基于GSM和LPC2138的基站監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)

基站動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)基站電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備和基站的環(huán)境參量等對(duì)象，利用軟件技術(shù)和相應(yīng)的檢測設(shè)備、控制設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理等過程的管理，將移動(dòng)通信維護(hù)管理部門關(guān)心的問題綜合在一起進(jìn)行處理，解決了基站設(shè)備維護(hù)中的一些實(shí)際問題，降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量。而現(xiàn)行系統(tǒng)是將監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)發(fā)送到地級(jí)監(jiān)控中心后再進(jìn)行綜合處理，如果有告警則由值班員通知相應(yīng)人員處理。這樣不僅僅增加了監(jiān)控中心的工作壓力，也延長了對(duì)警情的反映時(shí)間。為了改善這種情況，我們提高監(jiān)控模塊的性能，監(jiān)控模塊在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)處理告警信息。

本文中我們采用LPC2138作為監(jiān)控模塊的主控芯片，將采集到的報(bào)警信號(hào)先做處理，把告警信息通過GSM模塊通知有關(guān)人員，報(bào)警處理完畢后，將處理結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控中心備案，從而保證了報(bào)警的及時(shí)性，縮短了維護(hù)時(shí)間，加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 功能描述

監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架。系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、通信前置機(jī)和監(jiān)控中心等部分組成。動(dòng)力設(shè)備參量及環(huán)境參量由監(jiān)控模塊進(jìn)行采集，然后傳至通信前置機(jī)匯總，再傳至監(jiān)控中心。

1.2 監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。監(jiān)控模塊選擇菲利普公司的LPC2138作為MCU。LPC2138微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真利嵌入式跟蹤的16／32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程／在應(yīng)用編程(ISP／IAP)。128位寬度接口／加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60MHz作頻率，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制，應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。 較小的封裝和很低的功耗使LPC2138特別適用于訪問控制和POS機(jī)等小型應(yīng)用中；CP由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和32kB的片內(nèi)SRAM，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速IIC總線(400kbit／s)、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP。多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)10位8路的ADC、1個(gè)10位DAC、PWM通道、47個(gè)GPIO以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用系統(tǒng)。

表征各種動(dòng)力設(shè)備和環(huán)境參量的傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理輸出一系列的模擬信號(hào)和開關(guān)信號(hào)。模擬量經(jīng)過LPC2138自帶的A／D轉(zhuǎn)換口輸入到MCU，開關(guān)量通過I／O口輸入劍MCU，然后MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和告警識(shí)別。根據(jù)不同的警情，通過GSM模塊發(fā)送維護(hù)短信通知相應(yīng)的維護(hù)人員，信息包括基站識(shí)別號(hào)、告警類型及屬性值、告警時(shí)間等。警情處理結(jié)束后，將告警信息和警情處理情況存儲(chǔ)后發(fā)送至監(jiān)控中心備案。

其中一個(gè)UART端口與GSM通信模塊相連接，一個(gè)端口通過RS232將調(diào)制解調(diào)器和通信前置機(jī)相連接。MCU帶有512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)告警記錄，告警記錄包括告警時(shí)間、告警名稱和種類、告警值、警情的處理情況、告警結(jié)束時(shí)間，告警記錄滿時(shí)自動(dòng)覆蓋以前的記錄。告警信號(hào)則經(jīng)過處理后和處理結(jié)果一起先保存在Flash存儲(chǔ)器后發(fā)送至通信前置機(jī)。為了便于維護(hù)人員對(duì)監(jiān)控模塊進(jìn)行現(xiàn)場查詢及發(fā)置，我們設(shè)計(jì)了靈活的人機(jī)接口，維護(hù)人員可以通過鍵盤和LCD器件查詢和設(shè)置監(jiān)控模塊參數(shù)。

1.3 空調(diào)的控制

監(jiān)控模塊對(duì)空調(diào)的控制可有多種方式，由于無線方式受到的干擾比較大，所以在這里我們采用硬件驅(qū)動(dòng)方式由監(jiān)控模塊控制對(duì)空調(diào)進(jìn)行輪換?？照{(diào)輪換的時(shí)間和溫度告警的上下限可以調(diào)節(jié)。臨控模塊采集的溫度是基站內(nèi)部的環(huán)境溫度?？照{(diào)可以被監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，監(jiān)控中心的控制信號(hào)的優(yōu)先級(jí)要高于監(jiān)控模塊的優(yōu)先級(jí)。

1.4 GSM通信模塊

GSM通信模塊我們采用西門子公司的TC35。TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3-5.5v，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持和PDU模式的短消息，TEXT文本僅支持英文，我們采用PDU模式。

根據(jù)系統(tǒng)的通信協(xié)議信息的發(fā)送是以發(fā)送數(shù)據(jù)幀為主要方式，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀包括起始標(biāo)志單元、命令單元、CRC校驗(yàn)單元、結(jié)束標(biāo)志單元等四部分。采用PDU模式時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)幀能夠包含140個(gè)字節(jié)(70個(gè)漢字)的數(shù)據(jù)量，中文字符按照UNICODE進(jìn)行編碼。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其格式為：服務(wù)中心地址／PDU類型／接收主地址／協(xié)議識(shí)別碼／數(shù)據(jù)譯碼方案／有效周期／用戶數(shù)據(jù)長度／用戶數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)時(shí)其格式為：服務(wù)中心地址／PDU類型發(fā)信方地址／協(xié)議識(shí)別碼／數(shù)據(jù)譯碼方案／服務(wù)中心收到消息的時(shí)間／用戶數(shù)據(jù)長度／用戶數(shù)據(jù)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)PDU數(shù)據(jù)格式編寫相應(yīng)的AT命令，即可實(shí)現(xiàn)短信息的收發(fā)。

2 監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)監(jiān)控模塊軟件時(shí)，采用模塊化設(shè)計(jì)。具體的說分為監(jiān)控、告警、查詢、設(shè)置四部分。對(duì)于監(jiān)控模塊和告警模塊，在其數(shù)據(jù)處理上采用一點(diǎn)多采去極值求平均法，即我們對(duì)一個(gè)檢測點(diǎn)采集多個(gè)值去掉最大值和最小值然后求平均，這個(gè)平均值就作為該點(diǎn)的數(shù)據(jù)值。這樣可以消除突發(fā)脈沖干擾，降低隨機(jī)噪聲的干擾，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的抗干擾性能和穩(wěn)定性。監(jiān)控模塊的主程序流程。

程序初始化為上電初始化，首先清空內(nèi)部RAM；內(nèi)部RAM讀入的屬性值包括：各通道的屬性值、空調(diào)的設(shè)置值、市電的設(shè)置值、蓄電池組輸出電壓的設(shè)置值、溫濕度設(shè)置值、人員入侵和盜警的設(shè)置值、信息服務(wù)中心號(hào)碼、基站相關(guān)維護(hù)人員號(hào)碼、系統(tǒng)時(shí)間等。監(jiān)控主要是將采集到的系統(tǒng)信息發(fā)送至監(jiān)控中心，并且執(zhí)行來自監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制命令；告警模塊主要是對(duì)告警信息做出反應(yīng)，針對(duì)不同的告警信息做出相應(yīng)的處理；查詢模塊和設(shè)置模塊是基站例行巡檢時(shí)供巡檢人員查詢和設(shè)置系統(tǒng)信息時(shí)使用，采用中斷模式。

系統(tǒng)的警情可以分為動(dòng)力設(shè)備告警和環(huán)境參量告警。動(dòng)力設(shè)備告警包括設(shè)備故障告警和市電停電告警，對(duì)于設(shè)備故障告警，需將警情通過GSM模塊發(fā)維護(hù)短信息給技術(shù)人員；而市電停電告警，首先采用蓄電池組提供動(dòng)力，由于蓄電池組不能長時(shí)間的給通信設(shè)備提供動(dòng)力，而且它的輸出電壓會(huì)隨著蓄電池組電量的減少而降低，而且當(dāng)其電量減少到一定程度時(shí)其減少速度會(huì)猛然加快，所以如果當(dāng)蓄電池組的輸出電壓到一個(gè)特定值的時(shí)候且市電沒有恢復(fù)，則通過GSM模塊通知基站負(fù)責(zé)人去發(fā)電；如果基站內(nèi)部配備發(fā)電機(jī)，市電停電時(shí)就啟動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，市電恢復(fù)時(shí)關(guān)閉，若發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，則發(fā)送相應(yīng)的維護(hù)信息給基站負(fù)責(zé)人。

環(huán)境參量告警包括門磁、紅外、煙霧、水淹、溫濕度等環(huán)境參量的告警。在基站門的內(nèi)側(cè)安裝一個(gè)被動(dòng)紅外傳感器，在處理門磁和紅外傳感器的信號(hào)時(shí)，我們采用只采集一次的方案，如果同時(shí)有門磁告警和紅外告警我們判定為人員入侵或者為盜警，這時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警，并發(fā)信息給基站負(fù)責(zé)人，同時(shí)上報(bào)監(jiān)控中心；如果檢測到煙霧告警和水淹告警，警情確認(rèn)后發(fā)信息給基站負(fù)責(zé)人讓其去處理；而有溫濕度告警，則開啟空調(diào)，同時(shí)將警情上報(bào)至監(jiān)控中心，如果在較長時(shí)間內(nèi)警情還沒消除，則啟動(dòng)空調(diào)輪換程序。監(jiān)控中心也可根據(jù)具體情況遠(yuǎn)程控制空調(diào)。如果在市電停電期間出現(xiàn)溫濕度告警，則發(fā)相應(yīng)的短信息給基站負(fù)責(zé)人，并上報(bào)監(jiān)控中心備案。

3 結(jié)束語

該監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)了主管部門對(duì)基站的設(shè)備和環(huán)境參量的集中監(jiān)控，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障并快速的排除，能夠記錄和存儲(chǔ)相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的集中監(jiān)控，節(jié)約了人力資源成本，實(shí)現(xiàn)了基站的無人值守，提高了動(dòng)力設(shè)備、通信設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從而降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量．