基于CAN總線的通信電源動環監控系統研究

李雅麗，張曉博，馬 媛，康麗杰

(石家莊信息工程職業學院 通信工程系，河北石家莊050035)

基于CAN總線的通信電源動環監控系統研究

李雅麗，張曉博，馬 媛，康麗杰

(石家莊信息工程職業學院 通信工程系，河北石家莊050035)

闡述了通信機房及基站動環監控系統的基本構成和工作原理，并在此基礎上設計了基于CAN總線及嵌入式系統的通信電源動環監控系統。經運行實驗證明，該系統運行穩定、數據傳輸可靠、告警信息準確，為通信設備的安全高效運行提供了堅實的保障。

通信機房；動環監控；CAN總線

隨著我國通信事業的快速發展，通信行業也由過去的一家獨大改變為三家主要運營商競爭的局面。而在這一場競爭中，通信網絡的運行就成為了取勝的關鍵。

對于三家運營商來說，無一例外地選擇了逐步擴大通信網覆蓋面積，增加通信局(站)的方法來提高競爭力，這樣就產生了眾多的分布廣泛的通信局(站)，這些局(站)中有小型的通信機房、移動基站、接入網、固話模塊局、光纜中繼站等。面對數量眾多、站址分散的通信局(站)，單純依靠傳統的人工輪巡維護方式已經無法滿足高質量維護的需求。

通信網絡規模的擴大給網絡的安全運營帶來了困難，而要保證各種通信設備長期安全、穩定、不間斷地運行，就要依賴于良好的動環系統。通信機房或基站的動環系統主要包括兩部分內容：一部分是通信電源，即通信設備運行的“心臟”，是通信網絡正常運行的首要前提；另一部分就是通信機房或基站的運行環境，主要的設備是空調系統，這也是保障通信系統正常運行的關鍵。為了保障這兩部分設備不間斷地安全運行，就必須研究如何及時準確地獲得通信電源及空調等設備的運行狀態，而要想達到此目的所使用的方法就是通信機房(基站)動態監控系統[1]。

通信機房(基站)的動環監控系統全稱是動力環境監控系統，是指利用一定的技術手段，對各類機房中的動力設備及環境變量進行集中監控，以便及時發現故障，并采取相應的措施進行處理的實時運行系統。動環監控系統的應用，可以大大提高維護質量，減輕工作量，成為動力維護一種必要而且有效的手段。

1 動環監控系統工作原理

動環監控管理就是對構成通信電源及環境參量的設備，利用遙感、遙調、遙控等技術進行集中調度、監控、分析和數據處理的過程。目前，動環監測最主要的目標是實現管理控制的智能化功能，而智能化的前提是計算機、通信、自動控制等技術的應用。具體的過程是利用各種數據采集及執行機構構成前端機系統，將采集好的數據送入嵌入式數據融合中心，同時在該中心將融合后的數據通過通信網絡發送出去，由上層集中控制中心對數據進行統計、分析、處理，從而形成設備運行狀態的匯總報告，實現設備參數數據的顯示、自動抄錄、自動告警、智能分析等功能。基本原理如圖1所示。

圖1 動環監控系統工作原理圖

如圖1所示，一個完整的動環監控系統需要包括幾個部分：

(1)前端機系統

前端機系統所承擔的主要任務是數據的采集。在動環系統中，一部分設備本身沒有數據采集功能，這一部分設備的溫度、濕度、電壓、電流、水、煙霧等信息需要配備相應的傳感器來完成數據的采集工作；而另一部分設備是本身就帶有信息的采集和傳遞的，例如開關電源或UPS等，這一部分的采集由集成系統來完成。同時前端機系統還要完成接受并執行來自上層的操作指令的功能。

(2)數據的融合及傳輸

前端機所傳送過來的數據，在格式等各方面都存在著差異性，為了數據傳輸和處理的方便，在系統的前端機終端，設置一個以嵌入式系統為主體的數據融合中心，進行數據的初步處理工作。同時，嵌入式系統還承擔著系統通信網關的作用，前端機系統中的采集信號采用的數據傳輸技術是短距離通信技術，本設計選用的是CAN現場總線技術，而進行數字信號長距離傳輸的通信方式可以采用各種通信網來實現，這兩種通信方式之間的數據傳遞協議是不同的，所以需要嵌入式網關來進行協議的轉換和路由的設定。

(3)遠程監控中心

智能化處理或人工遠程監控需要一個遠程的監控中心，這個中心將下位機傳送上來的數據轉換為具有一定含義的數學表征，例如具體的數字、圖像、曲線、報表等，這些數學表征一方面供人機交互查看和控制，另一方面也是系統進行智能化分析的基礎。監控中心將各種采集數據存儲在數據庫的服務器中，并與各種設備的標稱工作閾值進行對比分析，就可以判斷出當前設備的運行狀態，從而下達控制指令。

2 基于嵌入式系統的CAN總線通信方式設計

CAN(Controller Area Network)的全稱是控制器局域網絡，是ISO國際標準化的串行通信協議，具有較高的通信性能和可靠性，尤其適用于數據類型及可靠性不盡相同的場合，是目前廣泛應用于汽車工業、醫療設備、計算機控制等領域計算機局域網技術[2]。

CAN屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，在可靠性、實時性和靈活性方面比其他串口通信方式具有明顯的優勢，特別是網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據，提高了數據的發送效率，而且在通信過程中實現了對通信數據編碼，實現了不同的節點可以同時接收到相同的數據，從而提高了系統的可靠性和靈活性，也保證了實時性。

在本設計中，前端機的節點采用CAN的通信方式，CAN控制器選用SJA1000來完成，而收發器選用PCA82C250，加上前端所設置的數據采集傳感器，構成了一個系統前端通信系統。為了提高系統采集數據的準確性，在SJA1000控制器前增加了信號調整電路，電路由濾波電路和信號放大電路組成。此外，為了能順利地接收信號，總線末端連接兩個120 Ω的電阻來消除反射。同時總線與地各自并聯一個30 pF的小電容，用來防電磁輻射和抗高頻干擾。具體系統結構框架如圖2所示。

圖2 CAN通信系統結構框圖

CAN總線與嵌入式系統利用串口相連接。在本設計中，嵌入式系統具有兩個作用：一個作用是對采集來的數據進行融合服務，以便使上傳的數據具有統一的格式；另一個作用是起到網關的作用。由于本設計CAN總線控制器采用的是SJA1000，所以選用CAN2.0B作為CAN總線的協議規范，而上層通信采用的是以太網，所遵訓的協議是TCP/IP協議，所以數據傳輸格式存在很大的不同，這時就需要嵌入式網關進行協議轉換。

網關上的Socket是實現協議轉換功能的關鍵，本設計在嵌入式網關中利用Java語言編寫了Socket創建程序，如下所示：

創建好Socket后，網關與CAN總線之間就可以進行數據通信了。這時CAN總線中的數據可以順利地由底層經網關，再通過以太網傳送至上層的監控中心，從而實現了數據的實時監控。

3 總結

通信電源動環監控系統是通信網絡可靠運行的保障。過去的監控系統都是利用DCS(集散控制系統)及單片機來實現其功能，實時性差，且功能簡單。本文利用CAN總線及嵌入式網關實現了通信動環監控系統的設計，使設計既具有CAN實時性強、穩定性高的優點，同時也具有了嵌入式系統強大的數據處理能力，為通信電源的動環監控系統的開發提供了新的思路。

[1]王堅.動力環境集中監控系統及節能管理設計[D].成都：西南交通大學，2013：6-9.

[2]張弘.基于CAN總線的信號采集與處理模塊研究[D].南京：南京航空航天大學，2007：17-19.

Research of communication USMS system based on CAN bus

The communications room and base USMS system's basic structure and working principle were described.On this basis,the USMS system design based on CAN bus communication power and embedded systems were designed.The experiment proves that system runs stable and reliable in data transmission,and accurate of the alarm information.So a solid guarantee was provided for communications equipment safe and efficient operation.

communication equipment room;ring monitoring;CAN bus

TM 912

A

1002-087X(2016)03-0719-02

2015-10-13

李雅麗(1980—)，女，河北省人，講師，本科，主要研究方向為通信、電子。