节能环保型智能机房研究与设计

    摘 要：机房是当前各类院校必不可少的一类实验室，作为教学、科研开发的主要工作环境，机房有着很重要的地位。机房的普遍利用率高，耗电量大。随着科技进步、经济发展、能源的持续消耗，对智能机房的建设提出了新的要求，节能环保的供电设计成为智能机房设计的流行趋势。节能环保型智能机房研究与设计，主要研究内容是基于机房的一套太阳能供电系统，结合物联网技术，搭建实验室管理数据平台，设计一套节能环保型智能机房的整体方案。

    关键词：节能环保；智能机房；物联网；管理平台

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.107

    1 引言

    目前絕大多数机房都采用城市供电网作为主要能源供应点，城市供电的电力大部分是由消耗化石能源转化的，既浪费能源，又污染环境。就机房的管理来看，大部分院校机房采取人工管理或者条形码技术对实验室设备进行管理。这种人工手段的登记设备，不能对设备进行很好的实时信息查询、监管以及安全跟踪，最终导致设备有可能丢失也没办法掌握，比如，机房鼠标这种小型设备损坏丢失现象时有发生，给机房教学和学生实验带来极大麻烦，从学校角度出发很容易造成不必要的资金浪费。由于机房上课的师生很多，所以毎天下班时难免会有人忘记关灯或者关闭-些设备，因而会导致大量能源的浪费。

    若想达到机房的节能环保，减少浪费，可以从能源供应和机房管理两方面进行研究与设计。针对目前机房耗电量大，智能化管理程度较低这一事实，本研究采用光伏供电系统提供机房供电，利用物联网技术实现机房的智能化和绿色化管理。机房的节能环保和智能管理的研究与设计，将对实验室管理方面开辟新途径，具有重要的现实意义。

    2 国内外研究现状、水平和发展趋势

    节能环保型供电的形式多种多样，包括太阳能供电、风力发电、地热能发电等。其中，太阳能发电占节能环保供电比例的一半以上。近年来，太阳能发电有了非常大的变化。美国国家政府大力发光伏企业，开展科研项目，缩小光伏发电成本，达到能源消耗降低和环境治理保护的目的。作为资源匮乏国的日本，一直以来非常重视把光伏技术实际应用在各个领域中。近年来，德国在光伏组件与建筑相结合的方面做到了领先态势，国内许多大型光伏生产商分别推出了各自规格的光伏组件。中国也不例外，中国的光伏行业通过研究国外发达国家光伏建筑一体化技术，进行自主开发设计，开展了光伏建筑一体化的实际应用。

    目前，智能监控、智能物流、智能交通、智能安防式及家用电器的智能化控制等都逐步通过物联网实现，使生产和生活更加智能和便捷。在智能实验室研究中，美国很多大学在物联网方面，已经开展了大量工作，如加州大学洛杉矶分校的嵌入式网络感知中心实验室、无线集成网络传感器实验室、网络嵌入式系统实验室等；麻省理工学院目前从事着研究极低功耗的无线传感器网络方面；俄亥俄州有所州立克利夫兰大学，他们的移动计算机实验室已经开始研究在基于IP的自组织网络方面和移动网络结合无线传感器网络技术。从上都是高校和科研院所做的研究。目前，我国物联网具备了一定的技术、产业和应用基础，呈现出良好的发展态势，但发展仍处于起步阶段。我国在芯片、通信协议、网络管理、智能计算等领域都进行了多年的技术研究，并获得了不少突破，具体的有传感器网络接口、安全、标识、传感器网络与通信网体系结构等方面。

    2011年，我国《物联网“十二五”发展规划》正式公布，非常清晰地提出了我国物联网发展的发展宗旨、主要级划、重点项目等，也提出了我国物联网未来发展的重点方向，另外也从方案、投资、技术、人才等方面提出了一系列详细计划。总而言之，这个规划的提出对提高我国物联网发展水平，让新一代信息技术产业得到培育和壮大具有重要意义。

    传统的电网供电和人工管理方法己经不能满足现代化机房管理的需求。物联网技术的到来已经为实验室的管理奠定了基石，如何运用物联网技术进行对设备实时监控，实现实验室管理节能环保和绿色化，己经成为现在实验室管理的关键问题。

    3 节能环保型智能机房设计目标

    3.1 主要技术指标

    研究的主要技术指标包括：

    （1）搭建由一套光伏供电系统。以节能环保为设计理念，确定太阳能光伏供电电源，为室内交直流负荷进行供电，并确保供电可靠性和稳定性的目标。

    （2）对实验室需要检测的信号，采集和分析处理，达到采集数据实时、准确的目标。通过无线传感器将感知到的机房计算机、空调和照明灯的使用信息和用电量传入到网关，进而再通过网关传入到后台服务器，完成设备的管理数据挖掘。

    （3）搭建短信收发平台，用户随时掌握机房的动态信息。智能检测和短信收发平台的设计，以物联网技术为核心，实现管理的智能化、自由化。

    3.2 拟解决的关键问题

    本研究的核心在供电系统设计和智能管理系统设计两方面，拟解决的关键问题有：

    （1）供电平台中各模块的功能和选型分析。

    （2）基于物联网的实验室管理系统的详细设计，包括系统架构和模型，数据库及模块结构的设计。

    4 节能环保型智能机房的设计实现

    4.1 RFID技术

    射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

    无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。

    机房设备运用了射频识别技术。将标签附着在机房设备上，方便机房设备和人员的信息采集，为设备的智能化管理提供条件。

    4.2 设计内容及技术路线

    节能环保型智能机房设计内容如下：

    （1）光伏发电系统设计和搭建工作。由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池组、逆变设备、整流设备、用电负荷等组成的一整套供电系统，对供电平台中各模块的功能和选型进行分析，计算设备参数，选择设备型号。

    （2）机房设备和人员的信息采集、处理和传输工作。通过在每

    个实验室放置RFID系统装置或者无线传感器装置进行数据采集，而且通过该装置可实时地进行信息处理和传输，并通过Wifi传输到网关及后台的数据库服务器中。

    （3）短信收发平台的设计。通过开发一个短信收发平台，来实现师生能够及时了解实验室的设备和用电动态信息。

    设计的技术路线如图1所示。

    4.3 实验方案

    本设计的整理实验方案如下：

    首先，选择合适的供电方式，本设计选择太阳能供电，确定改造方案，进行设备参数计算与选型，完成设备安装与调试。确定实验室需要检测的信号，对其进行采集，传输至控制芯片的分析处理。

    其次，研究物联网的关键技术，尤其RFID技术及其与之相关的技术。

    再次，详细设计系统架构和模型，而且对数据库及各模块结构进行设计。系统的服务器开发平台、读写器数据采集模块、短信收发模块及无线传感网的数据采集实现。

    最后，对整个节能环保智能机房系统的实现进行一个总结，并对系统需要改进的地方进行规划。

    5 结论

    以节能环保作为智能机房设计的理念，智能机房结合了新能源供电系统。利用了物联网技术，将机房设备的用电情况监测起来，结合了网络组建，智能互联的方式，达到节能效果的智能评价。

    参考文献：

    [1]李步宵.智能化网络机房的节能环保设计[J].电子技术与软件工程，

    2018（21）：6-7.

    [2]崔杰.建设节能环保核心机房经验谈[J].中国传媒科技，2013

    （17）：80-81.

    [3]赖丽萍.绿色智能机房的需求与发展研究[J].电子设计工程，2012，

    20（19）：45-47+51.

    [4]胥志强，何国平，杨漾.物联网技术在气象部门智能机房建设中的应用[J].网络安全技术与应用，2017（02）：130-131.

    [5]鲁磊纪，方星星，吕永强.物联网模式下的智能机房设计研究[J].电子制作，2016（Z1）：25-26.

    作者簡介：李莉（1982-），女，甘肃平凉人，研究生，工程师，研究方向：自动化、电子信息工程。