摘 要 随着信息化建设的推进，高校建设的计算机机房规模越来越大，设备日益复杂。机房监控、空调和门禁系统等相互独立，人工巡检方式效率低下。为此，本文采用物联网技术，构建了高校机房智慧控制管理系统。该系统在感知层通过各种传感器获得温度、湿度、光照强度、监控视频等环境参数，然后在传输层采用物联网技术进行传输，在应用层通过云进行存储，利用卷积神经网络对异常情况进行识别和报警。
关键词 智慧机房；人工智能；嵌入式；GPRS
引言
近年来随着高校建设规模的扩大，许多高校都建设了大量的专业和公共机房。但是面对数量庞大的计算机机房，高校在管理手段和技术上仍然停留在有人值守或者半值守状态，虽然也安装了摄像头、烟雾报警等设备，但这些设备都是相互独立的系统，需要管理员7x24小时实时监控，故障检测和处理反应慢，效率低下。而机房设备一旦出现问题，如果得不到及时处理，很容易衍生出很多次生灾难，造成不可估量的经济和社会影响[1]。总之，高校机房普遍存在忘记关电脑，或者延迟关机现象，资源浪费十分严重，尤其在机房故障诊断、环境自适应等方面存在诸多问题[2]。
对此，该文在感知层通过各种传感器获取机房环境信息，然后在传输层通过物联网技术将实时数据传输到监控中心，在应用层通过卷积神经网络技术对实时数据进行分析和判断，自适应调节机房环境，对故障问题自动识别诊断和处理，防止次生灾害的进一步发生。
1 系统设计
1.1 系统体系结构设计
智慧机房控制系统由感知层、传输层和应用层三部分组成。感知层通过传感器设备采集现场环境参数信息，主要包括环境温度、湿度、烟雾、视频、门禁、市电等信息。传输层采用WIFI、GPRS传输到服务器。在应用层应用卷积神经网络等AI技术对感知层采集的数据进行分析、处理，对异常情况进行报警和记录。管理人员可通过APP、WEB页面、管理软件实时掌握机房工作状态。
1.2 系统硬件设计
硬件电路主要包括主控模块、WIFI模块、GPRS模块和传感器采集模块。主控模块采用嵌入式STM32F103RD6作为MCU，负责将各种传感器采集的现场数据分析处理后，送到WIFI和GPRS模块将数据传到服务器，或者接收服务器发来的命令，做出相应的动作。
（1）主控模块。STM32F103RCT6拥有非常丰富的资源，包括48KB SRAM、256KB FLASH ，2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。
STM32F103RCT6正常工作电压为3.3V，因此需要将220v市电转换为5v直流电，然后通过AMS1117-3.3电源稳压芯片转换为3.3V直流电供STM32工作。为了方便程序调试和升级，系统还提供了USB接口。
（2）WIFI模块电路。WIFI模块采用安信可科技的ESP32 WIFI模块。该芯片是一款WIFI和蓝牙系统级芯片，集成了完整的发射/接收射频功能，包括天线开关，射频balun，功率放大器，低噪放大器，过滤器，电源管理模块和先进的自校准电路。支持开放性的实时操作系统RTOS。主芯片采用低功耗双核32位CPU，主频高达240MHz，运算能力高达600DMIPS，集成了硬件安全加速器、电容触摸传感器、霍尔传感器、ADC、DAC、蓝牙/Wi-Fi协议栈。
（3）GPRS模块电路。GPRS模块采用安信可科技的A9模块。该模块具有简单、易用、支持AT指令等特点，提供串口转GPRS/短信息/语音通话等信息传输功能，非常适合于物联网/车载/电力环境检测等领域。A9工作电压为3.5v-4.2v，低功耗电流2mA以下，支持GSM/GPRS四个频段，支持GPRS数据业务，最大数据速率，下载85.6Kbps，上传42.8Kbps。A9芯片模块原理图如图3所示，电源电路如图4所示，SIM卡电路如图5所示。
1.3 系统接口设计
系统接口主要涉及服务器与主控设备，服务器与APP用户，APP用户与主控设备之间的数据通信。服务器与主控设备之间的通信主要包括设备注册、传感器监控数据（环境监控、电力监控和门禁监控）、设备控制命令、报警等信息，采用SOCKET协议进行。由于传感器和动作单元的格式不同，为了系统的可扩展性，采用统一接口UDI接入[3]。
2 结束语
文章针对高校机房地点分散、规模不同、设备数量日益增加、人工巡检效率低下的现状，基于物联网技术，设计了智慧机房控制系统。該系统能够通过传感器自动采集机房温度、湿度、电流、电压、功率等现场环境参数，然后经过物联网设备上传到服务器，在后台应用卷积神经网络技术对机房环境进行智能识别，能够对非法入侵、设备短路、温湿度过高等异常情况及时预警，并通过短消息、APP等方式通知机房管理员。此外，采集的机房环境数据通过物联网设备上传后存储于云设备，相关人员可随时查阅、分析。管理员可通过管理系统实时查看机房环境，并可远程控制机房设备的开、关，有效的提高了管理人员的管理水平和工作效率，变得更加绿色化和智能化。
参考文献
[1] 何金良，刘吉克，祁征，等.云数据中心与变电站共站时工频短路故障主动防护策略[J]. 高电压技术，2015，41（12）：4158-4167.
[2] 孙祾.节能减排技术在移动通信机房中的应用[J].吉林大学学报（信息科学版），2014，32（2）：138-144.
[3] 康丽雁，赵宇东，马婉忠，等. 电力用户用电信息采集系统统一接口建设探讨[J].东北电力技术，2017，38（07）：52-54.
作者简介
林祥果，副教授，研究方向：嵌入式，人工智能与模式识别。
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