ARM的通信基站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】提出以arm微控制器LPC4088FET180為核心的通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的方案。對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計相應(yīng)的硬件實現(xiàn)方案，開發(fā)基于μC/OS-II的實時多任務(wù)嵌入式軟件。

【關(guān)鍵詞】ARM；基站電源；監(jiān)控系統(tǒng)

1引言

隨著我國移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通信基站數(shù)量日益增多?；倦娫簇?fù)責(zé)整個基站的供電任務(wù)，是通信網(wǎng)絡(luò)正常工作的基礎(chǔ)，需為基站設(shè)備提供不間斷的穩(wěn)定電源，一旦發(fā)生斷電或電源不穩(wěn)定的情況，將會影響用戶的正常通信[1]，因此對通信基站電源進(jìn)行實時監(jiān)控具有重要的意義。目前通信基站分布范圍越來越廣，從城市逐步到偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便，所處的環(huán)境越來越惡劣，傳統(tǒng)的人工巡檢方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代通信業(yè)的需求[2]。針對前述問題，本文以高性能的ARM微處理器為核心設(shè)計并實現(xiàn)了通信基站電源的監(jiān)控系統(tǒng)，實時采集通信基站電源的電力參數(shù)，并通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，降低了基站電源的維護(hù)和管理成本。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

移動通信基站電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)構(gòu)成。其中交流供電系統(tǒng)由市電引入或者移動油機(jī)供電，經(jīng)交流配電單元為基站的直流供電系統(tǒng)和空調(diào)、照明等設(shè)備提供220V或380V交流電源；直流供電系統(tǒng)包括整流模塊、直流配電單元和蓄電池組構(gòu)成，為基站提供—48V直流電源[3]。在整個基站電源系統(tǒng)中，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)交流輸入的電壓電流值、整流模塊母線和輸出的電壓電流值、直流配電單元輸出的電壓電流值、蓄電池組的電壓電流值和整流模塊及蓄電池組的溫度值[4]。根據(jù)以上需求，本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)框架如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)以ARM微處理器為核心，電壓采樣模塊、電流采樣模塊和溫濕度采樣模塊分別負(fù)責(zé)各電壓電流值和基站內(nèi)溫濕度的采集，ARM微處理器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將數(shù)據(jù)通過3G通信模塊傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

3ARM監(jiān)控單元硬件設(shè)計

ARM監(jiān)控單元包括ARM微處理器、溫度采樣模塊、電壓/電流采樣模塊、鍵盤液晶顯示模塊、實時時鐘、電源和3G通信模塊。ARM微處理器采用的是NXP公司的LPC4088FET180微處理器，LPC4088FET180微處理器是一款基于ARMCortex-M4的數(shù)字信號控制器，LPC4088FET180的工作頻率為120MHz，內(nèi)置512kB閃存、96kB的RAM、4kBEEPROM，142個增強(qiáng)型GPIO，包括1個以太網(wǎng)接口、1個USB接口、1個LCD接口、2個CAN接口、5個UART接口、3個I2C接口、3個SPI接口、8路12位ADC、2個模擬比較器和1個DAC等。豐富的外設(shè)端口為連接各種外圍設(shè)備提供了方便，如液晶顯示屏采用CH320240A，可直接通過LCD接口與微控制器芯片連接。3G通信模塊采用芯訊通無線科技有限公司的SIM800C模塊完成與監(jiān)控中心的通信，該模塊是一款支持GSM/GPRS的無線通信模塊，支持最大傳輸速率達(dá)85.6kbps，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。此外，該模塊還具有豐富的接口，包括USB、串行接口、SIM卡接口（3V/1.8V）、GPIO和一路模擬音頻接口。為保證數(shù)據(jù)的正確性，通信單元與LPC4088FET180微控制器的UART串行接口采用四線制的串口連接方式。由于LPC4088FET180芯片自帶實時時鐘（RTC）模塊掉電后不能正常工作，重新上電后時間被清零，不能準(zhǔn)確提供系統(tǒng)運(yùn)行和故障時間，因此本系統(tǒng)選用實時時鐘芯片DS1341以提供準(zhǔn)確時間，便于操作人員查詢和檢修系統(tǒng)。DS1341低電流實時時鐘（RTC）是一款計時器件，具有極低的待機(jī)電流，能夠在電池供電時保持更長的使用壽命。DS1341采用6pF晶體，通過I²C串行接口與ARM微處理器連接。

4軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計以mC/OS-II嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)為運(yùn)行環(huán)境，采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方式，將程序分為獨(dú)立的功能任務(wù)模塊，在主程序中通過優(yōu)先級算法調(diào)用不同的功能模塊，以實現(xiàn)對電源的實時監(jiān)控。本系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的實時性要求和重要性，把程序分為7個不同優(yōu)先級的任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級由高至低依次為電壓電流采樣計算、溫度采樣計算、3G通信、ARM處理器自檢、液晶顯示、鍵盤處理和空閑任務(wù)。系統(tǒng)在主程序中對所有的端口和數(shù)據(jù)變量進(jìn)行初始化，并建立一個優(yōu)先級最低的空閑任務(wù)，使空閑任務(wù)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，各項初始化工作就緒后，通過任務(wù)啟動函數(shù)根據(jù)優(yōu)先級來調(diào)用和切換不同的功能任務(wù)，管理系統(tǒng)資源，實現(xiàn)實施多任務(wù)操作，主程序清單如下：intmain(void){OSInit()；//初始化函數(shù)……OSTaskCreat()；//創(chuàng)建空閑任務(wù)……OSStart()；//開始多任務(wù)調(diào)度return(0)；}判斷基站現(xiàn)場各電源是否正常工作需要依靠電壓電流采樣模塊采集的數(shù)據(jù)，因此采樣計算轉(zhuǎn)換是整個系統(tǒng)最為重要的任務(wù)之一。LPC4088FET180處理器內(nèi)置一個8通道的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC采樣率可達(dá)400ksps，可以滿足對交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、蓄電池組共8路電壓電流信號采樣的要求.

5總結(jié)

本文提出的基于ARM的通信基站電源監(jiān)控單元在硬件上具有豐富的資源可以利用，為控制系統(tǒng)中融入智能化技術(shù)提供了一個高速的處理平臺；軟件上移植了實時操作系統(tǒng)，不但能夠具有實時多任務(wù)處理能力，也為遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)共享提供了一種新的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1]胡圣堯,楊子立,關(guān)靜,等.基于GPRS或4G的通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電源技術(shù),2016,40(9):1865-1866.

[2]鐘鳴.無線通信基站電源設(shè)備參數(shù)的計算[J].信息通信,2016(7):177-178.

[3]樂傳圣.通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)中MCU的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化,2015(10):107-108.

[4]張福順.基于物聯(lián)網(wǎng)的移動通信基站電源管理系統(tǒng)[D].河北工業(yè)大學(xué),2014.

[5]楊思俊.光伏發(fā)電通信基站電源遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2012,20(17):83-86.

作者:陽明霞 單位:柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院