基于物联技术的数据中心直流电源检测系统设计与研究

成绍群 刘孝赵 刘甜歌 孙二威

摘要：该设计是基于STM32微控制器的数据中心直流电源检测系统设计。设计主要工作流程先是通过电流模块检测电路当中瞬时电流大小，再通过电流大小来判断当前直流电源是否出现故障。然后利用电压模块检测电路中的直流电源电压是否达到额定电压。然后温度检测模块检测直流电源当前温度信息进行判断直流电源是否过载工作，再通过WiFi模块进行远程数据传输。继电器模块进行切换直流电源操作，以此检测达到监测保护直流电源目的。

关键词：服务器    直流电源   检测

中图分类号：TM933      文献标志码：A

1、引言

随着这几年信息化的全球发展，我国正在往智能化自动化信息方向发展， 服务器的在信息化社会的使用中是密不可分的重要之处，我们预防隐患是我们设计的目的，数据中心直流电源输出端的检测硬件设计主要由：STM32单片机，红外温度传感器，电流传感器，电压传感器，继电器，OLED显示屏，WIFI等模块组成。

检测首先是检测服务器直流电源工作时的电压值，判断当前的工作电压是不是在正常的工作电压下工作， 是不是会存在欠压工作，从而达不到额定功率。由于在直流电源电压达不到要求时虽然不会对电路元器件造成损坏，但是当电压达不到各模块所需要的目标的电压时，各电路的模块的部分功能可能没有办法实现，当其存在欠压时报警电路发出报警信号通知管理人员过去检查。

2、系统的设计内容

首先，直流电源检测基于 MCU芯片中 STM32单片机来进行工作的，所有参数通过MCU的一些引脚和模块相互连接，再加上程序上所编写的通讯规则来读取模块中的数据来实现主要功能。其一，检测服务器供电直流电源自身温度过大时候，我们通过 IO口来驱动三极管工作达到开关作用控制蜂鸣器来实现报警功能， 报警功能用来提醒工作人员上前检查其直流电源是什么原因出现的过热现象。其次，检测服务器直流电源输出电压是否处于额定输出。当电压未达到服务器的额定电压时， MCU获取到这个信息之后会通过 IO口对继电器的控制进行快速的切换供电直流电源， 从而实现服务器正常工作不影响其整体性能。当切换直流电源以后本系统设计会通过WIFI模块向移动设备发出直流电源已切换信号来通知工作人员来进行对另一个其直流电源进行检查维修或更换。 其三，检测服务器直流电源输出电流是否在额定电流下，当出现电流突然变大或者电流持续变大时， 说明其工作直流电源出现了问题， MCU获取到这个情况时会立刻切换直流电源系统，并且发出报警并向移动端发出提示信息提醒工作人员尽快前来对直流电源进行维修或更换。数据中心服务器直流电源的总体结构如图1所示。

3. 主控电路设计

系统采用STM32F103C8微控制器作为控制电路，它是中等容量的STM32产品吗，是基于ARM的Cortex-M3的内核，具有芯片体积较小和功耗低等特点，程序存储容量是64KB，电源提供只需2V-3.6V之间即可，且工作温度范围较广，完全满足本设计需求，本设计中采用ST-LINK进行调试下载，其IO口分配如图2所示。

4、电流检测设计

本设计采用MAX471芯片，它是Maxim生产的高精度电流检测放大器芯片，此模块不需要外接直流电源，模块内部可以直接使用被测直流电源供电，可以在3-36V的直流电中检测电流，检测电流范围为正负3A，且可以通过一个输出电阻将电流输出转化为对地电压输出，且跟踪的电流变化频率可达到130kHz。其内部有两个运算放大器构成差动输入，可以提高信号的抗干扰能力，增强小电流信号的测量准确度，如果使用多个并联检测能力还可以扩宽，输出端输出的电压和电流成正比例关系，电流检测电路如图3。MAX471与 MCU连接理论上仅仅只需要一根线，严格意义来说应该是两根线，即 OUT（8）、 GND（4）。 OUT为检测电路电流转换成电压的输出引脚，被测电路中电流大小就是从此引脚电平大小得出。 GND为供电直流电源负极，也就是参考点，如果不规定固定参考点的话电压测出来将会不准确。

4、数据输出显示电路

把八个LED灯按照一定的位置摆放就会形成一个默认的数字8的形状通过不同位置的灯亮或灭形成0到F的十六个数字。OLED模块就利用这种原理把八千多个LED灯集成到一个很小的模块上，它虽然无论硬件电路结构或显示程序如何，由模块组成的液晶显示方案比相同类型的图形点阵液晶显示模块紧凑显示效果更好更省电。其中模块所设计到的电路原理图，通过此图中的标识可以看到 OLED与 MCU之间数据交流的接口是 PB14、 PB13口，因此，MCU可以通过这个两个接口对该模块的控制与显示，在此模块的屏幕上可以显示自己所需要的内容。

4、 网络云平台显示设计

通过MCU串口3与WIFI模块进行数据交互。 当按键1长按下时清除WIFI模块当前保存的WIFI数据。 如果按钮1短按时WIFI模块进入配网模式，通过手机APP进行网络的配置将WIFI模块介入当前网络中。 MCU以与服务器相同的格式执行数据，通过串行端口上传有效数据，并接收服务器返回的数据。通过机智云官网生成安卓软件APP源码，并对源码进行环境的配置和设计，最终形成如图4所示。

6、 系统调试

（1） 电路模块之间组合调试

根据整体的模块电路图，将各个模块连接到MCU上，由MCU统一协调并工作，逐一进行模块链接。

（2） 整体电路板测试

电路板测试是在元件焊接但未通电之前检查电路板。 此过程是系统启动前的检查。另一方面，检查设备引脚功能以查看设计是否正确。 可以按照第一個直流电源和地的顺序检测，然后再测试模块与MCU之间的引脚连接是否导通。

（3） 模块通电检测

通电调试是调试的重要部分之一缺之不可。 首先，需要测试直流电源两端是否有正常的工作电压。 如果两端电压不正常，则可能是相应的电路损坏或电路之中存在工作不正常以及短路，并且需要在上电之前对其进行处理。 如果检测板子直流电源两端电压再5V左右，说明电路的直流电源或者电路中无其他异常。然后就开始检测每个模块工作是否在工作的电压左右，如果模块电压也是正常的就可以对每个模块的功能进行检测了。

（4）程序及APP移动设备测试

系统软件调试也该分为调试模块，以便过程可以有一定秩序的调试过程。

（5）整体设计与APP端同步检测

电路板通电之后，观察OLED屏幕上有没有程序中写到的显示内容，温度模块、电压模块、电流模块的直流电源指示灯有没有被点亮，观察功能有没有实现。 接通直流电源以后，OLED能够正常显示出程序中所写到的文字以及需要显示的参数，它的显示结果和初始设计显示出来的数字相同，继电器也可以正常的工作。

7、 结论

本论文主要完成了基于STM32微控制器的数据中心直流电源检测系统设计，在参考相关理论依据下， 主要实现了对服务器直流电源安全的远程监控，以及在没有人为在附近时可以自动进行紧急措施的实施。但是，本设计中仍然存在很多不足的地方，例如本设计采用的WIFI模块是通过串口进行数据传输，在传输大量数据时速度会减慢，力争在后续研究的过程中进行完善，满足系统需求，数据更精确。

[1]STM32在温度控制系统应用与设计  赵兰 赵美琪 王从清 信息与电脑《理论版》2015-12-08

[2]基于單片机的可编程红外传感器设计 类延强 张丽萍 类延法     工业控制计算机  2019-04-25

[3]MAX471/472电流检测放大器IC       何明伟 实用电子文摘    1995-09-15

[4] 沙占友，王彦朋，孟志永.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社，2003：102～162.

[5]基于WiFi感应的智能电源管理 李新 徐成武 张建国 程鹏 太原理工大学报2019-01-15

[6]基于STM32的OLED显示屏接口设计 刘正翔 电子技术与软件工程  2017-10-2121：47  刊期

作者简介：成绍群（1998.08.14--）女，汉族，贵州省遵义市人，专科，学生，主要从事嵌入式系统研究。