CN205103642U - 一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，属于室内环境监控技术领域。所述嵌入式室内环境网络监控***包括开关量传感器、光电隔离单元、数字温湿度传感器、智能设备或仪表、RS485转TTL电路单元、51单片机单元、电话语音报警单元、光电隔离继电器单元、网络接口单元，还包括外部控制设备、互联网及物联网公共平台和监控终端。本实用新型能够完成室内环境监测数据采集与电话语音报警，温湿度数据和智能设备或仪表数据超限电话语音报警，环境监测数据上传物联网公共服务平台,通过监控终端进行环境监测数据监视与查询、接收短信、微信、微博或电子邮件报警通知以及外部控制设备的远程控制等功能，提供了多种报警形式，支持多种监控终端，能够实现室内基础设施环境的无缝智能监控和无人值守。

Description

一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***

技术领域

本实用新型涉及一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，尤其涉及一种基于51单片机和物联网公共服务平台的网络室内环境远程监控***，属于室内环境监控技术领域。

背景技术

在信息技术快速发展的背景下，计算机网络机房、数据中心、电力配电室等室内基础设施的数量迅猛增长。对于大型的网络机房和数据中心，需要专门收入大量资金建设专门的环境网络监控***，专人值守进行运维管理。而对于中小型企事业单位的机房、配电室等室内基础设施，往往受限于建设成本等因素，难以建设专门的室内环境网络监控***，通常采用有人值守或定期巡查的方式进行运维管理，消耗大量的人力与物力。当出现入侵、烟火、水淹、断电等环境紧急事件时，往往得不到及时处理，易造成事故，甚至产生严重的经济损失。因此，针对中小型网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施，如何构建相应的环境网络监控***，实现中小型室内基础设施的智能监控与远程管理，改变传统的监控与运维管理方式，避免造成严重损失，成为运维管理人员亟待解决的问题。

在现有技术中，主要通过监测主机采集各类环境监测传感器的数据，上传至后台服务器进行数据处理、存储、查询与报警，这种方式下，除设计开发监测主机外，还需要构建专门的后台服务器及服务软件，在结构复杂的同时，也加大的成本投入。此外，报警方式通常后台服务软件提示报警或通过手机短信方式报警，当无人值守或短信网络阻塞时，报警信息的及时性存在一定的不确定性，可能带来故障处理的延误，甚至造成事故。

随着内置TCP/IP硬件协议栈网络芯片的出现，使51单片机嵌入式装置具有以太网接口并且接入互联网成为可能。同时，随着物联网技术的迅猛发展，国内出现了多个物联网公共服务平台，如YEELINK、乐联网、传感云、OneNet等，这些物联网公共服务平台通常能够提供传感数据的上传接口、数据云存储、数据展示、以及短信、微信、微博或电子邮件报警等公共服务功能。以上相关技术的发展，使各类中小型网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施构建低成本、智能化的嵌入式网络监控***提供了可能。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，面向中小型计算机网络机房、数据中心和电力配电室等室内基础设施环境监控需求，提供一种低成本、易操作的嵌入式室内环境网络监控***。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，包括：

开关量传感器，可以是但不限于红外传感器、烟感传感器、温感传感器、水浸传感器、明火传感器、市电传感器等，用以采集需要监测的室内环境参量，与光电隔离单元和光电隔离继电器单元相连接。

光电隔离单元，由光耦和辅助电路构成，与开关量传感器、51单片机GPIO端口相连接，用以开关量传感器输出端与51单片机GPIO端之间的隔离。

数字温湿度传感器，可以但不限于一线总线式数字温度传感器、数字湿度传感器或数字温湿度传感器，用以采集室内温度、湿度环境参量，与51单片机GPIO端口相连接。

智能设备或仪表，可以但不限于具有RS232或RS485通信接口的UPS、电力仪表、氧含量检测仪、SF6泄漏检测仪等，用以采集室内环境指定的监测参量；与RS485转TTL单元相连接。

RS485转TTL单元，由RS485转TTL信号转换电路构成，用以将RS485信号转换成TTL信号，与51单片机UART端口相连接。

51单片机单元，与光电隔离单元、数字温湿度传感器、RS485转TTL单元、网络接口单元、光电隔离继电器单元相连接。

电话语音报警单元，与光电隔离继电器单元相连接，同时连接至外部电话网，用以当开关量传感器变位和指定监测参量超限时，通过电话网进行电话语音报警。

光电隔离继电器单元，由光耦和交直流继电器及辅助电路构成，与开关量传感器、51单片机GPIO端口以及电话语音报警单元相连接，同时连接至外部控制设备，用以驱动指定监测参量变位和超限时电话语音报警以及外部设备控制。

外部控制设备，可以但不限于照明开关、排风扇开关、空调开关、电力断路器等，用于执行完成指定的开关控制操作。

网络接口单元，由具有SPI接口及内置TCP/IP协议栈的网络接口芯片和辅助电路构成，与51单片机SPI端口相连接，同时连接至外部互联网和物联网公共服务平台。

互联网及物联网公共服务平台，可以但不限于是YEELINK、乐联网、传感云、OneNet等，用以上传监测参量数据的接收、存储、展示以及短信、微信、微博或电子邮件报警。

监控终端，可以但不限于是能够连接互联网的PC、智能手机或平板电脑，与互联网及物联网公共服务平台相连接后，能够通过WEB或APP操作接收报警信息以及完成监测参量数据的查询、管理与指定设备的远程控制操作。

本实用新型的有益效果是：

（1）采用电话语音报警和通过物联网公共服务平台触发短信、微信、微博或电子邮件报警相结合的技术手段，报警形式互为补充和备份，有效避免了单一报警方式的不足；

（2）支持PC、智能手机或平板电脑等监控终端，使运维管理人员能够随时随地掌握室内基础设施的运行情况，实现室内基础设施环境的无缝监控和无人值守；

（3）通过连接物联网公共服务平台，实现环境监测数据的云存储，在节省自建后台***投入成本的同时，也能够充分利用物联网公共服务平台提供的安全可靠的服务功能；

（4）采用51单片机为核心和带硬件TCP/IP协议栈的网络芯片为网络接口，无需操作***支持，监控软件直接固化于51单片机中，启动迅速，不会感染病毒；

（5）成本低、结构简单、易于操作，能够有效降低室内基础设施环境监控***建设实施的难度和复杂度，并有效降低建设成本，能够广泛应用于中小型室内基础设施的环境监控场合。

附图说明：

图1是本实用新型***的组成结构示意图。

图2是本实用新型的实施例***组成结构示意图。

具体实施方式：

下面以一个电力配电室环境监控为实施例，对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，本实用新型实施例***包括3个温烟感传感器、4个红外传感器、4个水浸传感器、1个市电传感器、2个一线总线式数字温湿度传感器、1个具有RS485通信接口和通信功能的UPS、12路光电隔离单元、1路RS485转TTL电路单元、51单片机IAP15W4K61S4、20路光电隔离继电器单元、16防区电话语音报警单元、2路照明控制开关、2路排风扇控制开关、W5500网络接口单元、YEELINK物联网公共服务平台以及PC、智能手机或平板电脑监控终端。

12个开关量传感器信号复用分离为两组信号，一组信号经12路光电隔离单元进行隔离后与51单片机IAP15W4K61S4的12个GPIO输入端口相连接，用以51单片机IAP15W4K61S4采集温烟感、红外、水浸和市电报警开关量传感信号；另一组信号经20路光电隔离继电器单元后连接至16防区电话语音报警单元，用以直接触发温烟感、红外、水浸和市电报警事件的电话语音报警。

2个一线总线式数字温湿度传感器与51单片机IAP15W4K61S4的2个GPIO双向端口相连接，用以51单片机IAP15W4K61S4采集配电室的温度和湿度检测参量。

1个具有RS485通信接口和通信功能的UPS的通信口经1路RS485转TTL电路单元后与51单片机IAP15W4K61S4的UART端口相连接，用以51单片机IAP15W4K61S4采集UPS的运行状态和输入电压、输出电压监测参量。

51单片机IAP15W4K61S4的8个GPIO输出端口经20路光电隔离继电器单元后分别与16防区电话语音报警单元和2路照明控制开关、2路排风扇控制开关相连接，51单片机IAP15W4K61S4的8个GPIO输出信号中，4个用以驱动配电室环境温度、湿度、UPS监测参量的超限电话语音报警，另外4个用以分别驱动2路照明控制开关和2路排风扇控制开关。

W5500网络接口单元的SPI接口侧连接至51单片机IAP15W4K61S4的SPI接口，以太网接口侧可通过ADSL、光纤专线或3G/4G网络连接至外部互联网，用以实现本实用新型***与互联网及物联网公共服务平台YEELINK的连接。

PC、智能手机或平板电脑监控终端接入互联网。

本实用新型***的工作过程如下：

过程一：环境监测数据采集与电话语音报警。包括3个温烟感传感器、4个红外传感器、4个水浸传感器、1个市电传感器的开关量传感器的状态信号，2个数字温湿度传感器监测数据以及UPS监测数据由51单片机IAP15W4K61S4进行定时采集，暂存于51单片机IAP15W4K61S4的内部RAM中，做好向物联网公共服务平台YEELINK上传数据的准备；同时，当某一开关量传感器状态信号发生状态变位时，即刻触发继电器触点动作，进而触发开关量传感器报警事件对应防区的电话语音报警。

过程二：温湿度数据和UPS监测数据超限电话语音报警。51单片机IAP15W4K61S4在对温湿度数据和UPS监测数据定时采集的同时，与预设超报警限值进行比较，当采集到的监测数据超过预设报警限值时，通过GPIO输出端口发出控制信号触发继电器触点动作，进而触发温湿度数据及UPS监测数据超限报警事件对应防区的电话语音报警。

过程三：环境监测数据上传物联网公共服务平台。51单片机IAP15W4K61S4判别所采集到的开关量传感器状态数据，当发生状态变位时，立即将开关量传感器状态数据通过W5500网络接口上传至物联网公共服务平台YEELINK；同样，51单片机IAP15W4K61S4判别所采集到的温湿度数据和UPS监测数据变化情况，当数据变化超过预设上传阀值时，立即将变化超过预设上传阀值的温湿度数据和UPS监测数据上传至物联网公共服务平台YEELINK。

过程四：环境监测数据监视与查询。本实用新型提供两种数据监视与查询方式，第一种方式为实时监测数据监视与查询，可通过PC、智能手机或平板电脑利用浏览器访问51单片机IAP15W4K61S4内建的WEB服务，以WEB页面方式进行所有实时监测数据的监视与查询；第二种方式为历史监测数据监视与查询，可通过PC、智能手机或平板电脑，利用浏览器访问物联网公共服务平台YEELINK提供的WEB服务或通过YEELINKAPP访问物联网公共服务平台YEELINK上存储的历史数据，进行环境监测数据的监视与查询。

过程五：利用物联网公共服务平台YEELINK触发短信、微信、微博或电子邮件报警通知。通过在物联网公共服务平台YEELINK上配置相应环境监测数据报警事件的触发规则，当上传至YEELINK的开关量传感器状态数据发生变位或温湿度数据及UPS监测数据值超过触发规则预设的报警限值时，YEELINK将会触发短信、微信、微博或电子邮件报警通知，配电室运维人员能够通过PC、智能手机或平板电脑接收到相应的报警通知。

过程六：配电室照明和排风扇的远程控制。利用接入互联网的PC、智能手机或平板电脑通过浏览器或APP方式访问51单片机IAP15W4K61S4内建的WEB服务器或物联网公共服务平台，按需进行配电室照明和排风扇的远程控制操作。

Claims (4)

1.一种基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，其特征在于，包括：开关量传感器、光电隔离单元、数字温湿度传感器、智能设备或仪表、RS485转TTL电路单元、51单片机单元、电话语音报警单元、光电隔离继电器单元、网络接口单元；其中，所述开关量传感器，其输出信号与光电隔离单元输入端和光电隔离继电器单元输入端相连接；所述光电隔离单元，其信号输入端与开关量传感器输出端相连接，其信号输出端与51单片机的GPIO端口相连接；所述数字温湿度传感器，其信号与51单片机GPIO端口相连接；所述智能设备或仪表，其信号与RS485转TTL单元相连接；所述RS485转TTL单元，与智能设备或仪表、51单片机的UART端口相连接；所述51单片机单元，与光电隔离单元、数字温湿度传感器、RS485转TTL单元、网络接口单元、光电隔离单元相连接；所述电话语音报警单元，与光电隔离继电器单元相连接，同时连接至外部电话网；所述光电隔离继电器单元，与开关量传感器、51单片机的GPIO端口以及电话语音报警单元相连接，同时连接至外部控制设备；所述网络接口单元，由具有SPI接口及内置TCP/IP协议栈的网络接口芯片和辅助电路构成，与51单片机的SPI端口相连接，同时连接至外部互联网和物联网公共服务平台。

2.如权利要求1所述的基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，其特征在于，还包括外部控制设备，与光电隔离继电器单元相连接。

3.如权利要求1所述的基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，其特征在于，还包括互联网及物联网公共服务平台，通过网络接口单元与所述互联网及物联网公共服务平台相连接。

4.如权利要求1所述的基于51单片机的嵌入式室内环境网络监控***，其特征在于，还包括监控终端，通过与互联网及物联网公共服务平台相连接，实现接收报警信息以及完成监测参量数据的查询、管理与指定设备的远程控制操作。