偏遠(yuǎn)地區(qū)基站供電系統(tǒng)可視化監(jiān)控的探討

仲進(jìn)安，黎蓮花，周紅鍇

一、傳統(tǒng)視頻監(jiān)控設(shè)備的局限與改進(jìn)方案

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是終端采用視頻攝像頭，將圖像通過有線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至監(jiān)控中心。雖然在交通、建筑、銀行與商業(yè)等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，但是在一些特殊場合其應(yīng)用受到限制，其本身設(shè)計存在局限，因此需要根據(jù)特定應(yīng)用場合對其進(jìn)行改進(jìn)。

目前偏遠(yuǎn)地區(qū)水文觀測站、通信基站與廣播站等各類基站廣泛采用太陽能供電或風(fēng)力供電，設(shè)備易遭破壞，出現(xiàn)故障不能及時發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異常不能及時切斷電源保護(hù)供電設(shè)施。偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后，監(jiān)控設(shè)備不宜采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有良好的接入局域網(wǎng)功能，可在惡劣環(huán)境下使用。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)終端與主機(jī)的通信。監(jiān)控設(shè)備終端須增加傳感器裝置對供電設(shè)備所處的環(huán)境及其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)故障，迅捷采取保護(hù)措施。單片機(jī)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)與聯(lián)網(wǎng)的P C機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信是一項可行的技術(shù)，但由于該技術(shù)存在信息傳輸速度慢與易受到干擾等缺點(diǎn)，在推廣應(yīng)用中受到一定的限制，但當(dāng)應(yīng)用場合對實時性要求不高時，GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)今最為廉價的遠(yuǎn)程可視技術(shù)。

二、監(jiān)測系統(tǒng)方案的設(shè)計

（一）監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文研究內(nèi)容：以一臺P C機(jī)為中央主機(jī)，建立一主多從的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從機(jī)設(shè)計選用價格低廉ARM單片機(jī)，配有視頻頭與各種傳感器，建立遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控系統(tǒng)，可以采集各類信息利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒敕?wù)器。獲取信息采用兩種途徑：一是利用視頻頭獲取圖像信息，實現(xiàn)可視化現(xiàn)場監(jiān)視，諸如破壞供電設(shè)備違法行為、設(shè)備運(yùn)行過程出現(xiàn)異常等等；二是利用各種傳感器及時獲取供電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息與氣象環(huán)境信息，以便及時采取包括切斷電各種保護(hù)措施，如圖1。

（二）ARM單片機(jī)外圍的接口設(shè)計

本系統(tǒng)終端采用LPC 2378單片機(jī)控制，LPC 2378單片機(jī)有豐富的接口資源與58K字節(jié)RAM存儲空間。

首先要考慮LPC2378單片機(jī)與傳感器的接口。傳感器主要有兩類，一類是將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信息電信號輸出，另一類轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號按特定協(xié)議與控制器進(jìn)行串行通信。LPC2378單片機(jī)具有8個模擬口與普通GPIO口。對于模擬傳感器，采用模擬通道與之接口，可接8個傳感器。對于數(shù)字傳感器，采用P0口低四位分別經(jīng)過CD4051模擬開關(guān)的第3引腳與數(shù)字傳感器對接，模擬開關(guān)可以實現(xiàn)數(shù)字信號的雙向傳輸。由于數(shù)字傳感器一般采用串行輸入輸出，一般情況數(shù)字接口不超過4位，定義P0.0為信息輸出，P0.1為信息輸入，P0.2為控制信號輸出，P0.3為傳感裝置狀態(tài)量輸入。同樣數(shù)字傳感器與P 0.0連接引腳必須為信息輸入端，與P 0.1連接引腳必須為信息輸入端，傳感器受P0.2引腳控制，傳感器的請求信號是通過P0.3通知LPC 2378單片機(jī)。不同數(shù)字傳感器用于串行通信的引腳數(shù)不同，串行通信協(xié)議不一樣，因此應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行引腳連接。LPC2378單片機(jī)應(yīng)編寫GPIO口模擬串口編寫的子程序，不同的數(shù)字傳感器串行通信協(xié)議不一樣，因而子程序也不一樣。由于CD4051是八選一模擬開關(guān)，其八個輸入輸出通道對應(yīng)于八個傳感器或繼電器，通道的切換控制信號由P 3口低三位發(fā)出。數(shù)字接口電路也可用于繼電器控制及其狀態(tài)監(jiān)測，ARM單片機(jī)可通過控制繼電保護(hù)電路，迅捷采取保護(hù)措施，如圖2。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 ARM單片機(jī)與傳感裝置連接示意圖

另外要考慮LPC2378單片機(jī)與SIM900A模塊的接口以及OV7670攝像頭的接口，采用UART串口與SIM900A模塊連接，并利用I 2C口讀取O V 7670攝像頭的圖像信息。

三、新方案與使用要求的符合程度

基站供電系統(tǒng)的監(jiān)控實時性要求并不高，在未發(fā)現(xiàn)異常的情況下可以不采用可視化監(jiān)控方式。在如下情況才啟動可視化監(jiān)控：

第一，當(dāng)熱釋電紅外檢測供電系統(tǒng)周圍出現(xiàn)異常動靜，不明生物體接近供電設(shè)備時啟動可視化監(jiān)控。

第二，當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生劇烈變化，諸如天氣惡劣變化、周圍出現(xiàn)森林大火以及地質(zhì)災(zāi)害等等，啟動可視化監(jiān)控。

第三，當(dāng)監(jiān)測供電設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常，啟動可視化監(jiān)控。

第四，當(dāng)主機(jī)要求終端不間斷返回圖像數(shù)據(jù)。啟動可視化監(jiān)控。

圖像采集速度約為0.1幀/秒，LPC2378單片機(jī)可以根據(jù)需要擴(kuò)展存儲空間用來暫存圖像信息。當(dāng)需要不間斷記錄現(xiàn)場圖像信息時，單片機(jī)以每分鐘內(nèi)采集6幀圖像速度暫存于外部存儲器中，連續(xù)采集信息，直至儲存空間存滿。

基站需要監(jiān)測以下幾類參數(shù)：

1.環(huán)境參數(shù)諸如：溫度、濕度、風(fēng)力、水位以及振動等等。

2.電力設(shè)備參數(shù)諸如：欠壓、過流、功率以及穩(wěn)定性等等。

3.其他參數(shù)的監(jiān)測諸如：熱釋電紅外感應(yīng)、地震或劇烈振動的感應(yīng)以及供電電源剩余電量反饋等等。

供電系統(tǒng)以通道切換的方式讀取傳感器的參數(shù)，每隔一分鐘輪流查詢一次，通過查詢可以監(jiān)測到可能引起故障的隱患，并采取相應(yīng)保護(hù)措施或向主機(jī)發(fā)送預(yù)警信號。

四、結(jié) 語

一般情況基站供電系統(tǒng)監(jiān)控實時性要求較低，根據(jù)這一實際情況，并針對偏遠(yuǎn)地區(qū)基站供電系統(tǒng)，設(shè)計了一款新型可視化監(jiān)控系統(tǒng)。由于系統(tǒng)采用普通聯(lián)網(wǎng)電腦作為主機(jī)，比采用專用電腦作為主機(jī)降低了監(jiān)控系統(tǒng)的成本。系統(tǒng)終端采用LPC 2378單片機(jī)進(jìn)行信息采集與傳輸，這又進(jìn)一步降低了成本。而目前很多監(jiān)控設(shè)備終端是采用相對昂貴的攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有線連接。

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