基于SIM900A的基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要： 為了降低基站的日常運(yùn)營(yíng)管理成本，提高基站運(yùn)營(yíng)管理效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)基站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與維護(hù)，設(shè)計(jì)了一款基于SIM900A的基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)和SIM900A模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)基站內(nèi)的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)，取得了理想的測(cè)試效果。該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞： SIM900A； 基站； 無(wú)線監(jiān)控； AT89S52

中圖分類號(hào)： TN92?34； TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）03?0051?04

SIM900A?based wireless monitoring system for base station

SUI Junjie， XIAO Shiman， SHAO Weiheng， WU Shangquan

（The Fifth Electronics Research Institute， Ministry of Industry and Information Technology， Guangzhou 510000， China）

Abstract： To reduce the cost of daily operation management， improve the efficiency of operation management， and realize the real?time monitoring and maintenance of the key equipments inside the base station， a SIM900A?based wireless monitoring system for base station was designed. The SCM AT89S52 and SIM900A module are adopted in the system to conduct wireless data transmission. The real?time monitoring experiment for the air conditioning equipment in the base station was conducted and the ideal test results were obtained from it. The system has the advantages of stable operation， strong anti?interference ability， easy installation and low cost， and has a certain practical value and broad market prospect.

Keywords： SIM900A； base station； wireless monitoring； AT89S52

0 引 言

隨著我國(guó)通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信基站的數(shù)量也急劇上漲，尤其是4G網(wǎng)絡(luò)推廣以來(lái)，4G基站的建設(shè)速度更是驚人，僅2014年中國(guó)4G基站數(shù)量就由近30萬(wàn)座增至多達(dá)100萬(wàn)，約占全世界新建4G基站市場(chǎng)的60%，根據(jù)粗略估計(jì)，我國(guó)目前通信基站數(shù)量已接近300萬(wàn)座[1]。

移動(dòng)通信基站是支持通信網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營(yíng)的主體設(shè)施，也是確保通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境質(zhì)量的重要因素， 因而對(duì)該部分的管理與維護(hù)十分關(guān)鍵且非常必要。面對(duì)如此數(shù)量巨大的基站，我國(guó)的電信運(yùn)營(yíng)商目前的運(yùn)營(yíng)維護(hù)手段多是采用為每個(gè)基站配備專人進(jìn)行看管維護(hù)，其日常的運(yùn)營(yíng)管理成本巨大，實(shí)時(shí)性也難以達(dá)到要求[2]。因此，設(shè)計(jì)一款基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)替代原有的人工看護(hù)，可以在很大程度上降低成本、節(jié)省勞動(dòng)力，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

本文設(shè)計(jì)的基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地監(jiān)控基站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對(duì)基站發(fā)生的故障產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，將相關(guān)故障信息傳遞至控制中心，通知相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行故障排除。

1 方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一款基于SIM900A的基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集基站內(nèi)部相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行信息，并將這些信息通過(guò)無(wú)線電傳輸?shù)姆绞剑l(fā)送到控制中心或者相應(yīng)的移動(dòng)終端。該基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，AT89S52單片機(jī)通過(guò)外部設(shè)備（比如空調(diào)設(shè)備、電源設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備）的數(shù)據(jù)輸入來(lái)判斷和監(jiān)測(cè)基站內(nèi)部的工作情況，并將基站的工作情況用RS 232串口通信的方式發(fā)送給SIM900A模塊，通過(guò)SIM900A模塊將相關(guān)信息發(fā)送到控制中心。同時(shí)系統(tǒng)可以通過(guò)外部按鍵輸入的方式設(shè)置需要接收基站運(yùn)行狀態(tài)信息的移動(dòng)終端（比如相關(guān)工程師的手機(jī)）。

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中根據(jù)用戶需要僅設(shè)計(jì)了空調(diào)設(shè)備的硬件監(jiān)控電路和數(shù)據(jù)接口，對(duì)于其他設(shè)備的監(jiān)控需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口和硬件驅(qū)動(dòng)電路。

2.1 空調(diào)設(shè)備的硬件接口電路設(shè)計(jì)

對(duì)基站內(nèi)空調(diào)的開啟狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，本文選用手持式風(fēng)速儀的分體式風(fēng)輪探頭采集相關(guān)信息并進(jìn)行判定。

手持式風(fēng)速儀的分體式風(fēng)輪探頭的工作原理是基于把機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，先經(jīng)過(guò)一個(gè)臨近感應(yīng)探頭，對(duì)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行“計(jì)數(shù)”，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖系列，再經(jīng)檢測(cè)儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值[3]。在本文中，手持式風(fēng)速儀的分體式風(fēng)輪探頭產(chǎn)生的脈沖系列直接輸送到AT89S52單片機(jī)的計(jì)數(shù)器引腳，對(duì)該脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，判斷空調(diào)設(shè)備是否開啟。空調(diào)設(shè)備的硬件接口設(shè)計(jì)電路圖如圖2所示。

在圖2中，P1為風(fēng)速儀輸入接口，當(dāng)空調(diào)設(shè)備開啟，風(fēng)速儀將輸出一定頻率的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)通過(guò)該接口，經(jīng)過(guò)[R4]和[C18]的上拉和濾波處理，在經(jīng)過(guò)74HC04非門的整形之后，將會(huì)得到比較干凈的脈沖波形，便于AT89S52單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，整形之后的風(fēng)速儀脈沖波形仿真圖如圖3所示。

從圖3中可以看出，風(fēng)速儀輸出的脈沖信號(hào)頻率大概為230 Hz，因此通過(guò)計(jì)數(shù)便可以知道空調(diào)設(shè)備是否正常運(yùn)行。

2.2 AT89S52單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

AT89S52是一款經(jīng)典的51系列單片機(jī)，在工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛，它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8 KB FLASH，256 B RAM，32位I/O引腳，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路等[4]。由于其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，程序編寫調(diào)試方便，工作穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)控制中倍受青睞，AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出：AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，僅需要下載電路和時(shí)鐘電路（[R1]和D1為電路設(shè)計(jì)中的工作狀態(tài)指示燈，不屬于最小系統(tǒng)必須的電路設(shè)計(jì)）。

2.3 E2PROM存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

AT89S52的內(nèi)部FLASH存在斷電或者系統(tǒng)復(fù)位數(shù)據(jù)丟失的缺點(diǎn)，而該基站無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)要求系統(tǒng)能夠記錄相關(guān)的設(shè)備信息和控制中心或者相關(guān)技術(shù)工程師移動(dòng)終端的號(hào)碼，要求斷電或者復(fù)位后，相應(yīng)的信息不會(huì)丟失，因此本文選用了93C46這款E2PROM存儲(chǔ)器進(jìn)行相應(yīng)信息的存儲(chǔ)和讀取。

93C46產(chǎn)品采用Microware串行總線接口，讀寫、擦除速度快，壽命可達(dá)100萬(wàn)次以上擦寫，掉電保存數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)200年以上，可配置8位或16位存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，是使用很廣泛的E2PROM芯片[5]，其硬件設(shè)計(jì)電路如圖5所示。

Microware串行總線接口是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司提出，總線采用3根信號(hào)線：時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線，所以也叫“三線制串行總線”。由于AT89S52單片機(jī)本身不帶三線制串行總線接口，所以在圖5中采用軟件模擬三線制串行總線來(lái)讀寫93C46芯片。

2.4 RS 232通信接口電路設(shè)計(jì)

AT89S52與SIM900A間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)RS 232接口進(jìn)行的，其接口設(shè)計(jì)電路圖如圖6所示。

2.5 溫度傳感器采樣電路設(shè)計(jì)

為了能夠準(zhǔn)確監(jiān)控基站內(nèi)的工作溫度，系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器對(duì)基站內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)控，其硬件設(shè)計(jì)電路圖如圖7所示。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文給出系統(tǒng)簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)流程圖，如圖8所示。

在程序控制方面主要通過(guò)AT89S52單片機(jī)和SIM900A模塊的通信，將基站設(shè)備信息發(fā)送到相應(yīng)的終端[6?8]。對(duì)于SIM900A模塊的調(diào)試是該系統(tǒng)的調(diào)試重點(diǎn)，其主要包括了：變量的聲明和定義、系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收幾個(gè)部分。以下給出了部分SIM900A模塊的驅(qū)動(dòng)調(diào)試示例程序。

變量聲明和定義：

unsigned int counttime，count；

unsigned char code sms_text[14] = {\"AT+CMGF=1＼r＼n\"}；

unsigned char code tabal_1[28]={\"AT+CMGS=＼\"15124537343＼ \"＼r＼n\"}；

unsigned char code no[4]={\"no \"}；

unsigned char code yes[5]={\"yes \"}；

unsigned char code num[11]={\"0123456789\"}；

unsigned char displaynum[3]；

系統(tǒng)初始化：

void init_51（void）

{

TMOD=0x21； //設(shè)置串口和定時(shí)器工作方式

TH1=0xfd；

TL1=0xfd；

TR1=1；

SCON=0x50；

PCON=0x00；

TH0=0xb1； //設(shè)定定時(shí)器初值

TL0=0xe0；

ET0=1； //開總中斷

TR0=1； //選擇定時(shí)器0

EX0=1；

IT0=1； //外部中斷0下降沿觸發(fā)，IT0=0； 為低電平觸發(fā)

ES=1；

EA=1；

}

發(fā)送SIM900A控制指令\"AT+CMGF=1＼r＼n\"：

for（t=0；t<14；t++）

{

ES=0；

SBUF=sms_text[t]；

while（！TI）；

TI=0；

ES=1；

}

DelaySec（3）；

發(fā)送指令A(yù)T+CMGS=＼\"15124537343＼\"＼r＼n設(shè)定接收信息的移動(dòng)終端號(hào)碼：

for（t=0；t<28；t++）

{

ES=0；

SBUF=tabal_1[t]；

while（！TI）；

TI=0；

ES=1；

}

DelaySec（3）；

發(fā)送當(dāng)前基站內(nèi)空調(diào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示\"no\"：

for（t=0；t<3；t++）

{

ES=0；

SBUF=no[t]；

while（！TI）；

TI=0；

ES=1；

}

發(fā)送當(dāng)前基站內(nèi)溫度值：

for（t=0；t<3；t++） //發(fā)送當(dāng)前溫度值

{

ES=0；

SBUF=displaynum[2?t]+0x30； SBUF=num[displaynum[2?t]]；

while（！TI）；

TI=0；

ES=1；

}

4 結(jié) 論

本文通過(guò)采用AT89S52單片機(jī)、SIM900A模塊和相應(yīng)的傳感器件設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單的基站無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并用該系統(tǒng)對(duì)基站內(nèi)的空調(diào)設(shè)備和溫度信息進(jìn)行了無(wú)線監(jiān)控，得到了較理想的實(shí)驗(yàn)效果。該系統(tǒng)具有成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定和安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省了基站管理維護(hù)的成本，提高了管理效率，具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 景龍剛.移動(dòng)通信基站維護(hù)研究[J].信息通信，2014（11）：185.

[2] 袁江，曹金偉，邱自學(xué)，等.基于WSN的糧庫(kù)溫濕度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)，2012，31（4）：77?81.

[3] 文香桂.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2013.

[4] 付永慶.電路基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009.

[5] 張慶雙.電子技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[6] 高吉祥.模擬電子技術(shù)[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[7] 高吉祥.數(shù)字電子技術(shù)[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[8] 張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.