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ARM的通信基站监控系统设计

摘要】提出以ARM微控制器LPC4088FET180为核心的通信基站电源监控系统的方案。对系统的总体结构进行分析,设计相应的硬件实现方案,开发基于μC/OS-II的实时多任务嵌入式软件。

关键词】ARM;基站电源;监控系统

1引言

随着我国移动通信产业的发展,通信基站数量日益增多。基站电源负责整个基站的供电任务,是通信网络正常工作的基础,需为基站设备提供不间断的稳定电源,一旦发生断电或电源不稳定的情况,将会影响用户的正常通信[1],因此对通信基站电源进行实时监控具有重要的意义。目前通信基站分布范围越来越广,从城市逐步到偏远山区,交通不便,所处的环境越来越恶劣,传统的人工巡检方式已不能适应现代通信业的需求[2]。针对前述问题,本文以高性能的ARM微处理器为核心设计并实现了通信基站电源的监控系统,实时采集通信基站电源的电力参数,并通过3G网络传送到远程监控中心,降低了基站电源的维护和管理成本。

2系统总体结构分析

移动通信基站电源系统由交流供电系统和直流供电系统构成。其中交流供电系统由市电引入或者移动油机供电,经交流配电单元为基站的直流供电系统和空调、照明等设备提供220V或380V交流电源;直流供电系统包括整流模块、直流配电单元和蓄电池组构成,为基站提供—48V直流电源[3]。在整个基站电源系统中,需要监控的数据包括系统交流输入的电压电流值、整流模块母线和输出的电压电流值、直流配电单元输出的电压电流值、蓄电池组的电压电流值和整流模块及蓄电池组的温度值[4]。根据以上需求,本文设计的监控系统框架如图1所示。监控系统以ARM微处理器为核心,电压采样模块、电流采样模块和温湿度采样模块分别负责各电压电流值和基站内温湿度的采集,ARM微处理器对采集的数据进行分析,并将数据通过3G通信模块传送至远程监控中心。

3ARM监控单元硬件设计

ARM监控单元包括ARM微处理器、温度采样模块、电压/电流采样模块、键盘液晶显示模块、实时时钟、电源和3G通信模块。ARM微处理器采用的是NXP公司的LPC4088FET180微处理器,LPC4088FET180微处理器是一款基于ARMCortex-M4的数字信号控制器,LPC4088FET180的工作频率为120MHz,内置512kB闪存、96kB的RAM、4kBEEPROM,142个增强型GPIO,包括1个以太网接口、1个USB接口、1个LCD接口、2个CAN接口、5个UART接口、3个I2C接口、3个SPI接口、8路12位ADC、2个模拟比较器和1个DAC等。丰富的外设端口为连接各种外围设备提供了方便,如液晶显示屏采用CH320240A,可直接通过LCD接口与微控制器芯片连接。3G通信模块采用芯讯通无线科技有限公司的SIM800C模块完成与监控中心的通信,该模块是一款支持GSM/GPRS的无线通信模块,支持最大传输速率达85.6kbps,可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。此外,该模块还具有丰富的接口,包括USB、串行接口、SIM卡接口(3V/1.8V)、GPIO和一路模拟音频接口。为保证数据的正确性,通信单元与LPC4088FET180微控制器的UART串行接口采用四线制的串口连接方式。由于LPC4088FET180芯片自带实时时钟(RTC)模块掉电后不能正常工作,重新上电后时间被清零,不能准确提供系统运行和故障时间,因此本系统选用实时时钟芯片DS1341以提供准确时间,便于操作人员查询和检修系统。DS1341低电流实时时钟(RTC)是一款计时器件,具有极低的待机电流,能够在电池供电时保持更长的使用寿命。DS1341采用6pF晶体,通过I²C串行接口与ARM微处理器连接。

4软件设计

系统软件设计以mC/OS-II嵌入式实时多任务操作系统为运行环境,采用模块化和结构化的设计方式,将程序分为独立的功能任务模块,在主程序中通过优先级算法调用不同的功能模块,以实现对电源的实时监控。本系统根据任务的实时性要求和重要性,把程序分为7个不同优先级的任务,任务优先级由高至低依次为电压电流采样计算、温度采样计算、3G通信、ARM处理器自检、液晶显示、键盘处理和空闲任务。系统在主程序中对所有的端口和数据变量进行初始化,并建立一个优先级最低的空闲任务,使空闲任务处于准备状态,各项初始化工作就绪后,通过任务启动函数根据优先级来调用和切换不同的功能任务,管理系统资源,实现实施多任务操作,主程序清单如下:intmain(void){OSInit();//初始化函数……OSTaskCreat();//创建空闲任务……OSStart();//开始多任务调度return(0);}判断基站现场各电源是否正常工作需要依靠电压电流采样模块采集的数据,因此采样计算转换是整个系统最为重要的任务之一。LPC4088FET180处理器内置一个8通道的12位模数转换器,ADC采样率可达400ksps,可以满足对交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组共8路电压电流信号采样的要求.

5总结

本文提出的基于ARM的通信基站电源监控单元在硬件上具有丰富的资源可以利用,为控制系统中融入智能化技术提供了一个高速的处理平台;软件上移植了实时操作系统,不但能够具有实时多任务处理能力,也为远程监控与数据共享提供了一种新的途径。

参考文献

[1]胡圣尧,杨子立,关静,等.基于GPRS或4G的通信基站电源监控系统设计[J].电源技术,2016,40(9):1865-1866.

[2]钟鸣.无线通信基站电源设备参数的计算[J].信息通信,2016(7):177-178.

[3]乐传圣.通信基站电源监控系统中MCU的应用[J].信息技术与信息化,2015(10):107-108.

[4]张福顺.基于物联网的移动通信基站电源管理系统[D].河北工业大学,2014.

[5]杨思俊.光伏发电通信基站电源远程监测系统的设计[J].电子设计工程,2012,20(17):83-86.

作者:阳明霞 单位:柳州职业技术学院

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