韓玉聽

（山東省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東 青島 266071）

0 引 言

隨著社會的不斷發(fā)展和進步，人們對通信基站的需求增加。隨著通信基站大規(guī)模的建設(shè)和使用，基站內(nèi)部的電源情況、供電安全保障或節(jié)能減排等問題，仍然是基站建設(shè)的重點問題。不管是建設(shè)者還是使用者，都應(yīng)當(dāng)注重用電安全等問題。整個基站系統(tǒng)涉及的工程數(shù)據(jù)信息極大，監(jiān)控系統(tǒng)是其中的一個重點問題，也是基站建設(shè)的主要配套設(shè)施。本文主要論述基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究，希望能夠為基站管理提供一定幫助。

1 電源管理系統(tǒng)設(shè)計

通信基站中的電源管理平臺具有重要作用。電源管理包含不同的功能，如應(yīng)用層、服務(wù)層和設(shè)計層，每層都有不同的服務(wù)，可以根據(jù)不同層的應(yīng)用展開分布式部署。其中，對電源需要實時進行檢測來分析電壓和電流的數(shù)據(jù)是否正常；檢測是通過使用采集控制器進行的，檢測過后的數(shù)據(jù)也要進行儲存。該平臺采用的是分布式部署，存在一定的難度。配電箱在建設(shè)基站中使用的數(shù)量極大，導(dǎo)致監(jiān)控平臺無法滿足使用的要求。這種情況下可以增加VPN、數(shù)據(jù)庫的數(shù)量。每一個VPN能夠容下16 000個配電箱，增加VPN后也能夠滿足配電箱的使用，保障基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

基站電源監(jiān)控系統(tǒng)主要是自下而上提供應(yīng)用服務(wù)的，每層只需做好該層的工作。下層應(yīng)用在進行實際工作流程中需要接收上層的指令?；倦娫幢O(jiān)控系統(tǒng)為基站的電源監(jiān)控管理提供了一定的拓展性，也提供了不同層次數(shù)據(jù)的接口，有利于保障基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

基站電源管理的核心是數(shù)據(jù)分類處理和分級應(yīng)用?；倦娫幢O(jiān)控系統(tǒng)能夠解決監(jiān)控的問題，實現(xiàn)現(xiàn)場的遠程監(jiān)控。其中，開關(guān)電源、電表等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變化，以及基站電源中的數(shù)據(jù)差異化現(xiàn)象，都能通過基站電源監(jiān)控系統(tǒng)解決。事件的數(shù)據(jù)與應(yīng)用是指當(dāng)電源的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生一些突發(fā)情況而產(chǎn)生異?，F(xiàn)象時，可以通過自定義方式觸發(fā)應(yīng)用程序，然后根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將事件的異常上報給平臺。平臺會分析采集事件數(shù)據(jù)，最后傳輸給遠方的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程診斷。通過開啟遠程設(shè)置，工作人員通過查看系統(tǒng)的應(yīng)用與服務(wù)等，可實現(xiàn)對通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的檢修。

實時數(shù)據(jù)與應(yīng)用是要實時性采集基站的工作狀態(tài)，一般15 min采集一次設(shè)備電源數(shù)據(jù)[1]。實時數(shù)據(jù)采集工作完成后，相關(guān)人員要將采集后的實時數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進行分類儲存。如果儲存的數(shù)據(jù)應(yīng)用信息出現(xiàn)異常，基站電源監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出警報。

周期采樣數(shù)據(jù)與應(yīng)用主要周期性采集運行設(shè)備數(shù)據(jù)，每一周期采集的數(shù)據(jù)要在數(shù)據(jù)庫中進行分類儲存，進行下一步預(yù)計分析處理，最后通過處理分析的數(shù)據(jù)情況向運行人員提供相關(guān)數(shù)據(jù)，如在線評估、報表分析、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，使運行人員能夠深入掌握運行情況。圖1為基站電源監(jiān)控系統(tǒng)。

2 電源管理功能設(shè)計

基站監(jiān)控系統(tǒng)方案，如圖2所示。

2.1 停電預(yù)警功能

該功能主要通過人工流程和人工操作系統(tǒng)的方式將停電的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。錄入完成后，可以建立不同的標(biāo)識，設(shè)置在停電區(qū)域內(nèi)?；倦娫幢O(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中能夠自動識別停電標(biāo)識，再根據(jù)基站的運行條件進行停電預(yù)警查詢。查詢方式可以是實時查詢，也可以查詢真實的停電情況。

2.2 發(fā)電管理功能

發(fā)電管理主要是對基站的發(fā)電情況進行監(jiān)測和管理。檢測需要采取從基站整體到局部的方式。根據(jù)發(fā)電基站的不同位置，對累計發(fā)電的時長和發(fā)電量進行監(jiān)測和管理，分析發(fā)電比的情況是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 計量用電

在基站的運行中需要隨時觀察計量用電的情況。計量用電分為交流用電和直流用電，兩種用電方式隨基站的情況做出選擇。配電箱是基站建設(shè)中不可或缺的部分，能夠?qū)⒒局械臄?shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，再儲存于數(shù)據(jù)庫?；镜挠秒娏靠梢愿鶕?jù)不同的時間進行查詢和分析，可以細分到年、月、日，或者可以查詢單獨的某一個基站的用電情況。

圖1 基站電源監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 基站監(jiān)控系統(tǒng)方案

2.4 運維數(shù)據(jù)

運維數(shù)據(jù)能夠全面觀測基站的運行狀態(tài)，分析基站中停電、發(fā)電的比例，借助電子地圖進行遠程檢測來觀察實時情況。比如，當(dāng)日如果某基站的用電功率過大，會產(chǎn)生停電警告或者蓄電池過低警告。此類警告可以提醒工作人員基站的用電過高，需及時進行處理。這樣便于運行人員了解到基站運維數(shù)據(jù)，在用電功率過大的情況下進行調(diào)整。

2.5 蓄電池管理

蓄電池是基站的重要組成部分。蓄電池的使用時間較長，但隨著使用時間的增加，蓄電池的功能會出現(xiàn)衰減趨勢，所以工作人員要做好蓄電池的管理和維護工作。可以對蓄電池釋放一定量的電壓等，并記錄蓄電池的更換情況和維修記錄；在蓄電池達到使用年限時，及時更換，避免蓄電池故障影響整個基站的運行。

2.6 工單維護

工單維護是指在基站受到一定警告后，維修人員需要依據(jù)警告所給的工單處理和解決相關(guān)問題。處理完成后，要詳細記錄維修方法和處理過程，以便必要時可以查詢相關(guān)的信息。

2.7 代維管理

工作人員在接收到系統(tǒng)維護管理信息時，需要輸入代維公司的信息，然后代維公司分配維修人員前往基站中進行維修。此外，維修人員的個人信息也需要記錄在通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)中，避免后期出現(xiàn)問題。

2.8 用戶界面設(shè)計與應(yīng)用

基站電源管理中的用戶設(shè)計，使用戶能夠了解所選區(qū)域基站的發(fā)電比例，發(fā)電的事件和供電所消耗的功率是需要分析的。每個基站的發(fā)電情況不同，對每個基站的發(fā)電情況的分析可以通過餅狀圖的形勢進行數(shù)據(jù)分析。

3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 ARM處理器硬件構(gòu)成

ARM處理器在基站監(jiān)控系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，是基站通信監(jiān)控系統(tǒng)的核心。ARM處理器被廣泛和普遍使用，功能和資源十分豐富?；就ㄐ烹娫幢O(jiān)控系統(tǒng)中需要設(shè)置視頻傳感器，而視頻傳感器對攝像頭的要求較高。視頻傳感器中使用的是zc30USB攝像頭，操作便捷，在電源監(jiān)控系統(tǒng)的工作中發(fā)揮著監(jiān)視觀察的重要作用。在ARM處理器使用中，通過驅(qū)動zc30能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的簡單操作，如打開和關(guān)閉等指令。

3.2 無線傳感器硬件組成

無線傳感器是通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，能夠使電源監(jiān)控系統(tǒng)更加靈活。無線傳感器主要由傳感電路模塊、處理器模塊、電源和時鐘等構(gòu)成[2]。傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的采集和調(diào)整，并通過傳感器將收集的信息進行轉(zhuǎn)換和處理。處理器還有控制電路通信和功耗管理等功能。使用傳感器和處理器，能夠保障無線傳感的順暢通信。電源在這一過程中的主要作用是供電。時鐘主要是能夠為處理器提供時鐘頻率，使處理器更穩(wěn)定準(zhǔn)確。

3.3 電能質(zhì)量傳感電路

目前，基站的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，很多基站被建設(shè)在一些偏遠地區(qū)，設(shè)備設(shè)施不夠完善。電能質(zhì)量傳感電路在這樣的基站環(huán)境中具有重要作用。電能的波動是不穩(wěn)定的，電能質(zhì)量傳感電路在控系統(tǒng)中能提供較大的供電質(zhì)量。在配置電能質(zhì)量傳感電路時，要保障配置的安全和穩(wěn)定，監(jiān)控通信的電源與傳感的部位，以隨時掌握電壓情況獲取電能質(zhì)量信號。獲取信號后，還需要做進一步轉(zhuǎn)換，最后利用DSP計算和換算轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并通過Zig Bee模塊進行發(fā)送。

3.4 溫濕度傳感電路

電源監(jiān)控系統(tǒng)的溫濕度傳感電路可以采用插針式DHT91。DHT91模塊能夠進行A/D轉(zhuǎn)換，還可進行串行接口電路。該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)測量的結(jié)果數(shù)據(jù)精確度非常高，且性能可靠穩(wěn)定。濕度傳感電路和溫度傳感電路測量范圍存在一定區(qū)別，濕度的測量范圍和精度為0%～100%RH和±3.0%RH，溫度的測量范圍和精度則是-40～+123.8 ℃和±0.4 ℃[3]。

3.5 紅外傳感器

紅外傳感器在電源監(jiān)控系統(tǒng)中也需要給予重視。紅外傳感器的功能自動化，能夠進行自動光敏控制、自動溫度補償?shù)取＜t外傳感器的連接方式可以同DHT91感應(yīng)。

4 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 ARM處理器軟件設(shè)計

基站電源監(jiān)控系統(tǒng)中，ARM處理器的內(nèi)核版本為2.6.32的Linux操作系統(tǒng)。該處理器的運行流程如圖3所示。將傳感中獲取的各項信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，是ARM處理器的主要工作內(nèi)容。該系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绦蚶肧ocket套接字進行開發(fā)。

圖3 ARM處理運行流程圖

4.2 Zig Bee無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

Zig Bee無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的重要部分。Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò)傳感共有3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個需要應(yīng)用的實際部分，使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。在電源監(jiān)控系統(tǒng)中，不同的系統(tǒng)會有不同數(shù)量的傳感單元。所以，設(shè)計系統(tǒng)時，務(wù)必要考慮數(shù)據(jù)沖撞現(xiàn)象。系統(tǒng)常常采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是ARM處理器中的主節(jié)點，為其他單元網(wǎng)絡(luò)的從節(jié)點。整個系統(tǒng)的運行根據(jù)主節(jié)點和從節(jié)點進行傳輸，在主節(jié)點收到控制命令時要傳喚給對應(yīng)的從節(jié)點，在從節(jié)點接收到命令后再進行數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 電能質(zhì)量采集

電能質(zhì)量采集對電源監(jiān)控系統(tǒng)中的供電有很大幫助。采集過程中需要掌握一定的條件，如在通信電源的輸入端，電壓和電流都是周期性函數(shù)，要對該函數(shù)進行分解，必須滿足狄里赫利條件。滿足條件后進行分解能得出相關(guān)的參數(shù)，如電壓電流的不平衡率等，為電源監(jiān)控系統(tǒng)提供一定的基礎(chǔ)保障。

4.4 紅外感應(yīng)響應(yīng)與視頻圖像采集傳輸

在電源監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)中，若人入侵到HR-SR501紅外感應(yīng)模塊的感應(yīng)范圍內(nèi)，HR-SR501會產(chǎn)生一定的變化，發(fā)生電平轉(zhuǎn)換。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，通過Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸給ARM處理器。ARM處理器這時會打開相應(yīng)的視頻圖像設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息，收集侵入人員入侵的證據(jù)數(shù)據(jù)信息，并在數(shù)據(jù)庫進行儲存。視頻圖像采集設(shè)備的工作在監(jiān)控系統(tǒng)中是重要環(huán)節(jié)，能夠在基站內(nèi)部進行，也能夠?qū)崿F(xiàn)遠程的監(jiān)控操作，對該工作展開啟動和關(guān)閉等設(shè)置。視頻圖像采集的設(shè)備要根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況來引用。相關(guān)設(shè)備主要是通過接口函數(shù)，在此基礎(chǔ)之上對相關(guān)圖像進行采集。采集工作和發(fā)送操作能夠同時進行。在基站區(qū)域本地內(nèi)安裝Spcaview程序，能夠在本地直接實現(xiàn)視頻圖像，且具有手動捕捉畫面的功能；利用C語言程序，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程捕捉視頻畫面的功能。

4.5 溫濕度采集

溫濕度采集需要依靠DHT91處理器。該處理器工作時，主要是由SCK和DATA線路進行時序控制。由于溫濕度采集的范圍存在一定的差異，所以在采集過程中要根據(jù)實際狀況選擇使用的采集方式。但兩者相似的是，都是在接收到數(shù)據(jù)采集命令后才進行采集數(shù)據(jù)工作。采集數(shù)據(jù)工作完成后，需要發(fā)出相應(yīng)的信號，傳遞采集完成的信息。信號的傳遞和接收都需要網(wǎng)絡(luò)保持一定的暢通，在確保采集完成并傳輸完成后，才能展開下一步的采集工作。

4.6 Web交互頁面設(shè)計

基站的電源控制系統(tǒng)服務(wù)器采用B/S結(jié)構(gòu)[4]。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操作，遠程用戶能夠在一定的網(wǎng)絡(luò)支持下操作瀏覽器的頁面，輸入相應(yīng)的傳感器服務(wù)地址，就能夠查看系統(tǒng)中的各項信息資源。系統(tǒng)中的服務(wù)器是遵循HTTP協(xié)議的Boa服務(wù)器程序搭建的。基站的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)能夠在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)遠程訪問。服務(wù)器通過遠程訪問，能實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能，滿足監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

Web用戶端采用ajax導(dǎo)步交互和服務(wù)器中的cgi進程通信。該功能主要是當(dāng)遠程的用戶想要進行訪問時，先要提出連接請求，然后在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的通信機制，再通過get的方式將用戶的連接請求傳輸?shù)椒?wù)器中。服務(wù)器給予一定的回應(yīng)處理，才能實現(xiàn)用戶遠程訪問的功能。Web交互設(shè)計頁面也需要做好相應(yīng)的工作。Web頁面中含有視頻監(jiān)視、溫度濕度數(shù)據(jù)顯示、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)等系統(tǒng)中包含的多項功能。一般來說，Web頁面的右上角為時間和日期，右下角為運行人員的操作記錄；頁面左側(cè)設(shè)計的是功能選擇，為用戶提供一定的幫助，如電能質(zhì)量、視頻圖像、控制等。不同的設(shè)計隨不同的設(shè)計人員產(chǎn)生變化。

5 結(jié) 論

綜上所述，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)闡述了基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計。該系統(tǒng)為一個新型的電源監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集和圖像數(shù)據(jù)采集等多種功能，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布線工作，操作起來更加簡單便捷，為基站的管理工作帶來了一定的便利?；镜耐ㄐ烹娫幢O(jiān)控系統(tǒng)為一個新型的設(shè)計系統(tǒng)，在使用過程中為基站的管理帶來了很多優(yōu)勢，應(yīng)用起來更加方便靈活。在運行該系統(tǒng)的過程中，每一項數(shù)據(jù)的采集和傳輸，運行人員要按照科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)操作相關(guān)步驟，才能確保電源監(jiān)控系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。