ARM的通信基站監控系統設計

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【摘要】提出以arm微控制器LPC4088FET180為核心的通信基站電源監控系統的方案。對系統的總體結構進行分析，設計相應的硬件實現方案，開發基于μC/OS-II的實時多任務嵌入式軟件。

【關鍵詞】ARM；基站電源；監控系統

1引言

隨著我國移動通信產業的發展，通信基站數量日益增多。基站電源負責整個基站的供電任務，是通信網絡正常工作的基礎，需為基站設備提供不間斷的穩定電源，一旦發生斷電或電源不穩定的情況，將會影響用戶的正常通信[1]，因此對通信基站電源進行實時監控具有重要的意義。目前通信基站分布范圍越來越廣，從城市逐步到偏遠山區，交通不便，所處的環境越來越惡劣，傳統的人工巡檢方式已不能適應現代通信業的需求[2]。針對前述問題，本文以高性能的ARM微處理器為核心設計并實現了通信基站電源的監控系統，實時采集通信基站電源的電力參數，并通過3G網絡傳送到遠程監控中心，降低了基站電源的維護和管理成本。

2系統總體結構分析

移動通信基站電源系統由交流供電系統和直流供電系統構成。其中交流供電系統由市電引入或者移動油機供電，經交流配電單元為基站的直流供電系統和空調、照明等設備提供220V或380V交流電源；直流供電系統包括整流模塊、直流配電單元和蓄電池組構成，為基站提供—48V直流電源[3]。在整個基站電源系統中，需要監控的數據包括系統交流輸入的電壓電流值、整流模塊母線和輸出的電壓電流值、直流配電單元輸出的電壓電流值、蓄電池組的電壓電流值和整流模塊及蓄電池組的溫度值[4]。根據以上需求，本文設計的監控系統框架如圖1所示。監控系統以ARM微處理器為核心，電壓采樣模塊、電流采樣模塊和溫濕度采樣模塊分別負責各電壓電流值和基站內溫濕度的采集，ARM微處理器對采集的數據進行分析，并將數據通過3G通信模塊傳送至遠程監控中心。

3ARM監控單元硬件設計

ARM監控單元包括ARM微處理器、溫度采樣模塊、電壓/電流采樣模塊、鍵盤液晶顯示模塊、實時時鐘、電源和3G通信模塊。ARM微處理器采用的是NXP公司的LPC4088FET180微處理器，LPC4088FET180微處理器是一款基于ARMCortex-M4的數字信號控制器，LPC4088FET180的工作頻率為120MHz，內置512kB閃存、96kB的RAM、4kBEEPROM，142個增強型GPIO，包括1個以太網接口、1個USB接口、1個LCD接口、2個CAN接口、5個UART接口、3個I2C接口、3個SPI接口、8路12位ADC、2個模擬比較器和1個DAC等。豐富的外設端口為連接各種外圍設備提供了方便，如液晶顯示屏采用CH320240A，可直接通過LCD接口與微控制器芯片連接。3G通信模塊采用芯訊通無線科技有限公司的SIM800C模塊完成與監控中心的通信，該模塊是一款支持GSM/GPRS的無線通信模塊，支持最大傳輸速率達85.6kbps，可以低功耗實現語音、SMS和數據信息的傳輸。此外，該模塊還具有豐富的接口，包括USB、串行接口、SIM卡接口（3V/1.8V）、GPIO和一路模擬音頻接口。為保證數據的正確性，通信單元與LPC4088FET180微控制器的UART串行接口采用四線制的串口連接方式。由于LPC4088FET180芯片自帶實時時鐘（RTC）模塊掉電后不能正常工作，重新上電后時間被清零，不能準確提供系統運行和故障時間，因此本系統選用實時時鐘芯片DS1341以提供準確時間，便于操作人員查詢和檢修系統。DS1341低電流實時時鐘（RTC）是一款計時器件，具有極低的待機電流，能夠在電池供電時保持更長的使用壽命。DS1341采用6pF晶體，通過I²C串行接口與ARM微處理器連接。

4軟件設計

系統軟件設計以mC/OS-II嵌入式實時多任務操作系統為運行環境，采用模塊化和結構化的設計方式，將程序分為獨立的功能任務模塊，在主程序中通過優先級算法調用不同的功能模塊，以實現對電源的實時監控。本系統根據任務的實時性要求和重要性，把程序分為7個不同優先級的任務，任務優先級由高至低依次為電壓電流采樣計算、溫度采樣計算、3G通信、ARM處理器自檢、液晶顯示、鍵盤處理和空閑任務。系統在主程序中對所有的端口和數據變量進行初始化，并建立一個優先級最低的空閑任務，使空閑任務處于準備狀態，各項初始化工作就緒后，通過任務啟動函數根據優先級來調用和切換不同的功能任務，管理系統資源，實現實施多任務操作，主程序清單如下：intmain(void){OSInit()；//初始化函數……OSTaskCreat()；//創建空閑任務……OSStart()；//開始多任務調度return(0)；}判斷基站現場各電源是否正常工作需要依靠電壓電流采樣模塊采集的數據，因此采樣計算轉換是整個系統最為重要的任務之一。LPC4088FET180處理器內置一個8通道的12位模數轉換器，ADC采樣率可達400ksps，可以滿足對交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、蓄電池組共8路電壓電流信號采樣的要求.

5總結

本文提出的基于ARM的通信基站電源監控單元在硬件上具有豐富的資源可以利用，為控制系統中融入智能化技術提供了一個高速的處理平臺；軟件上移植了實時操作系統，不但能夠具有實時多任務處理能力，也為遠程監控與數據共享提供了一種新的途徑。

參考文獻

[1]胡圣堯,楊子立,關靜,等.基于GPRS或4G的通信基站電源監控系統設計[J].電源技術,2016,40(9):1865-1866.

[2]鐘鳴.無線通信基站電源設備參數的計算[J].信息通信,2016(7):177-178.

[3]樂傳圣.通信基站電源監控系統中MCU的應用[J].信息技術與信息化,2015(10):107-108.

[4]張福順.基于物聯網的移動通信基站電源管理系統[D].河北工業大學,2014.

[5]楊思俊.光伏發電通信基站電源遠程監測系統的設計[J].電子設計工程,2012,20(17):83-86.

作者:陽明霞 單位:柳州職業技術學院