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移动通信基站电源监控系统的设计

1 概述

1.1移动通信基站电源监控系统简介

随着我国电信事业的迅速发展，通信网络规模的不断扩大，需要操作与维护的设备种类和数量大幅度地提高，设备的技术含量和复杂程度也越来越高，相应的对通信电源的稳定性和可靠性也就提出了更高的要求。为提高我国通信网的整体质量、节约人力资源和能源损耗，原邮电部于上世纪 90 年代初提出了对通信电源设备及环境进行集中监控管理的要求，即通过对通信电源设备及环境运行进行遥测、遥信和遥控，最终实现少人值守或无人值守，以提高设备维护质量，降低运行维护费用，同时保证系统处于良好的运行工作状态，从而大幅度提高整体运行效率，提高通信质量及电源系统的管理水平。通信电源集中监控管理系统是一个分布式计算机控制系统，它通过对监控范围内的通信电源系统和系统内的各电源设备、空调设备及机房环境进行遥测、遥信，实时监控系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，及时侦测故障并适时通知维护人员处理;进行必要的遥控操作，改变或调整设备运行状态;按照上级监控系统或网管中心的要求提供相应的数据和报表，从而实现通信局(站)的少人或无人值守，实现电源、空调及环境的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。监控系统是一个集中并融合了现代计算机技术、通信技术、电子技术、自动控制技术、传感器技术和人机系统技术的最新成果而构成的计算机集成系统。

实施通信电源的集中监控和管理，代表了通信电源先进维护管理技术和手段的发展方向，对实现与通信技术发展相适应的现代化电源维护和科学管理，有着重要的意义。

第一、通信电源集中监控管理系统的运用解放了劳动力，提高了电源维护工作的效率，降低了维护成本。

第二、通信电源集中监控管理系统的运用提高了电源设备运行的稳定性和可靠性。

第三、通信电源集中监控管理系统的运用 提高了电源设备运行的经济性， 降低了运行成本。

第四、通信电源集中监控管理系统的运用提高了电源维护管理水平。

第五、通信电源集中监控管理系统的运用为通信机房辅助监控提供了有效的网络平台。通信电源集中监控管理系统的还用，对原有的维护观念和维护方式都产生了巨大的影响。它改变了过去人们对电源的浅显认识和错误观念，扩大了通信电源专业的领域，对电源维护管理人员的技术素质也提出了更高的要求。同时， 它也彻底改变了以往人工看守的传统模式。
通信电源集中监控管理系统的运用，对通信电源设备的技术革新也产生了很大的影响。电源设备为了适应集中监控的需要，其智能化水平进一步提高，监控模块的设计也更加合理，接口标准也进一步统一。同时，监控系统的发展也促进了自动化领域的技术发展和革新，许多智能的传感器、变送器纷纷被开发出来， 成功的应用于监控系统。这些变化也使得监控系统本身更加完善，可靠性进一步提高。

1.2监控系统发展现状

在我国，监控系统的发展已经经历了十多个年头了，无论在技术、系统建规模上，还是在系统运行维护上，都有了很大的发展。具体表现在如下几个方面:

(1)监控系统建设数量不断增加、系统规模不断扩大; (2)监控技术日趋成熟、系统模式日趋稳定;

(3)相关技术不断发展与监控技术相互促进;

(4)监控系统的发展与运维体制的转变相互促进; (5)相关标准规范日趋完善;

(6)监控市场逐步走向规范化。

这些变化为通信电源监控技术的进一步发展和监控系统进一步实施创造了一个良好的环境。研制开发通信电源集中监控系统的厂家、公司、研究所如雨后春笋般涌现出来，如艾默生网络能源公司(原华为集团)自主开发的PSMS 动力设备及环境集中监控系统;中兴公司的ZXM 10 动力设备环境集中监控系统;亿阳集团的 BOMONI000 移动局(站)动力设备及环境多媒体集中监控系统;翔浩 XH200 电信传输机房集中监控系统;国讯国际有限公司的 CPEM8000 动力环境监控系统;烟台东方电子信息产业集团有限公司的 OF0400 动力设备及环境集中监控系统;云南盘亚通信系统有限公司的 PESM2000 基站动力环境集中监控管理系统;武汉普天的洲际正汇通信电源集中监控系统;香港丰联企业有限公司的联讯——2000 通信电源和空调设备集中监控系统;美国司巴顿公司的 Power Com 动力环境集中监控系统;法国MGE 公司的B1000 电源监控系统;ERICSSON 公司的Energy Master 系统中的电源监控子系统;美国Power ware 电源有限公司的 Power Manager II 远程直流电源管理系统等等，这些电源监控系统都各具特色，并都已纷纷投向市场。

目前，国内外厂家、公司、研究所在不断完善自己的产品的同时，正致力于将新技术应用于电源监控系统中， 如 CAN(Controller Area Network)Bus, Lon(Local operating Network)work}]等现场总线技术，这些技术的采用解决了集散控制系统(Distributed Control System)的通信问题(集散控制系统处于现场的控制级和检测级仍采用 4~20mA 模拟量通信，使得现场采集设备所占的比例最大，数量也最多，这就使得一对一的布线方式相当繁杂、安装费用增加、维护量加大)。现场总线(Field Bus)是现代计算机、通信和控制技术的集成，即通常人们所称的 3C(Computer, Communication, Control)技术。现场总线技术应用于通信电源、空调及环境的集中监控管理系统，是电源监控系统发展的一个全新方向。

 

目录

1概述 3

1.1移动通信基站电源监控系统简介 3

1.2监控系统发展现状 5

2监控系统整体设计 6

2.1系统设计原则与 BPMT2.0 指标 6

2.2系统监控信号 7

2.3系统结构框图 8

2.3.1系统终端 9

2.4系统整体功能 10

3监控系统硬件设计 11

3.1监控系统的 MCU 选择及介绍 12

3.2电量采集电路 13

3.2.1三相市电电压采集 14

3.2.2三相市电电流采集 14

3.2.3发电机电压采集 15

3.2.4基站 48V 电源判断 16

3.3系统电源模块 16

3.3.1AC-DC 电路(三相市电变 5V 直流电路) 16

3.3.2DC-DC 电路(基站 48V—5V) 17

3.4GPRS 模块及其接口电路 18

3.5系统时钟电路 19

4监控系统软件设计 20

4.1系统软件结构 20

4.1.1软件总体流程 20

4.2系统初始化 22

4.2.1A/D 采集原理 23

4.2.2显示菜单设计 24

4.3管理服务端软件设计 25

4.3.1告警实时提醒 25

4.3.2电量结算功能 26

4.3.3地图监控功能 26

5系统可靠性设计 26

5.1系统抗干扰设计 26

5.1.1系统硬件抗干扰设计 26

5.1.2系统软件抗干扰设计 28

5.3雷电袭击的安全防护设计 29

 

5系统可靠性设计

随着移动通信基站电源监控系统的广泛采用，系统的可靠性也成各地运营商关注的焦点。本章主要从抗干扰以及采取的一些安全防护措施来介绍系统可靠性设计。

5.1系统抗干扰设计

电源监控系统在不同的环境条件下工作时，不可避免地会受到各种干扰信号的影响，这些干扰有时会严重破坏单片机系统的器件或程序，造成系统工作不正常，使系统产生死机或输出误动作。因此，为了保证系统能够稳定、可靠地工作， 在设计系统时应充分考虑可能出现的各种干扰源产生的影响，在系统硬件和软件两部分设计中采取一定的抗干扰措施，尽量提高系统的抗干扰能力。

5.1.1系统硬件抗干扰设计

干扰信号主要通过三个途径进入系统:电磁感应、传输通道和电源线。系统的抗干扰措施主要就是要防止干扰进装置内部，破坏装置的正常运行。硬件抗干扰主要是从消除干扰源和切断祸合通道两方面着手，进行有的效隔离、屏蔽和滤波，阻断干扰进入装置的路径，同时降低保护装置本身的电磁敏感性。

5.1.1.1开关量输入输出的抗干扰设计

开关量端口一般均经光电隔离。外部干扰一般经光电隔离器件原副边的分布电容进入数字部分，因此应选用抗干扰能力较强，原副边分布电容较小的光祸器件，在成本许可的情况不采用两级或多级光隔可以有效的提高开入/开出端口的抗干扰能力。本系统，在开关量输入输出通道无采用了光电祸合器件 TLP521， 在TLP521 的输入输出分别采用独立电源。

5.1.1.2电源的抗干扰设计

电源端口是最重要也是最易受到干扰的端口，电源的设计好坏对系统的抗干扰性能影响很大。本设计对电源端口的抗干扰方面注意了以下几点:

(1)选用稳定性好的模块电源，专业电源厂家的电源模块内部一般包含完善的保护电路和滤波电路，如果成本许可，可选用工业级甚至军工级产品;

(2)进行很好的滤波，电源部分采用了高频扼流线圈+铁氧体磁珠+旁路电容的措施。

(3)为有效防止浪涌等破坏性试验将电源模块烧坏，应加氧化锌压敏电阻和放电管来抑制过电压。

5.1.1.3通信端口的抗干扰设计

为提高通信端口的抗干扰能力，通讯端口均需经过隔离后才能与外界进行通讯，常用的高速光电隔离器件如 6N137}TLP2630}HCPL-063 等，其耐压值均超过1000V，具有很好的抗干扰能力，本设计中应用HCPL-063 作为光电隔离。

5.1.1.4印制电路板的抗干扰设计

电路板设计会对系统的抗干扰能力产生直接影响，因此也是装置抗干扰的重要一环，在印刷电路板设计应注意以下几点。

(1)电源和地线之间加上去祸电容、尽量加宽电源和地线宽度、对数字电路的PCB 用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用、用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。

(2)模拟电源与数字电源分开供电，模拟地与数字地一点连接，减少数字信号对模拟部分的干扰;

(3)选择合理的导线宽度，由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的，因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。对于分立元件电路，印制导线宽度在 l.5mm 左右时，即可完全满足要求; 对于集成电路，印制导线宽度可在 0.2~1.0mm 之间选择;

(4)在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和 CPU 的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路;

5.1.1.5机箱与系统结构的抗干扰设计

机箱作为外界干扰量最直接的屏障，在设计是注意以下几点: (1)机箱的机械结构应该合理，最好采用整体机箱;

(2)机箱整体必须具有良好的导电性，除前面板外，其余部位一般是金属外壳直接裸露在空气中，不涂任何绝缘材料;

(3)在设计布局时，应使敏感器件如 CPU、液晶显示模块等远离电源、樟拟量输入、开入、开出等樟块:

(4)机壳一般采用多点接地的方式，即每个接地点都应接到距离该点最近的地平面上去。装置接地不良不但对设备本身的正常运行造成影响，而且还可能造成人身触电等重大事故。

5.1.2系统软件抗干扰设计

监控系统工作的现场电磁干扰复杂，除了在硬件电路设计时采取有效措施， 使系统具备一定的抗干扰能力外，在软件设计时，也要采取抗干扰措施，以弥补硬件的不足，增强系统的抗干扰能力。

软件方面采取的抗干扰措施有:

(1)合理设计看门狗软件，使系统程序跑飞后能自动复位。

(2)合理设计软件陷阱服务程序，事实证明，绝大多数系统程序跑飞都是因为进入不明中断引起的，因此在不明中断中对系统进行复位;

(3)为减小数字采集系统的误差，采用有效的数字滤波算法。数字滤波的实质是通过一定的计算程序降低干扰在有用信号中的比重。一般方法是把多次采集到的数据由小到大进行排列，去掉几个最大值和最小值，达到去伪存真的目的， 以消除采样数据中的伪数据。系统设计与运行时，根据被测信号的性质选用不同的方法。

(4)由于硬件错误的不确定性和不可预见性，因此对重要数据如设定值等进行数据冗余设计。

5.3 雷电袭击的安全防护设计

当通信基站设备受到雷电袭击时，雷电信号可能会通过直流远供的双绞线引入电源监控系统中，造成系统的损坏。这种现象在南方一些雷电多发区尤为严重， 因此对直供系统进行雷电防护也是非常重要的。

如果单独采用放电管进行雷电防护，由于其电容值在数十皮法数量级，在工作电流相对较大的远端供电设备中，击穿后会有产生续流效应的可能，使放电管击穿后不能及时断开，进而影响保护效果。

如果单独采用压敏电阻进行雷电防护，由于其电容值较大，可及时对地形成泄放电流，但同时也会破坏远端供电设备的对地悬浮特性，有可能形成新的安全隐患。

因此本设计采用将压敏电阻和放电管结合的组合防雷保护电路来解决以上矛盾。