基于WLAN的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

王興國

(遼寧行政學(xué)院，遼寧 沈陽 110161)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的發(fā)展，為智能監(jiān)控提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。而通信電源，作為通信網(wǎng)絡(luò)的“心臟”，其安全性和可靠性直接影響著通信基站中設(shè)備的運行情況。因此，利用先進(jìn)的技術(shù)構(gòu)建智能化的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，是保障通信順利進(jìn)行的重要舉措。

通信電源的監(jiān)控系統(tǒng)，必須具備以下幾個功能：(1)對設(shè)備可以實現(xiàn)分散供電，并采用智能化集中管理；(2)系統(tǒng)可以實現(xiàn)遙感、遙測、遙視、遙控等功能，可以有效地進(jìn)行故障診斷和定位，并遠(yuǎn)程發(fā)出操作命令，由現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作；(3)電源運行數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)實時采集，實時傳送，同時還應(yīng)具有一定的數(shù)據(jù)處理、存儲、分析和輔助決策的能力。

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今，已經(jīng)可以應(yīng)用到實際的工作場合中，但是，還是存在著以下幾個問題：(1)大多數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)都是由電源廠家適配的，存在著與其他電源系統(tǒng)兼容性差的問題；(2)系統(tǒng)配置不夠靈活，底層的數(shù)據(jù)采集的通信方式大多采用CAN 總線形式，一方面，不利于系統(tǒng)的變動和擴(kuò)展；另一方面，也不能適應(yīng)用戶個性化的要求；(3)故障檢測的可靠性不高，告警失誤率高。

為了解決以上的問題，本文利用WLAN 來構(gòu)建通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有上下兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，中間由嵌入式系統(tǒng)來擔(dān)任網(wǎng)關(guān)，形成了一個運行穩(wěn)定可靠，配置靈活，通用性強(qiáng)、個性化設(shè)計簡單方便的監(jiān)控系統(tǒng)。

1 通信電源系統(tǒng)的組成及工作過程分析

通信局站主要分為分散式電源系統(tǒng)和集中式電源系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1及圖2所示。從圖中可知，不論是哪種結(jié)構(gòu)，通信電源系統(tǒng)都主要由交流配電單元、直流配電單元、整流模塊、蓄電池組、油機(jī)發(fā)電機(jī)組組成。

通信電源系統(tǒng)的工作過程分為三種情況[1]：(1)市電正常，交流輸入一部分經(jīng)交流配電分配組機(jī)房照明、空調(diào)及各種交流負(fù)載，另一部分分配給整流模塊，整流模塊和各個蓄電池組的輸出經(jīng)直流配電單元分配后供給通信基站或交換機(jī)等通信設(shè)備使用。同時，監(jiān)控單元實時監(jiān)控交流輸入、蓄電池、整流模塊的狀態(tài)；(2)市電異常，備用的油機(jī)發(fā)電機(jī)組開始工作，工作過程同市電輸入的情況，提供給通信設(shè)備穩(wěn)定的電能；(3)市電和油機(jī)發(fā)電機(jī)組同時出現(xiàn)異常，系統(tǒng)的在線備用蓄電池開始工作，供通信設(shè)備正常運行。

圖1 分散式電源系統(tǒng)的組成

圖2 集中式供電系統(tǒng)

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是對通信電源的輸入輸出電壓、輸入輸出電流、整流模塊、蓄電池、環(huán)境參數(shù)等的運行數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效的實時數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后由系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)判斷，如果數(shù)據(jù)存在異常情況，就發(fā)出告警，并指揮相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作，以保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。因此，一個完整的通信電源系統(tǒng)應(yīng)該包括以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理及反饋模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊：實現(xiàn)交流輸入電壓、直流輸出電壓、整流模塊輸入輸出電壓及電流、蓄電池電流、直流負(fù)載電流、蓄電池溫度、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)的采集。在本設(shè)計，每個采集點都安裝有ZigBee 節(jié)點，節(jié)點采用CC2533，節(jié)點之間采用星形結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點上安有各種傳感器，數(shù)據(jù)同每個節(jié)點采集后傳至星形網(wǎng)中間的ZigBee 協(xié)調(diào)器中。

數(shù)據(jù)傳輸模塊：該模塊主要利用了WLAN 網(wǎng)來構(gòu)建數(shù)據(jù)通信層。本設(shè)計的數(shù)據(jù)通信采用的是雙層通信結(jié)構(gòu)。上層由WLAN 構(gòu)成局域數(shù)據(jù)傳輸體系，數(shù)據(jù)傳輸速度快，可靠安全；下層由ZigBee 節(jié)點構(gòu)造星形的WSN 網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展性好，有利于個性化設(shè)點；兩層的中間由嵌入式網(wǎng)關(guān)來連接，協(xié)調(diào)器通過串口連入網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)采用WLAN 模塊來實現(xiàn)WLAN 網(wǎng)的數(shù)據(jù)協(xié)議的構(gòu)建。

數(shù)據(jù)傳輸模塊的主要的功能是上下行數(shù)據(jù)的處理。上行數(shù)據(jù)就是協(xié)調(diào)器把從ZigBee 節(jié)點傳送來的底層的采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)及WLAN 網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)處理中心，以供處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；下行數(shù)據(jù)就是處理中心所產(chǎn)生的控制命令，通過網(wǎng)關(guān)下達(dá)至各控制節(jié)點，以便實現(xiàn)對各個電源模塊的控制。

數(shù)據(jù)處理及反饋模塊：該模塊的主要任務(wù)是對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理、匯總、分析，并依據(jù)相應(yīng)的處理結(jié)果下達(dá)執(zhí)行命令。

3 WLAN網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計

WLAN 的功能選用了TI 公司的無線網(wǎng)卡模塊TNET1100B 來構(gòu)建符合IEEE802.11b 的無線信號收發(fā)功能。TNET1100B 主要由射頻信號處理單元、基帶信號處理單元、中間接入控制單元以及嵌入式CPU、RAM、硬件接口、時鐘管理模塊等多個部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示[2]。

圖3 TNET1100B功能框圖

在本設(shè)計中，網(wǎng)關(guān)將基于ZigBee2007 協(xié)議的底層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成支持IEEE802.11b 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在WLAN 網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，而傳輸速度可以根據(jù)需要設(shè)置為1 Mb/s 或2 Mb/s；射頻處理單元用來完成無線信號的接收和發(fā)送，TNET1100B 中的射頻模塊具有功率控制功能，可以有效地提高數(shù)據(jù)的處理和傳輸增益。

4 總結(jié)

本文設(shè)計了一種基于WLAN 的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用雙層結(jié)構(gòu)，底層數(shù)據(jù)的采集采用ZigBee 技術(shù)支持的無線傳感網(wǎng)來完成，上層采用WLAN 來實現(xiàn)，中間利用嵌入式芯片作為網(wǎng)關(guān)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、維護(hù)方便、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，對其他監(jiān)控系統(tǒng)也具有一定的參考意義。

[1]童嬌嬌.通信電源監(jiān)控體系統(tǒng)中監(jiān)控單元的設(shè)計[D].西安：西安科技大學(xué)，2009：5-8.

[2]阮越廣，趙偉勝.基于WLAN 的家用安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計[J].工程應(yīng)用技術(shù)與實現(xiàn)，2012(5):251-242.