基于Web與CC430F6127的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前通信電源監(jiān)控系統(tǒng)功耗大、成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種基于Web單片機(jī)CC430F6127的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。分析了通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)分析了數(shù)據(jù)采集模塊、CC430F6127與Web連接模塊、RF無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了采用Web和CC430F6127單片機(jī)設(shè)計(jì)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的可行性。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：通信電源監(jiān)控系統(tǒng)；Web；CC430F6127；RF無(wú)線電

引言
    隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通信電源的數(shù)量也在不斷地增多。對(duì)通信電源的監(jiān)控極其重要。通信基站的電源一般處于比較分散的狀態(tài)，大多數(shù)情況下無(wú)人看守。為了保證對(duì)通信電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，研發(fā)一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控通信電源的系統(tǒng)具有十分重要的意義和價(jià)值。
    通信電源監(jiān)控系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)傳輸方法分類(lèi)，包括電話線通信的監(jiān)控系統(tǒng)、GSM通信的監(jiān)控系統(tǒng)、基于Web通信的監(jiān)控系統(tǒng)等。電話線式的系統(tǒng)需要固定的線路，成本較高；GSM通信采用短信通道傳輸數(shù)據(jù)，如果需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，費(fèi)用也較高；Web技術(shù)功能比較完善，性能優(yōu)越，但是基于Web通信的監(jiān)控系統(tǒng)需要鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)線路，針對(duì)于分散點(diǎn)較多的情況需要使用多個(gè)Web站點(diǎn)，費(fèi)用也較高。針對(duì)以上缺點(diǎn)，現(xiàn)采用基于Web與單片機(jī)CC430F6127相結(jié)合設(shè)計(jì)方案。CC430F6127內(nèi)部集成了CC1101無(wú)線電收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)百米距離的無(wú)線傳輸。每個(gè)RF無(wú)線電通信模塊都可以作為一個(gè)小中繼器，實(shí)現(xiàn)間接傳輸，使傳輸距離更遠(yuǎn)。利用RF無(wú)線電模塊可以組成一個(gè)小范圍的局域網(wǎng)絡(luò)，然后將多個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Web網(wǎng)絡(luò)相連，就可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控所有通信電源的目的。這樣不但可以減少使用Web站點(diǎn)，而且CC430F6127具有的低功耗使得使用成本更低，達(dá)到了應(yīng)用的要求。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行原理
    通信電源監(jiān)控系統(tǒng)主要作用是監(jiān)測(cè)通信電源提供的電能質(zhì)量，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。首先通信電源監(jiān)控點(diǎn)會(huì)將電能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并計(jì)算分析。然后通過(guò)RF無(wú)線電通信渠道將數(shù)據(jù)傳輸給通信電源監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)，子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)會(huì)將所有監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過(guò)Web網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控所有通信電源的目的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集模塊、RF無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸模塊和監(jiān)控系統(tǒng)子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)的CC430F6127與Web連接模塊。數(shù)據(jù)采集模塊的主要任務(wù)是采集通信電源的電能數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析；RF無(wú)線電模塊的任務(wù)是將采集后的數(shù)據(jù)發(fā)送給通信電源子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)；CC430F6127與Web連接模塊作用是將通信電源監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)Web網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心。下面就各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。
2．1 數(shù)據(jù)采集模塊
    數(shù)據(jù)采集模塊需要采集通信電源的電壓、電流、溫度等參數(shù)，硬件電路如圖2所示。數(shù)據(jù)采集模塊由單片機(jī)CC430F6127(簡(jiǎn)稱(chēng)F6127)控制，首先通信電源的電壓和電流分別通過(guò)霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，兩種傳感器的輸出均為電流信號(hào)，兩個(gè)傳感器輸出的電流分別經(jīng)過(guò)R1和R2采樣電阻后，在電阻兩端形成一個(gè)電壓降，由于電阻的一端接地，所以電阻的另一端VO即為轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)；然后由AD7656采集采樣電阻R1和R2兩端的電壓，根據(jù)傳感器的變比即可求出輸入電壓和電流的幅值；F6127通過(guò)相關(guān)的算法可以求出電壓和電流的最大值和平均值等參數(shù)，將此數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。

    本系統(tǒng)采用的AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是6通道同時(shí)采樣的16位逐次逼近型ADC，可以滿足高分辨率、多通道、高轉(zhuǎn)換速率和低功耗要求，主要應(yīng)用于電力監(jiān)控系統(tǒng)、儀器控制系統(tǒng)等。如圖2所示，AD7656的電源正電壓VDD為+12 V，電源負(fù)電壓VSS為-12 V，模擬電壓AVCC、邏輯電壓VDRIVE和數(shù)字電壓DVCC均為+5V。AD7656的STBY接VDRIVE，選擇正常模式；SER／PAR端口接地，選擇并行接口；W／B接地表示16位并行輸出；RANGE端口接地表示選擇輸入電壓范圍±10V；WR／REFEN／DIS接VDRIVE表示選擇內(nèi)部參考。單片機(jī)F6127的P0口作為并行數(shù)據(jù)口與AD7656的并行數(shù)據(jù)口DB0～DB15相連，P1．0端口與AD7656的BUSY相連，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；P1．1端口與CONVST A、CONVST B和CONVST C 3個(gè)端口相連，控制AD7656同時(shí)采樣6路信號(hào)；P1．2端口與AD7656的讀信號(hào)RD相連作為讀取數(shù)據(jù)控制口；P1．3端口與AD7656的／CS端相連作為片選口；P1．4端口與AD7656的RESET端口相連作為重啟控制端口。
    通信電源自身會(huì)產(chǎn)生熱量。它的溫度會(huì)影響電源的供電性能，實(shí)時(shí)測(cè)量通信電源的溫度對(duì)于更好的控制電源的供電起著十分重要的作用。本系統(tǒng)中采用DS18B20溫度采集芯片采集通信電源的溫度，DS18B20是一款高速度、高精度的溫度傳感器，其電源供電電壓為3．3 V；測(cè)量范圍為-55～+125℃；測(cè)量精度為0．5℃。在安裝溫度傳感器時(shí)，需要將DS18B20芯片盡可能地貼近通信電源。單片機(jī)CC430F5137的P1．5口與DS18B20的DQ口相連，用來(lái)控制DS18B20的讀寫(xiě)等操作。
2．2 RF無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸模塊
    RF無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸裝置由CC430F6127單片機(jī)內(nèi)部集成的CC1101無(wú)線電收發(fā)器構(gòu)成。CC430F6127單片機(jī)是TI公司的MSP430F6xx系列MCU與低功耗RF收發(fā)器相結(jié)合的一款產(chǎn)品。在低功耗模式下可實(shí)現(xiàn)極低的電流消耗，采用電池供電的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可連續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)10年以上。微型封裝所包含的高級(jí)功能還可為創(chuàng)新型RF傳感器網(wǎng)絡(luò)提供核心動(dòng)力，可以向中央采集點(diǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)。CC430F6127為16位超低功耗：MCU，系統(tǒng)支持最大時(shí)鐘頻率20 MHz，具有4 KB RAM、32 KB Flash、64個(gè)引腳、CC1101無(wú)線電，供電電壓范圍為1．8～3．6 V，正常工作模式消耗電流為160μA／MHz，LPM_3消耗電流為2．0μA～PM_4模式消耗電流為1．0μA。
    CC430F6127單片機(jī)內(nèi)部集成的CC1101無(wú)線電收發(fā)器的RF頻率有3個(gè)范圍，分別是：300～348 MHz、389～464 MHz、779～928 MHz。根據(jù)TI提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)以及系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)的RF頻率設(shè)為433 MHz，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度可以達(dá)到20字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸速率為38．4 kbps，發(fā)送功率最大可以達(dá)到12．6 dBm。本系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)的距離來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)射功率的大小，以實(shí)現(xiàn)低功耗的目的。硬件電路如圖3所示。C CA30F6127的供電電壓為+3．3 V，RF外接晶振頻率為26 MHz，其中RF_N和RF_P為RF無(wú)線電收發(fā)器的接收，發(fā)射引腳。兩引腳外接電子器件和功率天線。

2．3 監(jiān)控系統(tǒng)子網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)的C430F6127與Web連接模塊
    CC430F6127與Web連接方式采用Crystal半導(dǎo)體公司的網(wǎng)卡芯片CS8900A，它是一款低功耗的以太網(wǎng)控制芯片，其內(nèi)部主要的功能模塊包括：串行EEPROM接口、ISA總線接口、超高速緩沖存儲(chǔ)器RAM、完整的模擬前端10BASE-T和AUI接口、IEEE 802．3規(guī)范的以太網(wǎng)MAC引擎。CC43 0F6127可以直接通過(guò)I／O口對(duì)CS8900A進(jìn)行控制，如圖4所示。CS8900A采用3．3V供電電壓，采用默認(rèn)的工作模式，即8位數(shù)據(jù)總線進(jìn)行讀寫(xiě)，CC430F6127的P2．0～P2．3與CS8900A的SA0～SA3相連充當(dāng)?shù)刂房偩€，SA8與SA9接高電平，SA4～SA7和SA10～SA19接地，復(fù)位時(shí)其地址一直為0300H、CC430F6127的P3．0～P3．7與CS89 00A的SD0～SD7相連充當(dāng)數(shù)據(jù)線，CS8900A的其余數(shù)據(jù)線均接地，CC430F6127的P4．0端口與CS890 0A的端口相連作為讀控制口，CC430F6127的P4．1端口與CS8900A的端口相連作為寫(xiě)控制口。外接的兩個(gè)LED指示燈方便觀察數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。為了保護(hù)系統(tǒng)安全，在CS8900A與RJ45口的中間采用隔離變壓器CL2246X進(jìn)行隔離連接，起到隔離保護(hù)的作用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    通信電源監(jiān)控系統(tǒng)程序流程如圖5所示。首先系統(tǒng)初始化，單片機(jī)CC430F6127進(jìn)入低功耗模式。如果監(jiān)控中心給監(jiān)控點(diǎn)發(fā)送控制指令，監(jiān)控點(diǎn)的CC430F6127單片機(jī)會(huì)發(fā)生RF無(wú)線電接收中斷，此中斷會(huì)讓單片機(jī)從低功耗模式中喚醒開(kāi)始判斷監(jiān)控中心發(fā)送的控制指令，并執(zhí)行相關(guān)操作，包括電流、電壓、溫度的測(cè)量等功能。然后將這些參數(shù)通過(guò)RF無(wú)線電模塊發(fā)送給監(jiān)控中心。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要完成檢測(cè)參數(shù)的功能，還需要監(jiān)控通信電源提供的電能質(zhì)量。因此，本系統(tǒng)在間隔5 s后檢測(cè)通信電源的電能參數(shù)，如果所測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)警界線范圍，就會(huì)將報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心也可以隨時(shí)修改檢測(cè)的間隔時(shí)間，報(bào)警范圍等參數(shù)。通信電源監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)RF無(wú)線電將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心后，監(jiān)控中心會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)重新發(fā)送給通信電源監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)接收完成后開(kāi)始核對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)是否相符，如果相同則表示發(fā)送成功，如果不相同則重新發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣可以保證數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性。

結(jié)語(yǔ)
    本文設(shè)計(jì)了一種基于Web和CC430F6127單片機(jī)的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，功耗低，能夠?qū)⒍鄠€(gè)通信電源監(jiān)控站點(diǎn)的情況及時(shí)傳輸給監(jiān)控中心，以供實(shí)時(shí)分析。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有較大應(yīng)用前景。