基于物聯(lián)網(wǎng)的通信基站電源管理系統(tǒng)的研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035)

基于物聯(lián)網(wǎng)的通信基站電源管理系統(tǒng)的研究

孟云俠

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050035)

以物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了通信基站動(dòng)力環(huán)境的監(jiān)控與管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可有效地對(duì)局站內(nèi)的高低壓配電、蓄電池組、UPS、油機(jī)、空調(diào)等設(shè)備及通信基站內(nèi)的溫濕度、門(mén)禁、地水、煙霧等環(huán)境量實(shí)現(xiàn)“遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視”等功能。除了基本功能之外，著重設(shè)計(jì)了服務(wù)器的通信和數(shù)據(jù)處理功能，可有效地提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

物聯(lián)網(wǎng)；智能監(jiān)測(cè)；服務(wù)器設(shè)計(jì)

作為一種新型的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)可以有效地提供三個(gè)方面的技術(shù)支持[1]：一為全面感知，可以利用各種智能及非智能的數(shù)據(jù)采集裝置準(zhǔn)確地獲取需感知對(duì)象的當(dāng)前信息；二是信息的實(shí)時(shí)傳遞，物聯(lián)網(wǎng)支持利用各種通信技術(shù)來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的通信層，該通信層可以采取短距離、長(zhǎng)距離、有線、無(wú)線、移動(dòng)、固定等多種通信方式，而其根本的特征是實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確；三是智能處理，利用各種智能計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能控制。

通信基站是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。而通信電源是通信設(shè)備可靠運(yùn)行的保障。在通信基站中，需要監(jiān)控對(duì)象主要有三類(lèi)，分別為通信電源基本設(shè)備、通信電源基本參數(shù)、通信機(jī)房環(huán)境設(shè)備和通信機(jī)房環(huán)境參數(shù)等，表1當(dāng)中所列出的就是通信電源運(yùn)行過(guò)程中需監(jiān)控的參數(shù)。圖1為通信電源的基本結(jié)構(gòu)。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于通信系統(tǒng)而言，每一個(gè)通信基站都需要配備相應(yīng)的電源系統(tǒng)。因此，需要監(jiān)控的電源對(duì)象分散在各個(gè)通信基站的機(jī)房?jī)?nèi)，這就造成了每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象的分散性。而對(duì)于整個(gè)電源監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要構(gòu)成一個(gè)“監(jiān)控分散，管理集中”的體系結(jié)構(gòu)，因此，采取物聯(lián)網(wǎng)的理念來(lái)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)就可以順利實(shí)現(xiàn)其功能。

表1 通信電源監(jiān)控參數(shù)

圖1 通信電源基本結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)分為三層結(jié)構(gòu)[2]，分別是感知層、通信層和應(yīng)用層。感知層的主要作用是信息的采集和感知，實(shí)現(xiàn)的手段有智能型檢測(cè)系統(tǒng)和非智能性檢測(cè)系統(tǒng)，例如各類(lèi)成品智能檢測(cè)儀器、各種傳感器(如溫濕度感應(yīng)器、震動(dòng)感應(yīng)器、人體紅外感應(yīng)器、聲音感應(yīng)器、壓力感應(yīng)器等)、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭等。感知層所采集的數(shù)據(jù)需要底層的通信系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。傳輸?shù)募夹g(shù)也有許多種，例如現(xiàn)場(chǎng)總線、藍(lán)牙、紅外線、ZigBee等等；通信層是實(shí)現(xiàn)分散式監(jiān)控到集中式管理的核心通信層，它的主要任務(wù)是把底層采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)傳遞至管理中心或其他應(yīng)用終端。通信層的技術(shù)也有多種，大多數(shù)依靠Internet網(wǎng)或移動(dòng)通信網(wǎng)來(lái)進(jìn)行傳輸，可以使用的技術(shù)有GPRS、4G或wifi等。處于物聯(lián)網(wǎng)最高層的是應(yīng)用層，可以根據(jù)應(yīng)用的需求來(lái)設(shè)置相應(yīng)的功能，其中，大多數(shù)數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器當(dāng)中，而應(yīng)用終端可以選擇各種移動(dòng)設(shè)備，也可以選擇PC機(jī)。基于物聯(lián)網(wǎng)的通信電源監(jiān)控管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 通信電源監(jiān)控管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

通信電源底層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要由六部分組成，分別為底層中心處理器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、底層通訊單元、通信接口及顯示模塊等，系統(tǒng)硬件的整體框圖如圖3所示

圖3 系統(tǒng)硬件的整體框圖

底層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中央處理器可以選用ARM處理器[3]，本設(shè)計(jì)選用的是AT91SAM9G45。AT91SAM9G45具有與底層監(jiān)測(cè)相關(guān)的高速數(shù)據(jù)傳輸接口，可以有效地支撐LCD、攝像頭、音頻、以太網(wǎng)、高速USB設(shè)備以及SDID接口設(shè)備等。同時(shí)，AT91SAM9G45處理器的運(yùn)行頻率高達(dá)400 MHz，具有133 MHz的多層總線架構(gòu)和37條DMA通道，而且存儲(chǔ)器模塊中還包括著可以配置為緊耦合存儲(chǔ)器(TCM)的64-KB SRAM，這些可有效地保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高速率數(shù)據(jù)采集及任務(wù)的合理調(diào)度。

底層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊的主要作用是底層設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)感知，并將這些數(shù)據(jù)上傳至底層中央控制中心。數(shù)據(jù)的感知可以選用各種傳感器來(lái)完成，例如電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、濕度傳感器、震動(dòng)傳感器等。而這些數(shù)據(jù)的傳輸就需要底層傳輸系統(tǒng)的支持。底層傳輸系統(tǒng)可以利用CAN總線，也可以采用ZigBee、藍(lán)牙等短距離通信方式。如果利用ZigBee技術(shù)，就可以構(gòu)造相應(yīng)的無(wú)線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送功能。系統(tǒng)環(huán)境中溫濕度數(shù)據(jù)采集和發(fā)送啟動(dòng)程序如下：

底層監(jiān)測(cè)還需要設(shè)計(jì)與中間層的通信系統(tǒng)，可以選用GPRS(4G)模塊或Etherne(以太網(wǎng))通訊模塊。目前，各通信基站大多采用4 G小流量來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在大一些的網(wǎng)站，最好還是要采用Etherne網(wǎng)絡(luò)傳輸。本系統(tǒng)兩種模塊都有，一個(gè)是GPRS模塊接口，另一個(gè)是內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的MC52i模塊。所有的數(shù)據(jù)利用相應(yīng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而遠(yuǎn)程接收端接收數(shù)據(jù)包后再利用MODBUS協(xié)議解析數(shù)據(jù)包。

2 服務(wù)器功能設(shè)計(jì)

服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的中心，它的功能主要是實(shí)現(xiàn)了向TCP客戶端提供有效的分析數(shù)據(jù)，并借助于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，類(lèi)似于一個(gè)中繼站。服務(wù)器需要完成三個(gè)方面的設(shè)計(jì)，分別為利用TCP協(xié)議為服務(wù)器配置網(wǎng)絡(luò)通信功能；接收客戶端的數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求；進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

可以完成服務(wù)器功能實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)言有很多，本設(shè)計(jì)采用Qt來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其中實(shí)現(xiàn)客戶端請(qǐng)求監(jiān)聽(tīng)的程序?yàn)椋?/p>

實(shí)現(xiàn)服務(wù)器數(shù)據(jù)處理的程序?yàn)椋?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以充分地適應(yīng)通信基站電源運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)控要求，準(zhǔn)確、及時(shí)地反映相關(guān)設(shè)備的工作過(guò)程，加強(qiáng)電源工作的穩(wěn)定性和可靠性，提高工作效率，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有積極的指導(dǎo)作用。

[1]魯東海.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站輔助控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].華東電力，2011(39)：568-569.

[2]成佳慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火電廠高頻電源智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2012：6-8.

Research on communication base station power management system based on Internet of things

MENG Yun-xia
(Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang Hebei 050035,China)

Based on the three-layer structure of the Internet of things,the monitoring and management system of the dynamic environment of the communication base station was designed.The whole system could effectively realize the"telemetry,remote communication,remote control,remote debugging,remote viewing"and other functions in the equipment such as high and low voltage distribution,battery pack,UPS,oil machine,air conditioner and so on,and the temperature and humidity,access control,ground water and smoke in the base station.In addition to the basic function, this design also focused on design of the server communication and data processing function. So the operation efficiency of the system could be effectively improved.

IOT;intelligent monitoring;server design

TM 73

A

1002-087 X(2017)10-1492-02

2017-03-02

孟云俠(1978—)，女，河北省人，副教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)頁(yè)網(wǎng)站教學(xué)。