基于物聯網技術的基站電源監控系統研究與設計

韓玉聽

（山東省郵電規劃設計院有限公司，山東 青島 266071）

0 引 言

隨著社會的不斷發展和進步，人們對通信基站的需求增加。隨著通信基站大規模的建設和使用，基站內部的電源情況、供電安全保障或節能減排等問題，仍然是基站建設的重點問題。不管是建設者還是使用者，都應當注重用電安全等問題。整個基站系統涉及的工程數據信息極大，監控系統是其中的一個重點問題，也是基站建設的主要配套設施。本文主要論述基站電源監控系統的設計研究，希望能夠為基站管理提供一定幫助。

1 電源管理系統設計

通信基站中的電源管理平臺具有重要作用。電源管理包含不同的功能，如應用層、服務層和設計層，每層都有不同的服務，可以根據不同層的應用展開分布式部署。其中，對電源需要實時進行檢測來分析電壓和電流的數據是否正常；檢測是通過使用采集控制器進行的，檢測過后的數據也要進行儲存。該平臺采用的是分布式部署，存在一定的難度。配電箱在建設基站中使用的數量極大，導致監控平臺無法滿足使用的要求。這種情況下可以增加VPN、數據庫的數量。每一個VPN能夠容下16 000個配電箱，增加VPN后也能夠滿足配電箱的使用，保障基站電源監控系統的穩定性和可靠性。

基站電源監控系統主要是自下而上提供應用服務的，每層只需做好該層的工作。下層應用在進行實際工作流程中需要接收上層的指令。基站電源監控系統為基站的電源監控管理提供了一定的拓展性，也提供了不同層次數據的接口，有利于保障基站電源監控系統的正常運行。

基站電源管理的核心是數據分類處理和分級應用。基站電源監控系統能夠解決監控的問題，實現現場的遠程監控。其中，開關電源、電表等產生的數據變化，以及基站電源中的數據差異化現象，都能通過基站電源監控系統解決。事件的數據與應用是指當電源的監控系統發生一些突發情況而產生異常現象時，可以通過自定義方式觸發應用程序，然后根據物聯網技術將事件的異常上報給平臺。平臺會分析采集事件數據，最后傳輸給遠方的監控系統，實現遠程診斷。通過開啟遠程設置，工作人員通過查看系統的應用與服務等，可實現對通信基站電源監控系統的檢修。

實時數據與應用是要實時性采集基站的工作狀態，一般15 min采集一次設備電源數據[1]。實時數據采集工作完成后，相關人員要將采集后的實時數據在數據庫中進行分類儲存。如果儲存的數據應用信息出現異常，基站電源監控系統會發出警報。

周期采樣數據與應用主要周期性采集運行設備數據，每一周期采集的數據要在數據庫中進行分類儲存，進行下一步預計分析處理，最后通過處理分析的數據情況向運行人員提供相關數據，如在線評估、報表分析、運行狀態等數據，使運行人員能夠深入掌握運行情況。圖1為基站電源監控系統。

2 電源管理功能設計

基站監控系統方案，如圖2所示。

2.1 停電預警功能

該功能主要通過人工流程和人工操作系統的方式將停電的數據錄入數據庫。錄入完成后，可以建立不同的標識，設置在停電區域內。基站電源監控系統在運行過程中能夠自動識別停電標識，再根據基站的運行條件進行停電預警查詢。查詢方式可以是實時查詢，也可以查詢真實的停電情況。

2.2 發電管理功能

發電管理主要是對基站的發電情況進行監測和管理。檢測需要采取從基站整體到局部的方式。根據發電基站的不同位置，對累計發電的時長和發電量進行監測和管理，分析發電比的情況是否符合標準。

2.3 計量用電

在基站的運行中需要隨時觀察計量用電的情況。計量用電分為交流用電和直流用電，兩種用電方式隨基站的情況做出選擇。配電箱是基站建設中不可或缺的部分，能夠將基站中的數據傳送到監控中心，再儲存于數據庫。基站的用電量可以根據不同的時間進行查詢和分析，可以細分到年、月、日，或者可以查詢單獨的某一個基站的用電情況。

圖1 基站電源監控系統

圖2 基站監控系統方案

2.4 運維數據

運維數據能夠全面觀測基站的運行狀態，分析基站中停電、發電的比例，借助電子地圖進行遠程檢測來觀察實時情況。比如，當日如果某基站的用電功率過大，會產生停電警告或者蓄電池過低警告。此類警告可以提醒工作人員基站的用電過高，需及時進行處理。這樣便于運行人員了解到基站運維數據，在用電功率過大的情況下進行調整。

2.5 蓄電池管理

蓄電池是基站的重要組成部分。蓄電池的使用時間較長，但隨著使用時間的增加，蓄電池的功能會出現衰減趨勢，所以工作人員要做好蓄電池的管理和維護工作。可以對蓄電池釋放一定量的電壓等，并記錄蓄電池的更換情況和維修記錄；在蓄電池達到使用年限時，及時更換，避免蓄電池故障影響整個基站的運行。

2.6 工單維護

工單維護是指在基站受到一定警告后，維修人員需要依據警告所給的工單處理和解決相關問題。處理完成后，要詳細記錄維修方法和處理過程，以便必要時可以查詢相關的信息。

2.7 代維管理

工作人員在接收到系統維護管理信息時，需要輸入代維公司的信息，然后代維公司分配維修人員前往基站中進行維修。此外，維修人員的個人信息也需要記錄在通信基站電源監控系統中，避免后期出現問題。

2.8 用戶界面設計與應用

基站電源管理中的用戶設計，使用戶能夠了解所選區域基站的發電比例，發電的事件和供電所消耗的功率是需要分析的。每個基站的發電情況不同，對每個基站的發電情況的分析可以通過餅狀圖的形勢進行數據分析。

3 通信電源監控系統硬件設計與實現

3.1 ARM處理器硬件構成

ARM處理器在基站監控系統中起著至關重要的作用，是基站通信監控系統的核心。ARM處理器被廣泛和普遍使用，功能和資源十分豐富。基站通信電源監控系統中需要設置視頻傳感器，而視頻傳感器對攝像頭的要求較高。視頻傳感器中使用的是zc30USB攝像頭，操作便捷，在電源監控系統的工作中發揮著監視觀察的重要作用。在ARM處理器使用中，通過驅動zc30能夠實現對系統的簡單操作，如打開和關閉等指令。

3.2 無線傳感器硬件組成

無線傳感器是通信電源監控系統中的重要組成部分，能夠使電源監控系統更加靈活。無線傳感器主要由傳感電路模塊、處理器模塊、電源和時鐘等構成[2]。傳感器能夠實現對信息的采集和調整，并通過傳感器將收集的信息進行轉換和處理。處理器還有控制電路通信和功耗管理等功能。使用傳感器和處理器，能夠保障無線傳感的順暢通信。電源在這一過程中的主要作用是供電。時鐘主要是能夠為處理器提供時鐘頻率，使處理器更穩定準確。

3.3 電能質量傳感電路

目前，基站的建設規模不斷擴大，很多基站被建設在一些偏遠地區，設備設施不夠完善。電能質量傳感電路在這樣的基站環境中具有重要作用。電能的波動是不穩定的，電能質量傳感電路在控系統中能提供較大的供電質量。在配置電能質量傳感電路時，要保障配置的安全和穩定，監控通信的電源與傳感的部位，以隨時掌握電壓情況獲取電能質量信號。獲取信號后，還需要做進一步轉換，最后利用DSP計算和換算轉換的結果，并通過Zig Bee模塊進行發送。

3.4 溫濕度傳感電路

電源監控系統的溫濕度傳感電路可以采用插針式DHT91。DHT91模塊能夠進行A/D轉換，還可進行串行接口電路。該結構系統測量的結果數據精確度非常高，且性能可靠穩定。濕度傳感電路和溫度傳感電路測量范圍存在一定區別，濕度的測量范圍和精度為0%～100%RH和±3.0%RH，溫度的測量范圍和精度則是-40～+123.8 ℃和±0.4 ℃[3]。

3.5 紅外傳感器

紅外傳感器在電源監控系統中也需要給予重視。紅外傳感器的功能自動化，能夠進行自動光敏控制、自動溫度補償等。紅外傳感器的連接方式可以同DHT91感應。

4 通信電源監控系統軟件設計與實現

4.1 ARM處理器軟件設計

基站電源監控系統中，ARM處理器的內核版本為2.6.32的Linux操作系統。該處理器的運行流程如圖3所示。將傳感中獲取的各項信息發送到網絡，是ARM處理器的主要工作內容。該系統采用TCP/IP協議進行數據傳輸。數據傳輸的主要程序利用Socket套接字進行開發。

圖3 ARM處理運行流程圖

4.2 Zig Bee無線傳感網絡設計

Zig Bee無線傳感網絡設計是電源監控系統設計中的重要部分。Zig Bee無線網絡傳感共有3種拓撲結構。每個需要應用的實際部分，使用的拓撲結構不同。在電源監控系統中，不同的系統會有不同數量的傳感單元。所以，設計系統時，務必要考慮數據沖撞現象。系統常常采用星型拓撲結構。該拓撲結構是ARM處理器中的主節點，為其他單元網絡的從節點。整個系統的運行根據主節點和從節點進行傳輸，在主節點收到控制命令時要傳喚給對應的從節點，在從節點接收到命令后再進行數據傳輸。

4.3 電能質量采集

電能質量采集對電源監控系統中的供電有很大幫助。采集過程中需要掌握一定的條件，如在通信電源的輸入端，電壓和電流都是周期性函數，要對該函數進行分解，必須滿足狄里赫利條件。滿足條件后進行分解能得出相關的參數，如電壓電流的不平衡率等，為電源監控系統提供一定的基礎保障。

4.4 紅外感應響應與視頻圖像采集傳輸

在電源監控系統的運行狀態中，若人入侵到HR-SR501紅外感應模塊的感應范圍內，HR-SR501會產生一定的變化，發生電平轉換。經過轉換后，通過Zig Bee無線網絡的傳輸，將數據傳輸給ARM處理器。ARM處理器這時會打開相應的視頻圖像設備采集數據信息，收集侵入人員入侵的證據數據信息，并在數據庫進行儲存。視頻圖像采集設備的工作在監控系統中是重要環節，能夠在基站內部進行，也能夠實現遠程的監控操作，對該工作展開啟動和關閉等設置。視頻圖像采集的設備要根據監控系統的實際情況來引用。相關設備主要是通過接口函數，在此基礎之上對相關圖像進行采集。采集工作和發送操作能夠同時進行。在基站區域本地內安裝Spcaview程序，能夠在本地直接實現視頻圖像，且具有手動捕捉畫面的功能；利用C語言程序，能夠實現遠程捕捉視頻畫面的功能。

4.5 溫濕度采集

溫濕度采集需要依靠DHT91處理器。該處理器工作時，主要是由SCK和DATA線路進行時序控制。由于溫濕度采集的范圍存在一定的差異，所以在采集過程中要根據實際狀況選擇使用的采集方式。但兩者相似的是，都是在接收到數據采集命令后才進行采集數據工作。采集數據工作完成后，需要發出相應的信號，傳遞采集完成的信息。信號的傳遞和接收都需要網絡保持一定的暢通，在確保采集完成并傳輸完成后，才能展開下一步的采集工作。

4.6 Web交互頁面設計

基站的電源控制系統服務器采用B/S結構[4]。該系統能夠實現遠程操作，遠程用戶能夠在一定的網絡支持下操作瀏覽器的頁面，輸入相應的傳感器服務地址，就能夠查看系統中的各項信息資源。系統中的服務器是遵循HTTP協議的Boa服務器程序搭建的。基站的通信電源監控系統能夠在此基礎上實現遠程訪問。服務器通過遠程訪問，能實現遠程監控的功能，滿足監控系統的要求。

Web用戶端采用ajax導步交互和服務器中的cgi進程通信。該功能主要是當遠程的用戶想要進行訪問時，先要提出連接請求，然后在此基礎上建立相應的通信機制，再通過get的方式將用戶的連接請求傳輸到服務器中。服務器給予一定的回應處理，才能實現用戶遠程訪問的功能。Web交互設計頁面也需要做好相應的工作。Web頁面中含有視頻監視、溫度濕度數據顯示、電能質量數據等系統中包含的多項功能。一般來說，Web頁面的右上角為時間和日期，右下角為運行人員的操作記錄；頁面左側設計的是功能選擇，為用戶提供一定的幫助，如電能質量、視頻圖像、控制等。不同的設計隨不同的設計人員產生變化。

5 結 論

綜上所述，本文基于物聯網技術闡述了基站電源監控系統的研究與設計。該系統為一個新型的電源監控系統，能夠實現對電能質量數據的采集和圖像數據采集等多種功能，避免了傳統監控系統的網絡布線工作，操作起來更加簡單便捷，為基站的管理工作帶來了一定的便利。基站的通信電源監控系統為一個新型的設計系統，在使用過程中為基站的管理帶來了很多優勢，應用起來更加方便靈活。在運行該系統的過程中，每一項數據的采集和傳輸，運行人員要按照科學標準操作相關步驟，才能確保電源監控系統正常穩定運行。