摘 要：介紹了一種采用高性能8位單片機(jī)SM79164作為主要控制芯片的通信基站環(huán)境和動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)使用各種高性能傳感器采集基站里的環(huán)境和動(dòng)力參數(shù)，利用串口攝像頭獲取基站里的圖像，在初步分析和處理數(shù)據(jù)后，通過CDMA2000—1X模塊CM300與中心機(jī)房建立TCP／IP連接，把所有數(shù)據(jù)傳送回主機(jī)，主機(jī)將信息進(jìn)一步處理后通知相關(guān)維護(hù)人員，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)基站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了基站動(dòng)力設(shè)備和通信設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
關(guān)鍵詞：通信基站；環(huán)境監(jiān)控CM300；SM79164

0 引 言
    隨著現(xiàn)代通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，通信機(jī)房的數(shù)量急劇增加，在提高通信服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)通信機(jī)房的管理也提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)基站的電源設(shè)備和環(huán)境參量等對(duì)象，利用各種檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，使用GSM模塊發(fā)送短信的告警方式。這種告警方式傳輸數(shù)據(jù)量小，根本不能夠用于傳送圖像，而且短信延時(shí)大，也不能及時(shí)通知到維護(hù)技術(shù)人員。為解決這個(gè)問題，我們采用CDMA2000—1X空中接口技術(shù)代替GSM技術(shù)，這種技術(shù)擁有153 Kb／s的全雙工無線傳輸數(shù)據(jù)的能力，監(jiān)控系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上與中心機(jī)房建立起TCP／IP連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣既能實(shí)現(xiàn)告警及時(shí)性，又能滿足傳送圖像的需求。此外，為了減少能源浪費(fèi)和降低基站運(yùn)營(yíng)成本，還使用了紅外遙控技術(shù)對(duì)基站的空調(diào)進(jìn)行控制。
    該系統(tǒng)采用新茂公司高性能8位單片機(jī)SM79164作為主控芯片，選用華為公司的CM300作為通信模塊，使用各種高性能傳感器，配備高速率的串口攝像頭。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中心機(jī)房對(duì)基站設(shè)備和環(huán)境參量的集中的實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控，通過該系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并快速地排除，節(jié)約了人力資源成本，實(shí)現(xiàn)了基站的無人值守，提高了動(dòng)力設(shè)備、通信設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從而降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量。

1 硬件設(shè)計(jì)
1．1 功能描述
    圖1為基站監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)選用新茂公司SM79164作為MCU。SM79164采用基本的8052作為內(nèi)核，最高工作頻率可以達(dá)到35 MHz，內(nèi)部擁有64 KB的片上FLASH和4 KB的RAM。系統(tǒng)針對(duì)基站電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備和基站的環(huán)境參量等對(duì)象，利用溫度、門磁、紅外、煙感、水浸、電壓和電流等傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集。采集到的各種參數(shù)經(jīng)過MCU簡(jiǎn)單的處理后，室內(nèi)的溫度、電池的電壓和電流等信息將顯示在液晶屏上。如果測(cè)量到室內(nèi)溫度不在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)，則通過紅外遙控控制空調(diào)開或者關(guān)。當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報(bào)警，并啟動(dòng)CM300通信模塊和中心機(jī)房建立TCP／IP連接，開啟串口攝像頭，把采集的參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)一起傳送回機(jī)房，由中心機(jī)房進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

1．2 CM300模塊
    CM300是華為公司推出的一款無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，支持短消息、高質(zhì)量語音和無線數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。該模塊工作電壓為3．3～4．5 V，工作頻段為800 MHz。模塊采用CDMA2000—1X空中接口技術(shù)，擁有153 Kb／s的全雙工無線傳輸數(shù)據(jù)的能力，涵蓋CDMA所有的標(biāo)準(zhǔn)的語音和數(shù)據(jù)應(yīng)用的AT指令。該模塊內(nèi)嵌了TCp／IP協(xié)議，用戶通過簡(jiǎn)單的AT命令就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
    CM300模塊還提供了一個(gè)8位LCD接口、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC接口、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB接口和2路RS 232雙工串口，串口的最大速率達(dá)到230．4 Kb／s。本系統(tǒng)中的MCU就是通過其中一個(gè)串口與CM300之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的，通信使用的波特率采用230．4 Kb／s。但是SM79164只有一個(gè)串口，不能滿足同時(shí)與串口攝像頭和CM300通信的需要，因此我們采取兩個(gè)模塊共用一個(gè)串口的方法。圖2為單片機(jī)串口復(fù)用框圖，CD4053是三組兩路模擬開關(guān)芯片，由SM79164的一個(gè)I／O引腳作為它的選通信號(hào)。
    當(dāng)該系統(tǒng)需要向中心機(jī)房傳送數(shù)據(jù)時(shí)，首先由SM79164控制CD4053建立與CM300模塊的串口通信通道，然后由單片機(jī)通過AT命令控制CM300模塊與中心機(jī)房建立TCP／IP連接，中心機(jī)房的IP地址和端口號(hào)PORT通過短信方式進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。CM300模塊可以同時(shí)建立5個(gè)獨(dú)立的TCP／IP連接，每個(gè)連接一次最多可以發(fā)送512 B的數(shù)據(jù)。
1．3 空調(diào)控制
    所有的電子設(shè)備都有一個(gè)工作溫度范圍，如果環(huán)境溫度高于或者低于這個(gè)范圍，會(huì)大大縮短電子設(shè)備的壽命。而實(shí)際的環(huán)境溫度又很少超出這個(gè)范圍，如果長(zhǎng)時(shí)間的開啟空調(diào)會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)，因此空調(diào)控制對(duì)于保障基站設(shè)備正常工作和節(jié)約能源都顯得特別重要。

    空調(diào)控制方式有很多種，該系統(tǒng)采用紅外遙控的方式，其工作原理跟普通的家電遙控方式相同。紅外遙控電路如圖3所示，這種空調(diào)控制方式的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。圖3中signal a為O和1組成的編碼信號(hào)，在紅外遙控編碼中把560 ns的高電平和1 690 ns的低電平定義為1，把560 ns的高電平和565 ns的低電平定義為0，不同型號(hào)的空調(diào)對(duì)應(yīng)不同的一組編碼；signal b為38 kHz的占空比3：1的載波信號(hào)，兩路信號(hào)經(jīng)由與門實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(PWM)后，由三極管8050驅(qū)動(dòng)紅外二極管發(fā)射出去，它們的波形圖如圖4所示。

    在系統(tǒng)首次使用時(shí)，空調(diào)的編碼和溫度的上下限可以由中心機(jī)房通過短信方式進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。初始設(shè)定后，單片機(jī)首先把采集的溫度值與溫度上下限進(jìn)行比較，如果環(huán)境溫度超出設(shè)定的溫度范圍，就向空調(diào)發(fā)出遙控信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制。同時(shí)中心機(jī)房也可以通過發(fā)送短信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控空調(diào)，其優(yōu)先級(jí)高于本地，這樣可以有效地防止由于監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障而引起的空調(diào)頻繁起停。

2 軟件設(shè)計(jì)
    監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思路，這樣既有利于程序的查錯(cuò)，又利于程序的更新升級(jí)。具體內(nèi)容包括：初始配置、系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、LCD顯示、空調(diào)控制、圖像讀取和告警模塊共7個(gè)部分，圖5為監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程圖。

2．1 初始配置
    在監(jiān)控系統(tǒng)首次使用前，中心機(jī)房通過發(fā)送短信的方式對(duì)其進(jìn)行初始配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷的方式處理收到的短信。當(dāng)系統(tǒng)收到一條短信后，首先判斷是否來自中心機(jī)房，然后才讀取短信的內(nèi)容。為了加強(qiáng)短信的機(jī)密性，對(duì)短信的格式以及關(guān)鍵位置的關(guān)鍵字都有嚴(yán)格的規(guī)定。初始配置的內(nèi)容包括：短信服務(wù)中心號(hào)碼、中心軟件的IP地址和端口號(hào)、開啟和關(guān)閉空調(diào)的溫度值、蓄電池輸出電壓和電流的告警值、上傳圖像的象素值和系統(tǒng)時(shí)間等。所有初始值都存儲(chǔ)在芯片AT24C256中，AT24C256是一款I(lǐng)2C總線接口的E2PROM，MCU可以使用普通的兩個(gè)I／O口對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。
2．2 數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集主要包括4個(gè)開關(guān)量和3個(gè)模擬量。4個(gè)開關(guān)量分別是：煙感、水浸、紅外和門磁，開關(guān)量主要是由傳感器輸出的高低電平采集得到。在采集開關(guān)量時(shí)，為了消除突發(fā)脈沖干擾，軟件設(shè)計(jì)通過一點(diǎn)采多采的方法來降低隨機(jī)噪聲的干擾。3個(gè)模擬量分別是：基站內(nèi)的溫度、電池的電壓和電流。溫度通過數(shù)字式溫度傳感器DSl8820，DSl8820采用獨(dú)特的單線接口方式，與MCU連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊。電池的電壓和電流通過2路8位串行A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832獲得，ADC0832數(shù)據(jù)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，MCU通過普通的4根I／O引腳利用軟件方式與ADC0832進(jìn)行通信。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，在采集模擬量時(shí)，軟件系統(tǒng)通過多次采集求平均值的方法，保證得到的數(shù)據(jù)的精確性。
2．3 數(shù)據(jù)傳輸
    當(dāng)有告警發(fā)生時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)需要把采集的數(shù)據(jù)和圖像通過CM300傳送回中心機(jī)房。每次在傳送數(shù)據(jù)之前，CM300首先需要建立PPP連接，然后根據(jù)初始配置中的IP地址和端口號(hào)來建立TCP／IP連接，連接建立完成后才開始傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)完以后又需要斷開兩個(gè)連接，所有這些操作都是由MCU通過串口向CM300發(fā)送AT命令完成的，具體的AT命令使用方法可以參考華為CM300系列AT命令用戶手冊(cè)。

3 結(jié) 語
    該系統(tǒng)采用了基于CDMA2000—1X技術(shù)的CM300作為通信模塊，配備各種高性能傳感器和高速率串口攝像頭，針對(duì)基站電源設(shè)備和環(huán)境參量進(jìn)行全方位的立體的可視化的監(jiān)控，并加強(qiáng)了對(duì)基站里最大耗能設(shè)備空調(diào)的控制。將移動(dòng)通信維護(hù)管理部門關(guān)心的問題綜合在一起處理，解決了基站設(shè)備維護(hù)中的一些實(shí)際問題，降低了基站系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及服務(wù)質(zhì)量。