基于ＣＭ３００和ＳＭ７９１６４的基站監(jiān)控系統(tǒng)

吳志祥　吳援明

摘 要：介紹了一種采用高性能8位單片機(jī)SM79164作為主要控制芯片的通信基站環(huán)境和動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),該系統(tǒng)使用各種高性能傳感器采集基站里的環(huán)境和動(dòng)力參數(shù),利用串口攝像頭獲取基站里的圖像,在初步分析和處理數(shù)據(jù)后,通過(guò)CDMA2000-1X模塊CM300與中心機(jī)房建立TCP/IP連接,把所有數(shù)據(jù)傳送回主機(jī),主機(jī)將信息進(jìn)一步處理后通知相關(guān)維護(hù)人員,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)基站的實(shí)時(shí)監(jiān)控,提高了基站動(dòng)力設(shè)備和通信設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：通信基站；環(huán)境監(jiān)控；CM300；SM79164

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2009)01-107-03

Base Station Monitoring System Based on CM300 and SM79164

WU Zhixiang,WU Yuanming

(School of Optoelectronic Electronic Information,University of Electronic Science Technology of China,Chengdu,610054,China)

Abstract：An environment and power monitoring system for communication base station are described in this article.It adopts 8 b single chip computer SM79164 as the main controlling chip.It collects the parameters of environment and power by kinds of sensors and obtains the pictures of inside communication base station by a special camera.After analyzing and disposing the data simply,it sets up TCP/IP link with the center through CDMA2000-1X module CM300 and sends the data back.The center disposes the data further more.It achieves the communication base station are monitored in the round and in real-time,and it improves the running reliability of the power and communication equipment.

Keywords：communication base station;environment monitoring;CM300;SM79164

0 引 言

隨著現(xiàn)代通信事業(yè)的迅猛發(fā)展,通信機(jī)房的數(shù)量急劇增加,在提高通信服務(wù)質(zhì)量的同時(shí),對(duì)通信機(jī)房的管理也提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)基站的電源設(shè)備和環(huán)境參量等對(duì)象,利用各種檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)有情況發(fā)生時(shí),使用GSM模塊發(fā)送短信的告警方式［1］。這種告警方式傳輸數(shù)據(jù)量小,根本不能夠用于傳送圖像,而且短信延時(shí)大,也不能及時(shí)通知到維護(hù)技術(shù)人員。為解決這個(gè)問(wèn)題,我們采用CDMA2000-1X空中接口技術(shù)代替GSM技術(shù),這種技術(shù)擁有 153 Kb/s的全雙工無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的能力,監(jiān)控系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上與中心機(jī)房建立起TCP/IP連接,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,這樣既能實(shí)現(xiàn)告警及時(shí)性,又能滿足傳送圖像的需求。此外,為了減少能源浪費(fèi)和降低基站運(yùn)營(yíng)成本,還使用了紅外遙控技術(shù)對(duì)基站的空調(diào)進(jìn)行控制。

該系統(tǒng)采用新茂公司高性能8位單片機(jī)SM79164作為主控芯片,選用華為公司的CM300作為通信模塊,使用各種高性能傳感器,配備高速率的串口攝像頭。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中心機(jī)房對(duì)基站設(shè)備和環(huán)境參量的集中的實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控,通過(guò)該系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并快速地排除,節(jié)約了人力資源成本,實(shí)現(xiàn)了基站的無(wú)人值守,提高了動(dòng)力設(shè)備、通信設(shè)備運(yùn)行的可靠性,從而降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本,提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量［2］。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 功能描述

圖1為基站監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖,該系統(tǒng)選用新茂公司SM79164作為MCU。SM79164采用基本的8052作為內(nèi)核,最高工作頻率可以達(dá)到35 MHz,內(nèi)部擁有64 KB的片上FLASH和4 KB的RAM。系統(tǒng)針對(duì)基站電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備和基站的環(huán)境參量等對(duì)象,利用溫度、門磁、紅外、煙感、水浸、電壓和電流等傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集。采集到的各種參數(shù)經(jīng)過(guò)MCU簡(jiǎn)單的處理后,室內(nèi)的溫度、電池的電壓和電流等信息將顯示在液晶屏上。如果測(cè)量到室內(nèi)溫度不在設(shè)置的溫度范圍內(nèi),則通過(guò)紅外遙控控制空調(diào)開或者關(guān)。當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí),系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報(bào)警,并啟動(dòng)CM300通信模塊和中心機(jī)房建立TCP/IP連接,開啟串口攝像頭,把采集的參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)一起傳送回機(jī)房,由中心機(jī)房進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

1.2 CM300模塊

CM300是華為公司推出的一款無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊,支持短消息、高質(zhì)量語(yǔ)音和無(wú)線數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。該模塊工作電壓為3.3~4.5 V,工作頻段為800 MHz。模塊采用CDMA2000-1X空中接口技術(shù),擁有 153 Kb/s的全雙工無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的能力,涵蓋CDMA所有的標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)應(yīng)用的AT指令。該模塊內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議,用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的AT命令就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

CM300模塊還提供了一個(gè)8位LCD接口、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC接口、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB接口和2路RS 232雙工串口,串口的最大速率達(dá)到230.4 Kb/s。本系統(tǒng)中的MCU就是通過(guò)其中一個(gè)串口與CM300之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的,通信使用的波特率采用230.4 Kb/s。但是SM79164只有一個(gè)串口,不能滿足同時(shí)與串口攝像頭和CM300通信的需要,因此我們采取兩個(gè)模塊共用一個(gè)串口的方法。圖2為單片機(jī)串口復(fù)用框圖,CD4053是三組兩路模擬開關(guān)芯片,由SM79164的一個(gè)I/O引腳作為它的選通信號(hào)。

當(dāng)該系統(tǒng)需要向中心機(jī)房傳送數(shù)據(jù)時(shí),首先由SM79164控制CD4053建立與CM300模塊的串口通信通道,然后由單片機(jī)通過(guò)AT命令控制CM300模塊與中心機(jī)房建立TCP/IP連接,中心機(jī)房的IP地址和端口號(hào)PORT通過(guò)短信方式進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。CM300模塊可以同時(shí)建立5個(gè)獨(dú)立的TCP/IP連接,每個(gè)連接一次最多可以發(fā)送512 B的數(shù)據(jù)。

1.3 空調(diào)控制

所有的電子設(shè)備都有一個(gè)工作溫度范圍,如果環(huán)境溫度高于或者低于這個(gè)范圍,會(huì)大大縮短電子設(shè)備的壽命。而實(shí)際的環(huán)境溫度又很少超出這個(gè)范圍,如果長(zhǎng)時(shí)間的開啟空調(diào)會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi),因此空調(diào)控制對(duì)于保障基站設(shè)備正常工作和節(jié)約能源都顯得特別重要［3］。

空調(diào)控制方式有很多種,該系統(tǒng)采用紅外遙控的方式,其工作原理跟普通的家電遙控方式相同。紅外遙控電路如圖3所示,這種空調(diào)控制方式的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。圖3中signal a為0和1組成的編碼信號(hào),在紅外遙控編碼中把560 ns的高電平和1 690 ns的低電平定義為1,把560 ns的高電平和565 ns的低電平定義為0,不同型號(hào)的空調(diào)對(duì)應(yīng)不同的一組編碼；signal b為38 kHz的占空比3∶1的載波信號(hào),兩路信號(hào)經(jīng)由與門實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）后,由三極管8050驅(qū)動(dòng)紅外二極管發(fā)射出去,它們的波形圖如圖4所示。

在系統(tǒng)首次使用時(shí),空調(diào)的編碼和溫度的上下限可以由中心機(jī)房通過(guò)短信方式進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。初始設(shè)定后,單片機(jī)首先把采集的溫度值與溫度上下限進(jìn)行比較,如果環(huán)境溫度超出設(shè)定的溫度范圍,就向空調(diào)發(fā)出遙控信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制。同時(shí)中心機(jī)房也可以通過(guò)發(fā)送短信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控空調(diào),其優(yōu)先級(jí)高于本地,這樣可以有效地防止由于監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障而引起的空調(diào)頻繁起停。

2 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思路,這樣既有利于程序的查錯(cuò),又利于程序的更新升級(jí)。具體內(nèi)容包括：初始配置、系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、LCD顯示、空調(diào)控制、圖像讀取和告警模塊共7個(gè)部分,圖5為監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程圖。

2.1 初始配置

在監(jiān)控系統(tǒng)首次使用前,中心機(jī)房通過(guò)發(fā)送短信的方式對(duì)其進(jìn)行初始配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷的方式處理收到的短信。當(dāng)系統(tǒng)收到一條短信后,首先判斷是否來(lái)自中心機(jī)房,然后才讀取短信的內(nèi)容。為了加強(qiáng)短信的機(jī)密性,對(duì)短信的格式以及關(guān)鍵位置的關(guān)鍵字都有嚴(yán)格的規(guī)定。初始配置的內(nèi)容包括：短信服務(wù)中心號(hào)碼、中心軟件的IP地址和端口號(hào)、開啟和關(guān)閉空調(diào)的溫度值、蓄電池輸出電壓和電流的告警值、上傳圖像的象素值和系統(tǒng)時(shí)間等。所有初始值都存儲(chǔ)在芯片AT24C256中,AT24C256是一款I(lǐng)2C總線接口的 E2PROM,MCU可以使用普通的兩個(gè)I/O口對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要包括4個(gè)開關(guān)量和3個(gè)模擬量。 4個(gè)開關(guān)量分別是：煙感、水浸、紅外和門磁,開關(guān)量主要是由傳感器輸出的高低電平采集得到。在采集開關(guān)量時(shí),為了消除突發(fā)脈沖干擾,軟件設(shè)計(jì)通過(guò)一點(diǎn)采多采的方法來(lái)降低隨機(jī)噪聲的干擾。3個(gè)模擬量分別是：基站內(nèi)的溫度、電池的電壓和電流。溫度通過(guò)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,DS18B20采用獨(dú)特的單線接口方式,與MCU連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊［4］。電池的電壓和電流通過(guò)2路8位串行A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832獲得,ADC0832數(shù)據(jù)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口,MCU通過(guò)普通的4根I/O引腳利用軟件方

式與ADC0832進(jìn)行通信［5］。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性,在采集模擬量時(shí),軟件系統(tǒng)通過(guò)多次采集求平均值的方法,保證得到的數(shù)據(jù)的精確性。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)有告警發(fā)生時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)需要把采集的數(shù)據(jù)和圖像通過(guò)CM300傳送回中心機(jī)房。每次在傳送數(shù)據(jù)之前,CM300首先需要建立PPP連接,然后根據(jù)初始配置中的IP地址和端口號(hào)來(lái)建立TCP/IP連接,連接建立完成后才開始傳送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)發(fā)完以后又需要斷開兩個(gè)連接,所有這些操作都是由MCU通過(guò)串口向CM300發(fā)送AT命令完成的,具體的AT命令使用方法可以參考華為CM300系列AT命令用戶手冊(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)采用了基于CDMA2000-1X技術(shù)的CM300作為通信模塊,配備各種高性能傳感器和高速率串口攝像頭,針對(duì)基站電源設(shè)備和環(huán)境參量進(jìn)行全方位的立體的可視化的監(jiān)控,并加強(qiáng)了對(duì)基站里最大耗能設(shè)備空調(diào)的控制。將移動(dòng)通信維護(hù)管理部門關(guān)心的問(wèn)題綜合在一起處理,解決了基站設(shè)備維護(hù)中的一些實(shí)際問(wèn)題,降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本,提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介吳志祥 男,1982年出生,江蘇泰州人,電子科技大學(xué)碩士研究生。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用。

吳援明 男,1966年出生,湖北浠水人,電子科技大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代通信中的信號(hào)處理。