機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)中通信管理機(jī)的設(shè)計(jì)

1.引言

在信息化的時(shí)代,構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)核心的許多關(guān)鍵設(shè)備對運(yùn)行環(huán)境有著十分嚴(yán)格的要求，因而必須按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和具體需要建立包含供配電、UPS、空調(diào)、消防、保安、漏水檢測等環(huán)境保障設(shè)備的機(jī)房系統(tǒng)。因此，機(jī)房系統(tǒng)的可靠與否直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)能否正常、持久、穩(wěn)定地運(yùn)行，為此，我們在吸收先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)房管理實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出了機(jī)房環(huán)境設(shè)備計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng))。

2.機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)由控制器，前端數(shù)據(jù)采集傳感器、讀卡器、電鎖、門磁、開門開關(guān)和通信管理機(jī)、管理主機(jī)、管理軟件等組成。概括來講，整個(gè)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)可劃分為三個(gè)部分：控制器、通信管理機(jī)、服務(wù)器系統(tǒng)，構(gòu)成示意圖如圖1所示。

圖1 機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

3.通信管理機(jī)的任務(wù)需求與分類

通信管理機(jī)是整個(gè)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)輔助設(shè)備，它的任務(wù)是在脫離服務(wù)器的情況下,仍然能夠自行對控制器或稱下位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理與控制。通信管理機(jī)除了完成對下位機(jī)的管理與控制外，還應(yīng)該可以根據(jù)用戶的不同需求,對來自上位機(jī)隨時(shí)產(chǎn)生的任務(wù)進(jìn)行處理。綜合起來講,通信管理機(jī)的任務(wù)主要來自三個(gè)方面:定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)、上位機(jī)下達(dá)的任務(wù)、報(bào)警任務(wù),下面分別介紹和解釋這三種任務(wù)的要求與功能，并簡單敘述硬件資源要求。

3.1定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)

我們假設(shè)，一個(gè)通信管理機(jī)最多能夠與64個(gè)控制器建立聯(lián)系。我們很清楚,這64個(gè)控制器的情況不會(huì)完全相同，也就是說，有64個(gè)控制器的優(yōu)先級(jí)的存在,優(yōu)先級(jí)高的,我們要對其進(jìn)行頻繁數(shù)據(jù)采集，優(yōu)先級(jí)低的，要適時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。因此,才提出長~短定時(shí)數(shù)據(jù)采集兩個(gè)任務(wù)。

3.2上位機(jī)下達(dá)的任務(wù)

3.2.1服務(wù)器下達(dá)到嵌入式計(jì)算機(jī)的配置信息

服務(wù)器下達(dá)的嵌入式計(jì)算機(jī)配置信息的任務(wù)主要有以下三種:根據(jù)用戶的要求對定時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)間進(jìn)行修改；根據(jù)用戶的要求對通信管理機(jī)所管理的控制器的信息進(jìn)行修改9根據(jù)用戶的要求對嵌入式計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改。

服務(wù)器或控制器的系統(tǒng)升級(jí)或是其它情況的改變，使得通信管理機(jī)原有的一些初始化參數(shù)不能滿足新的要求，于是需要對這些參數(shù)進(jìn)行必要的改動(dòng)。例如，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間、串口通信數(shù)據(jù)傳輸格式等等。我們還為嵌入式計(jì)算機(jī)配置了電話號(hào)碼，以備將來擴(kuò)展功能使用。

3.2.2服務(wù)器下達(dá)到下位機(jī)的配置信息

服務(wù)器對機(jī)房的控制與管理，主要是通過服務(wù)器下達(dá)給機(jī)房的控制信息這一步驟實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)器下達(dá)的控制器的配置信息主要有以下幾項(xiàng)內(nèi)容:對指定的門進(jìn)行授權(quán);對下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行校時(shí);對控制器的其他信息的配置。

對控制器的其它信息的配置9也是對控制器進(jìn)行管理的一項(xiàng)重要指標(biāo)。比如，控制器的報(bào)警信息、電源信息、濕度信息、溫度信息、損壞程度信息等的配置，都是一個(gè)控制器能夠正常工作的重要的條件信息。根據(jù)不同控制器所處的不同環(huán)境，我們需要對其環(huán)境信息進(jìn)行必要的配置，以便它能夠滿足特殊環(huán)境的需要。

3.2.3主動(dòng)要求上傳指定控制器的數(shù)據(jù)采集信息

有時(shí)，在整個(gè)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的情況下，用戶終端需要馬上讀取特定門的出入信息以供其它方面的需要，這就要求通信管理機(jī)能夠及時(shí)地響應(yīng)這一服務(wù)要求，因此，通信管理機(jī)的設(shè)計(jì)要能夠根據(jù)服務(wù)器上位機(jī)的要求，主動(dòng)上傳指定控制器的數(shù)據(jù)采集信息。

3.2.4在服務(wù)器主動(dòng)請求的條件下，與指定控制器建立聯(lián)系，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與修改

在特殊的情況下9或是在比較重要的場合，對于比較重要的地點(diǎn)的門進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與管理是十分必要的。如果僅僅是一般意義上的數(shù)據(jù)采集上傳，再對其進(jìn)行修改授權(quán)，將不能滿足特殊條件下用戶對門的控制的特殊要求。因此，通信管理機(jī)的這一任務(wù)的設(shè)計(jì)是必不可少的。

3.3報(bào)警的任務(wù)

報(bào)警是任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)所不可缺少的一個(gè)重要組成部分。同樣，報(bào)警在機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)中，也是十分重要的。通信管理機(jī)的報(bào)警任務(wù)主要來自以下幾個(gè)方面:通信超時(shí)報(bào)警;通信故障報(bào)警;控制器的故障信息報(bào)警(包括配電系統(tǒng)的報(bào)警、環(huán)境系統(tǒng)報(bào)警、門禁系統(tǒng)報(bào)警等)。

3.4通信管理機(jī)的資源配置

從通信管理機(jī)的任務(wù)需求情況來看，它的硬件要求不高。概括起來，硬件要求主要有以下幾個(gè)方面:一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng);TurboPascal5.0的編輯平臺(tái);大小空間為8MB的電子磁盤;一個(gè)與之相配的調(diào)制解調(diào)器.由于要同時(shí)與上位機(jī)和下位機(jī)通信，所以，要求同時(shí)使用嵌入式計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口COM1、COM2。硬件電路要求配以8254可編程定時(shí)器和8259A可編程中斷控制器。

4.通信管理機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)對通信管理機(jī)設(shè)計(jì)的分析，我們把整個(gè)軟件劃分為以下幾個(gè)模塊來分別實(shí)現(xiàn):Modem控制模塊、

定時(shí)器模塊、上位機(jī)任務(wù)模塊、報(bào)警任務(wù)模塊、定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊。

4.1調(diào)制解調(diào)器控制模塊

在對調(diào)制解調(diào)器的控制中9首先要對Modem的設(shè)置信息進(jìn)行安排，這個(gè)過程叫Select Modem Set，它允許用戶詳細(xì)說明所用的通信口、波特率、停止位和數(shù)據(jù)位的位數(shù)，以及奇偶校驗(yàn)位和電話號(hào)碼。這些數(shù)據(jù)項(xiàng)存放在一個(gè)記錄類型Modem Set Type中,該類型定義如下：

調(diào)制解調(diào)器設(shè)置好后9中斷由過程裝入.該過程保存原來中斷矢量地址,裝入過程AsyInt的地址,然后將InS8250UART芯片準(zhǔn)備好用來通訊。對于計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器的通信，我們采用RS232標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行串口通信。

在設(shè)計(jì)定時(shí)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的問題是所使用的計(jì)時(shí)器芯片雖然有三個(gè)通道，但是其中一個(gè)專門用來刷新RAM，一個(gè)專門用來使揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音，9這兩個(gè)定時(shí)器中斷都不能轉(zhuǎn)到其它用途。所以，我們要定時(shí)就只能使用第三個(gè)計(jì)時(shí)器，它是專門用來產(chǎn)生BIOS中斷的，定時(shí)中斷頻率為18.2Hz因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)需要不同的定時(shí)時(shí)間,因此,要采用置標(biāo)志位的方法來實(shí)現(xiàn)擁有多個(gè)不同的定時(shí)時(shí)間。每次脈沖調(diào)用定時(shí)器中斷08h中斷。

這里尤其要注意:由于中斷返回與普通過程返回相比，中斷返回還要從堆棧中彈出FLAG標(biāo)志，因此，在設(shè)計(jì)定時(shí)器中斷時(shí)，PUSHF指令不可缺省。而且要特別注意調(diào)用一次原中斷處理程序。

4.3上位機(jī)任務(wù)模塊

對于該模塊的設(shè)計(jì)我們要注意三點(diǎn):(1)上位機(jī)下達(dá)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高應(yīng)當(dāng)首先響應(yīng)。(2)上位機(jī)任務(wù)的形成是在串口接收到完整的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的，采用循環(huán)隊(duì)列方式，任務(wù)加到隊(duì)列尾部。(3)循環(huán)檢查串口是否有上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，而后才查看該隊(duì)列是否為空。通信管理機(jī)對上位機(jī)下達(dá)任務(wù)的響應(yīng)設(shè)計(jì)成過程的形式，安排在主程序的循環(huán)體中。在該過程中，具體按以下步驟執(zhí)行:

Step1:檢查上位機(jī)下達(dá)任務(wù)的隊(duì)列是否為空，空則退出過程；

Step2:從任務(wù)隊(duì)列中取出一個(gè)任務(wù)，根據(jù)該任務(wù)號(hào)讀取所對應(yīng)的任務(wù)文件；

Step3:從文件中讀取命令控制字并進(jìn)行解釋；

Step4:根據(jù)解釋的命令對隨后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性處理，并返回到Step1。

4.4報(bào)警任務(wù)模塊

報(bào)警任務(wù)模塊仍然采用隊(duì)列方式。報(bào)警任務(wù)的隊(duì)列與前兩個(gè)隊(duì)列相比就略顯簡單。它采用循環(huán)隊(duì)列控制方式，在子程序模塊的應(yīng)用過程中產(chǎn)生。它的優(yōu)先級(jí)高于定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，但低于上位機(jī)下達(dá)給通信管理機(jī)的任務(wù)。

報(bào)警任務(wù)的形成來自三個(gè)方面:設(shè)備間的通信超時(shí)報(bào)警，通信故障報(bào)警，控制器故障報(bào)警。其中，控制器故障的報(bào)警包含兩種情況:一種是常規(guī)報(bào)警，一種是突發(fā)報(bào)警。對于突發(fā)報(bào)警，比如，由于非正常使用或非法使用而造成的報(bào)警，為了縮短反應(yīng)時(shí)間，無需經(jīng)過通信管理機(jī)，可直接上傳到上位機(jī)，以便作出緊急處理。

通信管理機(jī)對報(bào)警任務(wù)的響應(yīng)設(shè)計(jì)形式與上位機(jī)任務(wù)類似，以一個(gè)過程的形式存在，安排在主程序的循環(huán)體中。在該過程中9我們按以下步驟執(zhí)行:

Step1:檢查報(bào)警達(dá)任務(wù)隊(duì)列是否為空，空則退出過程；

Step2:從報(bào)警隊(duì)列中取出一個(gè)任務(wù)，根據(jù)該任務(wù)號(hào)及時(shí)上傳指定控制器的報(bào)警信息；

Step3:根據(jù)該任務(wù)號(hào)，在本機(jī)顯示報(bào)警信息并返回到Step1。

4.5定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)模塊

定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)隊(duì)列的設(shè)計(jì)不同于上位機(jī)下達(dá)任務(wù)隊(duì)列的形式。采用順序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，但不是循環(huán)隊(duì)列，這完全是為了兼顧其任務(wù)類型的獨(dú)有特點(diǎn)，滿足定時(shí)任務(wù)的特別需要。定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)是分成兩個(gè)部分進(jìn)行的，包括數(shù)據(jù)采集存盤與主動(dòng)上傳兩個(gè)過程，這樣的設(shè)計(jì)是為能夠及時(shí)地響應(yīng)上位機(jī)傳來的任務(wù)和報(bào)警任務(wù)等優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)隊(duì)列。因此，該隊(duì)列的任務(wù)總是成對地出現(xiàn)，具有一定的規(guī)律性。長、短定時(shí)任務(wù)隊(duì)列的安排是一樣的:當(dāng)隊(duì)列不空時(shí)就響應(yīng)隊(duì)列中的一個(gè)任務(wù)，并跳出定時(shí)任務(wù)隊(duì)列，繼續(xù)循環(huán)主函數(shù);當(dāng)隊(duì)列執(zhí)行空，才一次加載整個(gè)定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)隊(duì)列。定時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)隊(duì)列采用數(shù)組方式。所以，任務(wù)標(biāo)號(hào)選擇相鄰的兩個(gè)作為一對任務(wù)。當(dāng)任務(wù)標(biāo)號(hào)為單數(shù)時(shí)對應(yīng)任務(wù)為數(shù)據(jù)采集存盤，當(dāng)任務(wù)標(biāo)號(hào)為偶數(shù)時(shí)對應(yīng)的任務(wù)為上傳數(shù)據(jù)。當(dāng)一組任務(wù)全部執(zhí)行完畢后，

才重新回到數(shù)組頭。這也是所謂的當(dāng)任務(wù)空時(shí)一次性全部加載任務(wù)。

4.6程序流程圖

根據(jù)設(shè)計(jì)思路9我們按著如圖2所示的程序流程圖來設(shè)計(jì)整個(gè)通信管理機(jī)的軟件。

圖2 通信管理機(jī)軟件流圖

5.系統(tǒng)的仿真以及通信管理機(jī)的性能測試

為了能更好地設(shè)計(jì)與完善通信管理機(jī)，我們簡單地制定了一套模擬整個(gè)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的方案。通過這套方案，可以進(jìn)一步檢測通信管理機(jī)的實(shí)際性能，以便于對其自身存在的問題加以修改，從而對將要進(jìn)一步擴(kuò)展的功能加以完善。

5.1模擬仿真整體思路設(shè)計(jì)

如圖3所示，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制9我們采用兩臺(tái)PC機(jī)來分別模擬機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)。其中，特別要注意的是服務(wù)器要選用Windows2000的操作系統(tǒng)，而控制器則可隨意選用各種操作系統(tǒng)。

圖3 模擬仿真示意圖

5.2模擬仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)條件下，實(shí)際聯(lián)機(jī)操作的測試結(jié)果均與所設(shè)計(jì)的仿真計(jì)劃的預(yù)期結(jié)果相吻合。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果雖然不能完全代表通信管理機(jī)設(shè)計(jì)的正確性與合理性，但是已經(jīng)能夠說明在這種設(shè)計(jì)下，通信管理機(jī)的基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。這為下一步對通信管理機(jī)進(jìn)行功能擴(kuò)展，技術(shù)改進(jìn)，以及版本升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6.結(jié)束語

通信管理機(jī)是整個(gè)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它實(shí)現(xiàn)了任務(wù)管理。計(jì)算機(jī)通信。遠(yuǎn)程控制等許多功能，是整個(gè)服務(wù)系統(tǒng)的得力助手。通信管理機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是基于計(jì)算機(jī)的串口通信和嵌入式計(jì)算機(jī)的一些簡單控制來逐步實(shí)現(xiàn)的。雖然任務(wù)復(fù)雜，但分成模塊單獨(dú)實(shí)現(xiàn)9使得思路清晰、實(shí)現(xiàn)容易。

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