机房是现在企业、厂房的心脏，需要花费大量的时间、资源成本去建设和维护，哪怕是小型的机房，也需要专门的运维部门维护，以保证企业的正常运作。机房如此重要，决定了其对环境要求的苛刻性，国家甚至出台了相关的政策，如《数据中心设计规范》GB50174-2017。从相关政策可知，对机房温湿度、粉尘浓度的实时监测是十分有必要的。机房环境特点大多如下：

　　1、稳定性要求高，必须是工业级的要求;

　　2、粉尘检测颗粒直径小;

　　3、温湿度采集精度尽量高;

　　4、节点集中，均在机房内部;

　　5、节点较多，位置较为灵活，会频繁添加、移动;

　　6、本身机房布线复杂，再施工成本较高。

　　针对以上特点，要做到实时监测，精准的数据采集以及使用稳定、高效的数据传输手段是必须的。鉴于此，本文推荐了机房环境监测的传感器和数据传输方案。

　　传感器方案

　　监测的终端是传感器，这里推荐采用温湿度传感器+粉尘传感器方案，这两款传感器必须是工业级，可满足机房对温湿度及粉尘的监测。下面介绍两款优质组合传感器产品。

　　Si7021，在工业上面应用非常广泛，早已在市场上证明了其工作的可靠性和准确性。SH-PS1A成本低，寿命长，广泛应用于空气净化器、空调、烟感检测仪等产品。

【Si7021】

带 I2C 接口的 Si7021-A20-IM1 数字相对湿度和温度传感器

Si7021-A20-IM1 数字相对湿度和温度传感器将湿度和温度传感器元件、一个模拟数字转换器、信号处理功能以及一个 I2C 接口集成到单一芯片中。Si7021-A20-IM1 具有 ±0.4 °C 的温度精度和 ±3% 的相对湿度精度。创新性 CMOS 设计还为相对湿度和温度传感器提供业内最低功耗。凭借完全的工厂校准，Si7021-A20-IM1 在 PCB 装配期间不需要额外的相对湿度/温度校准。

规格摘要

温度精度最大值 (C):±0.4

相对湿度精度最大值：±3%

温度范围下限 (ºC)：-40

温度范围上限 (ºC)：125

滤波器盖：是

封装格式：绝缘卷带

封装类型：DFN6

【Si7020】

I2C HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSOR

Features

> Precision Relative Humidity Sensor

》 ± 4% RH (max), 0–80% RH

> High Accuracy Temperature Sensor

》±0.4 °C (max), –10 to 85 °C

> 0 to 100% RH operating range

> Up to –40 to +125 °C operatingrange

> Wide operating voltage(1.9 to 3.6 V)

> Low Power Consumption

》150 µA active current

》60 nA standby current

> Factory-calibrated

> I2C Interface

> Integrated on-chip heater

> 3x3 mm DFN Package

> Excellent long term stability

> Optional factory-installed cover

》Low-profile

》Protection during reflow

》Excludes liquids and particulates

Applications

> HVAC/R

> Thermostats/humidistats

> Respiratory therapy

> White goods

> Indoor weather stations

> Micro-environments/data centers

> Automotive climate control and defogging

> Asset and goods tracking

> Mobile phones and tablets

Description

The Si7020 I2C Humidity and Temperature Sensor is a monolithic CMOS IC integrating humidity and temperature sensor elements, an analog-to-digital converter, signal processing, calibration data, and an I2C Interface. The patented use of industry-standard, low-K polymeric dielectrics for sensing humidity enables the construction of low-power, monolithic CMOS Sensor ICs with low drift and hysteresis, and excellent long term stability.

The humidity and temperature sensors are factory-calibrated and the calibration data is stored in the on-chip non-volatile memory. This ensures that the sensors are fully interchangeable, with no recalibration or software changes required.

The Si7020 is available in a 3x3 mm DFN package and is reflow solderable. It can be used as a hardware- and software-compatible drop-in upgrade for existing RH/ temperature sensors in 3x3 mm DFN-6 packages, featuring precision sensing over a wider range and lower power consumption. The optional factory-installed cover offers a low profile, convenient means of protecting the sensor during assembly (e.g., reflow soldering) and throughout the life of the product, excluding liquids (hydrophobic/oleophobic) and particulates.

The Si7020 offers an accurate, low-power, factory-calibrated digital solution ideal for measuring humidity, dew-point, and temperature, in applications ranging from HVAC/R and asset tracking to industrial and consumer platforms.

Functional Block Diagram

相关元件供应

型号：SI7021-A20-GM1R       品牌：SILICON LABS

　　数据传输方案

　　针对机房环境监测的应用场景，在数据的传输上面，强烈推荐的Zigbee方案EmberZNet，原因如下：

　　1)EmberZNet完全符合Zigbee Home Automation ;Zigbee 3.0标准，丰富的用户可选的辅助插件，如OTA、CLI等等。单个网络可连接上千个节点，能够覆盖甚至是大机房的各个进风区、露点，并采集其环境参数。其数据安全性高，因为EmberZNet所有的网络层数据都要经过AES-128加密，机房的环境数据不会泄露和篡改;

　　2)EmberZNet是电池驱动的无线系统，无需布线部署非常简单，wifi和有线总线式传输无法比拟的。其还提供完整的协议栈，开发工具Simplicity Studio更是完美简化了开发工作，把原先的一些烦琐的初始化和配置工作完全采用了图形化的解决方式，使工程师把精力集中在关键部分，极大加快了开发进度;

　　3)成本低，且硬件有多种方案选择：NCP+HOST的EM35X系列、Cortex-M3内核SOC的EM358X系列等、Cortex-M4内核SOC的EFR32MG系列，FLASH最高1024KB，RAM最高256KB，发射功率最高+19.5dbm，低功耗能够达到70uA/MHz，可以满足各个场合。

　　4)EmberZNet形成稳定的MESH网络，方便机房扩展、维护，这样的网络不受外界因素干扰，也无需入网费用，比起NB-IOT/GPRS/3G/4G要更具优势。

　　基于EmberZNet的网络扩扑图如下：

　　基于Zigbee的智能机房测试方案又可细分为：

　　1)Zigbee Gateway网关：Zigbee协调器+网络设备(wifi/以太网接口，推荐以太网，2.4GHz的WIFI对Zigbee稍有影响)+声光报警器;

　　2)Zigbee Router路由：Zigbee最小系统+温湿度传感器+粉尘传感器+电池，硬件上和终端设备无异，即做采集节点，又承担收集和转发周围子节点终端的数据;

　　3)Zigbee EndDevice终端：Zigbee最小系统+温湿度传感器+粉尘传感器+电池，采集节点温湿度、粉尘浓度、电池电量。

　　整个系统仅需根据距离和采集节点位置的密度，合理配置路由器的数量即可，无需其他操作，整个网络会自动连接。

　　机房环境监控是综合机房整体分布环境的一个机房集中监控系统，是完整的室内集中监控系统。是针对机房动力和环境的集中监控管理，其监控对象主要是机房动力和环境等设备(如：配电、UPS、空调、温湿度、漏水、门禁、安防、消防、防雷等)。

　　随着信息技术的发展，计算机系统及通信设备数量与日俱增，规模也越来越大，中心机房、IDC等已成为各大单位业务管理的核心场所。为保证机房的安全正常工作，与之配套的动力系统、环境系统、安防系统、消防系统必须时时刻刻稳定协调运行。如果机房动力及环境设备出现故障，轻则导致计算机宕机，重则导致数据丢失等严重后果。因此，一套可对机房进行7x24小时实时监控的系统非常重要。

　　机房监控是针对机房动力和环境的集中监控管理，其监控对象主要是机房动力和环境等设备(如：配电、UPS、空调、温湿度、漏水、门禁、安防、消防、防雷等)。

　　机房环境监控的是由采集子系统、传输子系统、软件子系统组成，采集子系统完成底端数据的采集，传输子系统将底端采集到的数据传送到监控中心，软件子系统完成系统设置、数据处理、告警产生、数据存储、系统功能

　　监控数据采集

　　在采集子系统中，被监控信号的测量至关重要，被监控信号按照特性可以分为模拟量和开关量。

　　1)模拟量采集技术

　　模拟量是指随时间连续变化的量，对于这些信号的测量，需采用模/数(A/D，Analogue/Digital)转换设备将模拟量变成数字量后才能适合计算机采集。智能设备的模拟量信号由监控单元完成采集，而非智能设备的模拟量信号需要增加数据采集器、传感器、变送器等来完成采集，将非电量信号转换为适合采集器输入特性的电量信号。

　　2)开关量采集技术

　　开关量是指不连续变化的、具有确定的几种状态的量，最典型的是仅有"0"和"1"两种状态的开关量。非智能设备的开关量信号采集也需要增加开关量传感器和采集器。

　　监控数据传输

　　1)E1中继传输技术

　　E1中继线路上传输2M的码流，有信道化E1和非信道化E1两种资源。信道化E1(CE1)定义了帧结构，每帧32个时(TS0~TS31)，其中TS0用于同步，TS16用于信令，其余用于传输数据，每个时隙的带宽为2M/32=64K。

　　在动力环境监控系统中，2M的某一个时隙可以用于基站与端局监控主机之间的数据传输，整个2M也可以用于LSC与CSC之间的大数据量的传输;在基站2M的某时隙传送数据时，需要在基站配置2M抽时隙设备，在LSC中心通过交换机做半永久连接或增加DXC数据收敛设备，传输监控数据。

　　2M传输具有传输稳定性好、可靠性高、响应速度快的特点。目前中国移动的大部分基站动力环境监控均采用这种传输模式。

　　2)IP(MDCN)传输技术

　　局站动力环境监控的串行数据，通过传输设备转换为IP数据包，并通过以太网口接入到已经建好的MDCN网络中，LSC的端局监控主机接入MDCN网就可以采集到各局站的动力环境监控数据。CSC与LSC之间也可以用MDCN来传输监控数据。

　　MDCN网的特点是前期必须已经建成网络，后期上监控时，传输投入较少，但是如果是某些时段网络数据流量太大，会影响到监控系统的响应速度及稳定性。

　　3)干接点技术

　　由采集器连接各种动力与环境传感器和监测点进行数据采集，通过OMC与LSC相连，监控数据为开关量，可以实现遥信功能。监控信息单向上行传输，监控数据通过BTS上的外

　　部告警单元经由BSC传送到OMC。一般在非重要局站的设备上采用干接点监控子系统。

　　4)数字公务信道技术

　　如果E1中继线路紧张，而又没有MDCN网络，可以采用数字公务信道传送基站动力环境监控数据，由于一条链路上传送有多个基站的监控数据，各个采集设备的上报波特率必须相同而地址不同，上位机采用分时轮巡的方式采集。数字公务信道有广播方式的，也有点对点方式的，如果是点对点方式的，还需要在每个基站上增加通信串口转换器来进行桥接组网。这种传输方式因采集速度慢、稳定性差而应用较少。

　　5)短信传送技术

　　短信传送信息，主要用于监控中心的告警输出，当有告警产生时，可以将相关告警通知相应的维护人员或值班人员，对设备告警做相应处理。

　　短信告警输出的方式有两种，一种是采用无线MODEM的方式，这种方式实现起来相对简单，另外一种方式是监控系统软件通过短信中心来发送告警信息给维护人员，这需要监控软件与短信中心通过一定的协议来实现，需要双方的配合，实现难度相对较大。

　　告警短信只能作为监控中心值班的一种辅助手段，监控中心的值守才是主要手段，因为告警短信有时延时较大，特别是节假日，由于客户的短信信息量太大，短信是排队发送的，延时会更大。

　　监控基本组网

　　这里的组网方案是指在没有MDCN的情况下，新建监控系统网络的基本组网方案，在实际组网时，可能是多种基本方案混合组网，根据局站与中心的连接方式可分为三种基本组网方案

　　1)多串口卡组网技术

　　这种技术方案主要用于基站与LSC的端局监控主机间的组网，传输到多串口卡的端口上的数据是串行数据，一个端口上可以是一个基站的数据(如：2M抽时隙点对点方式)，也可以是多个基站的数据。

　　2)基于路由器的组网技术

　　这种技术方案主要用于枢纽局SU与LSC间的组网、LSC与CSC间的组网。

　　3)远程访问服务器的组网技术

　　这种技术方案主要用于数据量较大的远端局站与LSC间的组网，端局监控主机与LSC局域网构成一个局域网。