[作品提交] 机房环境监控平台

忽然发现已经最后一天了，卡点提交。

简单介绍一下我的项目：

一、项目背景

   大家都知道，温度过高，印刷电路板的结构强度会变弱，温度过低，绝缘材料会变脆，同样会使结构强度变弱；对记录介质而言，温度过高或过低都会导致数据的丢失或存取故障。湿度对计算机设备的影响也同样明显，当相对湿度较高时，水蒸汽在电子元器件或电介质材料表面形成水膜，容易引起电子元器件之间出现形成通路；当相对湿度过低时，容易产生较高的静电电压。可见温湿度对计算机机房设备有着较大的影响。环境电磁场，同样是影响设备是否能稳定工作的重要指标，在电磁兼容EMC领域中，设备本身产生电磁干扰EMI和电磁干扰防范EMP的研究工作也是重中之重。另外现在都提倡绿色环保，因此设备的功耗也是我们经常需要的研究对象。

   我希望通过sensortile.box来监控机房环境，分别监控温度、湿度、电磁、功率四个指标。Sensortile.box天生具备温度、湿度、磁场（磁场和电磁干扰应该不是一个玩意吧，我就当它是了）监控功能，自带蓝牙传输，内置TF卡可以记录监控离线时的信息，通过简单编程可以实现功率作为外部数据引入，整合后，向服务器传送，再通过CS或BS模式将多个传感器的信息呈现给客户，实现集中监控，未来可以扩展报警联动、分级管理、大数据分析等模块。

 

二、作品简介

   如背景介绍所述，这个项目相对较大，包括传感器编程、前端开发、报警联动、数据分析等工作。其中传感器编程部分已基本完成，通过sensortile.box采集周边温度、湿度、电磁场信息，通过蓝牙将数据传到某个服务器，但时间有限，引入外部监控机柜功率功能相关功能尚未开发，目前已完成的部分包括监控温度、湿度、磁场。Web大致界面如下：

   通过图形化展现可用传感器所在位置，红色表示已内置该传感器，但目前蓝牙未搜索到。对于颜色和图片的优化可以以后再说，大家看在底色（#66ccff）是洛天依小姐姐本命色份上，先凑合着看看吧。

   单击可用的传感器，可以看到传感器读取的信息值。

   页面是准静态的，30秒自动刷新一次，即时数据需要下端刷新按钮手工刷新，图片用PIL生成。

        因为是http方式，所以做多媒体呈现是非常容易的，在这里我只做了图片，但如果有需要，插入视频、声音也很方便。

 

三、系统框图

   构想的使用场景：

 

   因为蓝牙的传输距离非常有限，不太可能覆盖住整个机房，故采用分级管理的方式：下位机（树莓派）读取sensortile.box信息，上传到云服务器，再通过云服务器进行数据整合呈现。

   开发时，因为sensortile.box的数量实在太少（只有一个），因此把云功能裁剪了。目前开发的部分已可以使用，优化空间还有不少，已实现的功能和待继续优化开发的结构框图如下：

 

   其中TBD部分的主要包括数据库的搭建，APP界面开发等等，难度不大，只是比较耗时间。

 

四、各部分功能说明

   软件功能流程框图：

   Sensortile.box作为传感器的部分，采集相关信息流，通过蓝牙给到系统，系统再通过数据处理，转换成数组形式存储，访问web页面时生成曲线图片，提交给用户。

 

五、作品源码和简介

   引入库文件：

其中flask是http的框架，apschedule是定时任务，bluetooth是蓝牙库，random产生随机数字（用途后续章节介绍），drawpic和readsensor都是我自己写的，分别用于提供曲线图和读取传感器。

   自定义传感器数据类：

        之所以只使用81个数值，是画图只画81个点就能够很好呈现出变化趋势。

   传感器读取：套用例程，监控温度、湿度、磁场。上位机读取传感器可以参考我之前的帖子

   Web框架方案：

   采用flask方案，其中@app.route('/<sensor>')可以将<sensor>获取sensor的索引号，无需对每个sensor都写一份代码。

 

运行后服务器界面：

 

六、视频演示（视频简介+链接）

   第一个视频，是我在模拟了有多个传感器（其实是多个蓝牙）的，只有正确读取信息，才会显示结果。曲线只显示81个点，超过81个点后再读入新值的话，会丢弃list的0位数值，保持曲线结果始终最新。考虑到带宽，30秒自动刷新一次网页时才会更新各项数值，如果需要加速更新，可以点击按钮手工强制刷出最新显示值。

 

   第二个视频，是我晚些时候修改了刷新频率，将网页模板中setTimeout('Refresh()',30000);改为了setTimeout('Refresh()',5000);，把页面刷新调整到5秒尝试效果的视频，曲线果然可以连续画出，但页面闪烁得厉害，估计还是python效率导致，考虑用java重写代码可能会好一点。另外我是用生成图片+链接方式读取图片，而不是直接将图片推送到前端，有个写硬盘的过程，也非常影响效率，这点可以再优化。录视频的时候不小心碰到了传感器，所以有个磁场的跳变。。。

 

七、开发心得

   开发中间过程略，共享一下我碰到的几个问题和解决方案吧： 

1. 牙死掉的问题：这个似乎无法彻底规避，引用pybluez库，用树莓派读取，平均读五~十分钟就会死一次，用pc读取，概率大幅度降低，但也有出现，不知道是库的原因还是代码错误引入，慢慢研究。
2. 悲催的硬件：最初希望将历史数据存在tf卡上，当读取传感器时，一并读取tf卡获取历史数据，再历史数据来画曲线，但TF卡似乎被我玩坏了，不过计算一下，也正常，按照我平均每5秒写入一次数据，TF卡寿命10万次，也就几天时间……，所以在成品上，画曲线是通过读取实时信息生成的。
3. Python的低效率：python的效率实在太低，想做成无刷的html5页面，但用flask多次报错，实在没信心继续调，干脆使用server记录多次读取传感器信息再用来画曲线。未来可以尝试用ajax技术做一下部分刷新，也许会好一点。       
4. 浏览器兼容：因为在web下涉及多个图片叠加用div标签分层，但IE画<div>内<img>的时候，总有一个蓝色的框，很丑;用QQ浏览器就好得多，事实上，我还尝试了360浏览器，效果与QQ浏览器基本一致。Firefox、谷歌浏览器未测试，但推测功能可用，图象效果未知。       
5. http server：前面我已经说了，选择的是python，为什么不选择更高效率的php呢？虽然我搞得定php画图和页面显示，但我实在不会用php读蓝牙，所以只能忍受python的低执行效率了，考虑换成php做前端，python写数据库，或者整体换成java，有时间可以试试。       
6. 门限值：机房环境监控一般都有门限，超过门限应该有告警方案，我的图中采用红色表示异常，白色为正常值，温度和湿度采用的是通信机房的A标：温度20~24℃，湿度45％～65％，磁场没做门限异常告警，统一用蓝色，功率根本就没做，显示都是NA。       
7. 多传感器：一般机房肯定不止一个传感器，但我手边只有一个。图片GUI呈现的四个其中3个是假的，读不了数据（我考虑稍晚一点可以做个模拟可读数据的功能）。程序里是通过mac地址区分，固化位置。程序启动时，先通过蓝牙搜索，当蓝牙搜索结果无法匹配到对应mac，传感器图标为红色，匹配成功为绿色，点击图标显示读取传感器的结果，同时将图标带上光环。（实际上就是换一个png图片）
8. 图片刷新：由于缓存的问题，后端生成新图片，在早些时候编写代码时没有注意名称，当前端页面刷新还是以前的旧图，多次刷新才会显示新的结果。找到原因以后，在链接中增加一个随机值，如：rt.sensorTemperaturepic='img/Temperature.png?t='+str(random.random())，使其链接有所区别，每次都能显示出最新图片。     
9. tf卡写入的频率：我们大家都知道tf卡读取是无损的，但写入次数有限，一般说10万次左右，但作为一个长期监控的工具，10万次实在不多，我在试用到一半的时候，就已经把tf卡写坏了，后续实验都没该tf卡。如果真如我设想，平素数据都记录在本地tf卡，可以考虑每10分钟写入一次，大约用1年做1次硬件替换。
10. 使用多线程方案，后台需要多次读取各传感器，而python的定时器timer效率实在让人难以忍受，而且似乎会不断浪费资源，估计是我代码中没有释放。因此直接采用apscheduler，也很简单。

  以上是我开发的小小感悟，在此抛一小砖，望大家不吝赐玉。虽已结题，但后续如有新心得，将继续在本站发帖！

     

 

 

本帖最后由 tobot 于 2020-7-5 21:52 编辑