基于ZigBee的远程机房环境监测系统设计

李妤薇

【摘要】 本文以现代通信建设中远程机房环境监测为对象，设计了一套基于ZigBee无线传感器网络的远程机房环境监测系统。该项研究内容可以弥补目前一些远程机房进行有线监控的不足，具有一定的参考价值和现实意义

【关键词】 ZigBee 无线传感器网络 环境监测系统

一、引言

隨着我国现代通信业的快速发展，通信机房的设计与建设逐渐趋于科学化，并对无人值守远程机房的环境与设备监测提出了智能化要求。针对远程机房环境监测系统的特点，本文采用ZigBee技术研究构建一个无线传感器网络，实现远程机房内温湿度、空调运行状况、消防烟感、红外入侵、门禁电磁锁控制和电源系统等综合环境监测。

二、系统设计要求

该系统主要实现远程机房的物理环境和设备运行情况监测，要求独立于机房内其他通信设施。由于机房内通信设备均采用有线通信方式，因此可以采用无线传感器网络作为系统解决方案，不存在通信干扰。数据采集终端要求使用独立供电系统，作为低功耗的ZigBee传感器网络节点设备可以满足自带电源模块的要求。传感器网络收集的信息，通过上位机采用有线方式传送给监控中心主机，可以使用通信机房内自有传输资源以降低成本。

三、系统组成及结构

该系统由远程机房和中心机房系统两部分组成，远程机房内系统包括ZigBee无线传感器网络及上位机，中心机房内系统包括监控主机和声光报警装置，两个系统通过自有E1传输线路（2M）连接。

1）系统构成

在基于ZigBee的无线传感器网络中，离散分布的众多传感器之间根据ZigBee协议标准相互协同工作以完成通信，网络中的传感器仅需要很少的能量便可以以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点传到另一个节点。这些节点有的是信息采集节点，有的是每个工作组的信息汇聚节点，同时还包括一个ZigBee网络协调器节点（即集中采集器，IEEE 802.15.4标准中称为PAN协调器）。

整个远程机房环境监测系统采用层次型结构组网，最上层是中心机房监控主机，往下依次是远程机房上位机和ZigBee无线传感网，属于树形拓扑结构。具体设备有：第一层的监控中心监测主机、第二层的上位机（连接中心机房监控主机和ZigBee网络的主节点）、第三层的ZigBee主节点（即协调器设备，它充当集中采集器的角色）、第四层（底部）的路由器节点（PAN协调器）和各传感器终端节点。

2）网络结构

该系统网络拓扑结构如下图1所示。

在网络中，协调器（Coordinator）负责建立网络、发送控制命令，路由器（Router）和终端节点（EndDevice）加入网络，周期性地采集温湿度、各类电压/电流值发送给协调器。协调器通过RS-232串口与上位机相连，把ZigBee网络采集到的远程机房环境数据、设备运行状态信息发送给上位机。在ZigBee无线网络中，各网络节点间在IEEE 802.15.4/ ZigBee网络协议框架下进行无线通信，要求天线的辐射方向为全向。系统工作原理如下图2所示。

四、硬件组成

该系统由ZigBee无线网络和外围设备组成。ZigBee无线网络节点根据功能划分为三部分：数据处理模块、数据传输模块、传感器模块和电源模块，如图3所示。其中，数据处理模块和数据传输模块使用完全兼容8051内核和ZigBee2006协议栈的CC2430芯片；传感器模块包括温湿度传感器、热释电红外传感器、电压传感器；电源模块则采用低功耗、低电压工作的芯片来降低硬件电路的耗电量。外围设备主要起到接入ZigBee网络、远程传输和集中监控的作用。

五、结语

本文对ZigBee技术应用于无线传感器网络实现远程机房环境监测进行的研究与设计，契合了物联网技术发展与应用的要求，具有一定现实意义和实用价值。ZigBee技术属于新兴近距离无线通信技术，随着其硬件和协议栈的不断推陈出新，未来将会有更丰富的相关应用。

参 考 文 献

[1]王小强，欧阳骏，黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012.5

[2]姚亚洲，吴栋，韩冰.基于ZigBee技术的电能检测系统设计[J].南京师大学报（自然科学版），2013（2）

[3]ZigBee Specification[EB/OL].http：//www.ZigBee.org/Specifications.aspx