引 言

隨著現(xiàn)代通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，通信機房的數(shù)量急劇增加，在提高通信服務質(zhì)量的同時，對通信機房的管理也提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要針對基站的電源設備和環(huán)境參量等對象，利用各種檢測設備進行監(jiān)控，當有情況發(fā)生時，使用GSM模塊發(fā)送短信的告警方式。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，而且短信延時大，也不能及時通知到維護技術(shù)人員。為解決這個問題，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的全雙工無線傳輸數(shù)據(jù)的能力，監(jiān)控系統(tǒng)在此基礎上與中心機房建立起TCP／IP連接，進行數(shù)據(jù)傳輸，這樣既能實現(xiàn)告警及時性，又能滿足傳送圖像的需求。此外，為了減少能源浪費和降低基站運營成本，還使用了紅外遙控技術(shù)對基站的空調(diào)進行控制。

該系統(tǒng)采用新茂公司高性能8位單片機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)實現(xiàn)了中心機房對基站設備和環(huán)境參量的集中的實時的可視化監(jiān)控，通過該系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)設備故障并快速地排除，節(jié)約了人力資源成本，實現(xiàn)了基站的無人值守，提高了動力設備、通信設備運行的可靠性，從而降低了基站系統(tǒng)的運行成本，提高了移動通信系統(tǒng)運行的可靠性及服務質(zhì)量。

1、硬件設計

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到35 MHz，內(nèi)部擁有64 KB的片上FLASH和4 KB的RAM。系統(tǒng)針對基站電源設備、空調(diào)設備和基站的環(huán)境參量等對象，利用溫度、門磁、紅外、煙感、水浸、電壓和電流等傳感器實現(xiàn)對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集。采集到的各種參數(shù)經(jīng)過MCU簡單的處理后，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。如果測量到室內(nèi)溫度不在設置的溫度范圍內(nèi)，則通過紅外遙控控制空調(diào)開或者關。當檢測到異常情況時，系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報警，并啟動CM300通信模塊和中心機房建立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)一起傳送回機房，由中心機房進行進一步的處理。

1．2 CM300模塊

CM300是華為公司推出的一款無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，支持短消息、高質(zhì)量語音和無線數(shù)據(jù)等業(yè)務。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的全雙工無線傳輸數(shù)據(jù)的能力，涵蓋CDMA所有的標準的語音和數(shù)據(jù)應用的AT指令。該模塊內(nèi)嵌了TCp／IP協(xié)議，用戶通過簡單的AT命令就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

CM300模塊還提供了一個8位LCD接口、一個標準的IIC接口、一個標準的USB接口和2路RS 232雙工串口，串口的最大速率達到230．4 Kb／s。本系統(tǒng)中的MCU就是通過其中一個串口與CM300之間進行數(shù)據(jù)通信的，通信使用的波特率采用230．4 Kb／s。但是SM79164只有一個串口，不能滿足同時與串口攝像頭和CM300通信的需要，因此我們采取兩個模塊共用一個串口的方法。圖2為單片機串口復用框圖，CD4053是三組兩路模擬開關芯片，由SM79164的一個I／O引腳作為它的選通信號。

當該系統(tǒng)需要向中心機房傳送數(shù)據(jù)時，首先由SM79164控制CD4053建立與CM300模塊的串口通信通道，然后由單片機通過AT命令控制CM300模塊與中心機房建立TCP／IP連接，中心機房的IP地址和端口號PORT通過短信方式進行遠程配置。CM300模塊可以同時建立5個獨立的TCP／IP連接，每個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

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

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)簡單，成本低，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。圖3中signal a為O和1組成的編碼信號，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，不同型號的空調(diào)對應不同的一組編碼；signal b為38 kHz的占空比3：1的載波信號，兩路信號經(jīng)由與門實現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）后，由三極管8050驅(qū)動紅外二極管發(fā)射出去，它們的波形圖如圖4所示。

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

2、軟件設計

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計采用結(jié)構(gòu)化的設計思路，這樣既有利于程序的查錯，又利于程序的更新升級。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，中心機房通過發(fā)送短信的方式對其進行初始配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷的方式處理收到的短信。當系統(tǒng)收到一條短信后，首先判斷是否來自中心機房，然后才讀取短信的內(nèi)容。為了加強短信的機密性，對短信的格式以及關鍵位置的關鍵字都有嚴格的規(guī)定。初始配置的內(nèi)容包括：短信服務中心號碼、中心軟件的IP地址和端口號、開啟和關閉空調(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)時間等。所有初始值都存儲在芯片AT24C256中，AT24C256是一款I2C總線接口的E2PROM，MCU可以使用普通的兩個I／O口對其進行讀寫操作。

2．2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要包括4個開關量和3個模擬量。4個開關量分別是：煙感、水浸、紅外和門磁，開關量主要是由傳感器輸出的高低電平采集得到。在采集開關量時，為了消除突發(fā)脈沖干擾，軟件設計通過一點采多采的方法來降低隨機噪聲的干擾。3個模擬量分別是：基站內(nèi)的溫度、電池的電壓和電流。溫度通過數(shù)字式溫度傳感器DSl8820，DSl8820采用獨特的單線接口方式，與MCU連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊。電池的電壓和電流通過2路8位串行A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832獲得，ADC0832數(shù)據(jù)通信采用標準的SPI接口，MCU通過普通的4根I／O引腳利用軟件方式與ADC0832進行通信。為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，在采集模擬量時，軟件系統(tǒng)通過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

當有告警發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)需要把采集的數(shù)據(jù)和圖像通過CM300傳送回中心機房。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地址和端口號來建立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連接，所有這些操作都是由MCU通過串口向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。

3、結(jié) 語

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，針對基站電源設備和環(huán)境參量進行全方位的立體的可視化的監(jiān)控，并加強了對基站里最大耗能設備空調(diào)的控制。將移動通信維護管理部門關心的問題綜合在一起處理，解決了基站設備維護中的一些實際問題，降低了基站系統(tǒng)的運行成本，提高了移動通信系統(tǒng)運行的可靠性及服務質(zhì)量。

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