隔離繼電器單元觸發(fā)電話語(yǔ)音報(bào)警單元進(jìn)行電話語(yǔ)音報(bào)警。
[0010]步驟三:環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，51單片機(jī)判別開(kāi)關(guān)量傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生狀態(tài)變位時(shí)，立即將開(kāi)關(guān)量傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)；51單片機(jī)判別溫濕度數(shù)據(jù)和智能設(shè)備或儀表數(shù)據(jù)變化情況，當(dāng)變化超過(guò)預(yù)設(shè)上傳閥值時(shí)，立即將變化超過(guò)預(yù)設(shè)上傳閥值的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)；上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存于物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)的云存儲(chǔ)空間內(nèi)。
[0011]步驟四:環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)視與查詢，包括兩種方式，第一種方式為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)視與查詢，即PC、智能手機(jī)或平板電腦通過(guò)瀏覽器直接訪問(wèn)51單片機(jī)內(nèi)置的WEB服務(wù)器，以WEB頁(yè)面方式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的監(jiān)視與查詢；第二種方式為歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)視與查詢，即PC、智能手機(jī)或平板電腦，通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)提供的WEB服務(wù)或通過(guò)APP訪問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)上存儲(chǔ)的環(huán)境監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)。
[0012]步驟五:物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)觸發(fā)短信、微信、微博或電子郵件報(bào)警通知，通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)上配置環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警觸發(fā)規(guī)則，當(dāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變位或超過(guò)報(bào)警限值時(shí)，觸發(fā)短信、微信、微博或電子郵件報(bào)警通知。
[0013]步驟六:外部控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，PC、智能手機(jī)或平板電腦通過(guò)瀏覽器或APP操作訪問(wèn)51單片機(jī)內(nèi)置的WEB服務(wù)器或物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)行指定外部控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制操作。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
(1)本發(fā)明采用電話語(yǔ)音報(bào)警和通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)觸發(fā)短信、微信、微博或電子郵件報(bào)警相結(jié)合的技術(shù)手段，報(bào)警形式互為補(bǔ)充和備份，有效避免了單一報(bào)警方式的不足；
(2)本發(fā)明支持PC、智能手機(jī)或平板電腦等監(jiān)控終端，使運(yùn)維管理人員能夠隨時(shí)隨地掌握室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境情況，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境的無(wú)縫監(jiān)控和無(wú)人值守；
(3)本發(fā)明通過(guò)連接物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)，在節(jié)省自建后臺(tái)系統(tǒng)投入成本的同時(shí)，也能夠充分利用物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)提供的安全可靠的服務(wù)功會(huì)K ;
(4)本發(fā)明采用51單片機(jī)為核心和帶硬件TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)芯片為網(wǎng)絡(luò)接口，無(wú)需操作系統(tǒng)支持，監(jiān)控軟件直接固化于51單片機(jī)中，啟動(dòng)迅速，不會(huì)感染病毒；
(5)本發(fā)明構(gòu)建成本低、易于操作，能夠有效降低室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施的難度和復(fù)雜度，并有效降低建設(shè)成本，能夠廣泛應(yīng)用于中小型室內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境監(jiān)控場(chǎng)合。
[0015]【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
下面以一個(gè)電力配電室環(huán)境監(jiān)控為實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)包括3個(gè)溫?zé)煾袀鞲衅鳌?個(gè)紅外傳感器、4個(gè)水浸傳感器、I個(gè)市電傳感器、2個(gè)一線總線式數(shù)字溫濕度傳感器、I個(gè)具有RS485通信接口和通信功能的UPS、12路光電隔離單元、I路RS485轉(zhuǎn)TTL電路單元、51單片機(jī)IAP15W4K61S4、20路光電隔離繼電器單元、16防區(qū)電話語(yǔ)音報(bào)警單元、2路照明控制開(kāi)關(guān)、2路排風(fēng)扇控制開(kāi)關(guān)、W5500網(wǎng)絡(luò)接口單元、YEELINK物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)以及PC、智能手機(jī)或平板電腦監(jiān)控終端。
[0019]12個(gè)開(kāi)關(guān)量傳感器信號(hào)復(fù)用分離為兩組信號(hào)，一組信號(hào)經(jīng)12路光電隔離單元進(jìn)行隔離后與51單片機(jī)IAP15W4K61S4的12個(gè)GP1輸入端口相連接，用以51單片機(jī)IAP15W4K61S4采集溫?zé)煾?、紅外、水浸和市電報(bào)警開(kāi)關(guān)量傳感信號(hào)；另一組信號(hào)經(jīng)20路光電隔離繼電器單元后連接至16防區(qū)電話語(yǔ)音報(bào)警單元，用以直接觸發(fā)溫?zé)煾?、紅外、水浸和市電報(bào)警事件的電話語(yǔ)音報(bào)警。
[0020]2個(gè)一線總線式數(shù)字溫濕度傳感器與51單片機(jī)IAP15W4K61S4的2個(gè)GP1雙向端口相