面向中职机房的智能插座硬件设计

摘 要：我校2018年入驻郑州职教园区，学校信息中心机房日常管理面临机房增多，人员不足的现状，而且现今的设备不仅需要人员花费的大量时间逐个开关，还要随时检查运行状态，防止发生安全事故。这样在管理工作中消耗了大量的人力，效率也不高，在有些情况下还不能及时的处理紧急状况。因此，需要设计一种管理职能化、集中化，部署简单，成本低下的解决方案。本文以智能插座为原型设计，基于DL-LN33无线自组网模块，以STC15F2K60S2为主要部件，配合继电器，温度传感器等器件，对机房环境进行感知，并配合周围智能插座，完整自主调控，实现机房的智能化管理。

关键词：机房管理；智能插座；Zigbee；传感器网络

中图分类号：TM503.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）07-0179-02

Abstract：Our school entered the Zhengzhou Vocational Education Park in 2018. The daily management of the computer room of the school information center is facing the increasing number of computer rooms and the shortage of personnel，and today’s devices take a lot of time for people to switch one by one，also check the running state at any time，prevent safety accidents. This has consumed a lot of manpower and efficiency in management. In some cases，it is not possible to deal with emergencies in a timely manner. Therefore，we need to design a solution of management functionalization，centralization，simple deployment and low cost. In this paper， based on the prototype of intelligent socket，based on DL-LN33 wireless ad hoc network module，STC15F2K60S2 as the main component，with relay，temperature sensor and other devices，it is aware of the environment of the machine room，and with the surrounding intelligent socket，complete and independent control，realize the intelligent management of the machine room.

Keywords：computer room management；intelligent socket；Zigbee；sensor network

0 引 言

学校数据信息中心设备管理是学校日常运行中的重要环节。如今信息技术的快速发展，信息数据中心的设备增多，造成设备管理的种种问题和困难。在解决方案中设计的智能插座硬件是以实际环境的用电数据收集为支撑，进行数据采集，插座的自组网，通过Web和手机APP端实现对智能插座的控制。智能插座硬件平台主要为软件提供运行环境，相應的功能都需要硬件电路的支持，首先进行硬件平台的设计。本研究中面向中职机房的智能插座硬件设计是面向中职机房的数据收集器，即传感器上传来的参数对机房管理的应用，主要考虑的是收集上来的数据对中职机房管理的可行性和有效性。

主控电路在设计中起到中心控制作用，因此，它首先应当具备有力的运算能力，其次还要有足够低的功耗，不至于在应用时相比其它普通插座有额外的能量消耗。同时它还需要具有控制通信模块传输数据的能力，这对芯片实时处理信息的能力有了一定的要求。最后则是插座的尺寸，这就要求芯片在选型时要选择尽量小的尺寸。本研究中硬件选择STC15F260S2开发板为主控芯片，将网络组织、数据收集、硬件控制等有机地整合为一个整体，构成了本研究中智能插座硬件的基础。整体的硬件平台系统如图1所示。

1 基于Zigbee模块的自组网组织程序

Zigbee技术是一种短距离、低功耗的无限通信技术。Zigbee模块具有低功耗、低成本，高安全性，免执照频段等优点。在物联网领域具有很广泛的应用，技术也相对成熟。在开发的过程中也考虑过Zigbee虽然有自组搭建网络的能力但数据容量相对较低，鉴于在机房环境下，节点容量并不是一个首要考虑的因素，加上本次开发时间紧迫，Zigbee具有自组网功能符合实际需求，而且开发周期短，可应用现成开发模块，在中职机房的环境下，插座的供电相对较稳定，对插座功耗的要求相对较低。另一方面，机房在空间分布上相对稳定，在机房建成之后，空间分布的变化将很小，甚至在很长一段时间内是不变化的。也就是说，智能插座组建成的网络拓扑是相对稳定的。同时，在同一间教室，没有必要存在过多的节点，多台微机集中分布，用同一插座就可以管理，这也提高的了资源的利用率。

综上所述，本次设计需要的是一个具有中心运算单元，较远通信距离，高数据传输率，较低功耗的硬件平台。多次选型之后，决定使用2.4G无线组网模块UART串口收发CC2530自组网Zigbee模块作为各个职能插座相互通信自组网基本硬件。

DL-LN33无线自组网模块是一款基于UART接口的无线传输模块，简单易用，组网稳定，可以工作在2400MHz～2450MHz公用频段，该模块采用TI的CC2530芯片，符合IEEE 802.15.4协议。支持无线自组网多跳传输。UART串口通信，简单易用。DL-LN33无线自组网模块上电自动组网，模块工作时，会与周围的模块自动组成一个无线多跳网络，此网络为对等网络，不需要中心节点，微控制器（MCU）或者电脑能通过Uart告诉模块目标地址和待发送的数据，模块会通过网络选择最优的路径，将信息传输给目标模块，而目标模块能通过Uart输出源地址和上述数据。该模块为无线多跳传输，上电自动组网以及地址配置符合本研究对硬件的基础要求。

2 通过传感器进行数据收集

传感器模块是插座的“耳目”，主要负责感知周围环境，主要器件就是各种传感器。本设计用DS18B20为代表设计传感器模块。为了保证传感器的正常工作，需要在唯一接口上加上4.7k的上拉电阻。因此，本设计的传感器模块接口需要按DS18B20要求设计。本研究中智能插座涉及的传感器包括功率、电流、电压等数据的收集均采用PZEM-004T交流电能计量以完成功率，电流，电压等环境量的获取。

3 继电器控制电路通断

继电器电路相对简单，主要负责对用电器进行控制。首先需要供电接口，以保证正常的运作；然后就是连接控制接口，和相应的主控芯片接口相连，这样就可以控制继电器的通断；最后是用电器接口，将火线接入继电器，控制其通断，完成具体的效果和电路图。使用继电器是将电路直接断电，可以避免待机状况下对电的消耗。

本研究中具体设计的硬件平台电路，本着通用性和可拓展性的原则，以不损害现有布线为基础，进行部署，同时利用单排母作为连接接口，杜邦线作为主要联通线路以方便链接。电路可以完成软件需求，为接下来的软件设计打好基础。

參考文献：

[1] 李毅.基于无线ZigBee网络技术的用电需求侧全面监测 [J].四川电力技术，2010，33（2）：80-82.

[2] 胡晓东，戴瑜兴.基于ZigBee技术的智能家居控制系统设计 [J].低压电器，2008（14）：19-21+25.

[3] 刘海涛.物联网之感知社会论 [M].上海：华东师范大学出版社，2011.

[4] 钱志鸿，王义君.面向物联网的无线传感器网络综述 [J].电子与信息学报，2013，35（1）：215-227.

[5] 刘强.无线传感器网络组网关键技术研究 [D].成都：电子科技大学，2012.

作者简介：董丽红（1970-），女，河南郑州人，系部主任，高级讲师。研究方向：物联网；耿晓雷（1990-），男，河南平顶山人，讲师。研究方向：物联网；杨爽（1988-），女，河南许昌人，讲师，硕士。研究方向：物联网。