摘 要：介紹了一種采用高性能8位單片機SM79164作為主要控制芯片的通信基站環(huán)境和動力監(jiān)控系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)使用各種高性能傳感器采集基站里的環(huán)境和動力參數，利用串口攝像頭獲取基站里的圖像，在初步分析和處理數據后，通過CDMA2000—1X模塊CM300與中心機房建立TCP／IP連接，把所有數據傳送回主機，主機將信息進一步處理后通知相關維護人員，從而實現了對基站的實時監(jiān)控，提高了基站動力設備和通信設備運行的可靠性。
關鍵詞：通信基站；環(huán)境監(jiān)控CM300；SM79164

0 引 言
    隨著現代通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，通信機房的數量急劇增加，在提高通信服務質量的同時，對通信機房的管理也提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要針對基站的電源設備和環(huán)境參量等對象，利用各種檢測設備進行監(jiān)控，當有情況發(fā)生時，使用GSM模塊發(fā)送短信的告警方式。這種告警方式傳輸數據量小，根本不能夠用于傳送圖像，而且短信延時大，也不能及時通知到維護技術人員。為解決這個問題，我們采用CDMA2000—1X空中接口技術代替GSM技術，這種技術擁有153 Kb／s的全雙工無線傳輸數據的能力，監(jiān)控系統(tǒng)在此基礎上與中心機房建立起TCP／IP連接，進行數據傳輸，這樣既能實現告警及時性，又能滿足傳送圖像的需求。此外，為了減少能源浪費和降低基站運營成本，還使用了紅外遙控技術對基站的空調進行控制。
    該系統(tǒng)采用新茂公司高性能8位單片機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)實現了中心機房對基站設備和環(huán)境參量的集中的實時的可視化監(jiān)控，通過該系統(tǒng)可以及時發(fā)現設備故障并快速地排除，節(jié)約了人力資源成本，實現了基站的無人值守，提高了動力設備、通信設備運行的可靠性，從而降低了基站系統(tǒng)的運行成本，提高了移動通信系統(tǒng)運行的可靠性及服務質量。

1 硬件設計
1．1 功能描述
    圖1為基站監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構框圖，該系統(tǒng)選用新茂公司SM79164作為MCU。SM79164采用基本的8052作為內核，最高工作頻率可以達到35 MHz，內部擁有64 KB的片上FLASH和4 KB的RAM。系統(tǒng)針對基站電源設備、空調設備和基站的環(huán)境參量等對象，利用溫度、門磁、紅外、煙感、水浸、電壓和電流等傳感器實現對監(jiān)控對象的數據采集。采集到的各種參數經過MCU簡單的處理后，室內的溫度、電池的電壓和電流等信息將顯示在液晶屏上。如果測量到室內溫度不在設置的溫度范圍內，則通過紅外遙控控制空調開或者關。當檢測到異常情況時，系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報警，并啟動CM300通信模塊和中心機房建立TCP／IP連接，開啟串口攝像頭，把采集的參數和圖像數據一起傳送回機房，由中心機房進行進一步的處理。

1．2 CM300模塊
    CM300是華為公司推出的一款無線數據傳輸模塊，支持短消息、高質量語音和無線數據等業(yè)務。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，擁有153 Kb／s的全雙工無線傳輸數據的能力，涵蓋CDMA所有的標準的語音和數據應用的AT指令。該模塊內嵌了TCp／IP協(xié)議，用戶通過簡單的AT命令就能實現數據傳輸。
    CM300模塊還提供了一個8位LCD接口、一個標準的IIC接口、一個標準的USB接口和2路RS 232雙工串口，串口的最大速率達到230．4 Kb／s。本系統(tǒng)中的MCU就是通過其中一個串口與CM300之間進行數據通信的，通信使用的波特率采用230．4 Kb／s。但是SM79164只有一個串口，不能滿足同時與串口攝像頭和CM300通信的需要，因此我們采取兩個模塊共用一個串口的方法。圖2為單片機串口復用框圖，CD4053是三組兩路模擬開關芯片，由SM79164的一個I／O引腳作為它的選通信號。
    當該系統(tǒng)需要向中心機房傳送數據時，首先由SM79164控制CD4053建立與CM300模塊的串口通信通道，然后由單片機通過AT命令控制CM300模塊與中心機房建立TCP／IP連接，中心機房的IP地址和端口號PORT通過短信方式進行遠程配置。CM300模塊可以同時建立5個獨立的TCP／IP連接，每個連接一次最多可以發(fā)送512 B的數據。
1．3 空調控制
    所有的電子設備都有一個工作溫度范圍，如果環(huán)境溫度高于或者低于這個范圍，會大大縮短電子設備的壽命。而實際的環(huán)境溫度又很少超出這個范圍，如果長時間的開啟空調會造成巨大的能源浪費，因此空調控制對于保障基站設備正常工作和節(jié)約能源都顯得特別重要。

    空調控制方式有很多種，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，這種空調控制方式的硬件結構簡單，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，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，不同型號的空調對應不同的一組編碼；signal b為38 kHz的占空比3：1的載波信號，兩路信號經由與門實現脈寬調制(PWM)后，由三極管8050驅動紅外二極管發(fā)射出去，它們的波形圖如圖4所示。

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

2 軟件設計
    監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計采用結構化的設計思路，這樣既有利于程序的查錯，又利于程序的更新升級。具體內容包括：初始配置、系統(tǒng)初始化、數據采集、LCD顯示、空調控制、圖像讀取和告警模塊共7個部分，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，中心機房通過發(fā)送短信的方式對其進行初始配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷的方式處理收到的短信。當系統(tǒng)收到一條短信后，首先判斷是否來自中心機房，然后才讀取短信的內容。為了加強短信的機密性，對短信的格式以及關鍵位置的關鍵字都有嚴格的規(guī)定。初始配置的內容包括：短信服務中心號碼、中心軟件的IP地址和端口號、開啟和關閉空調的溫度值、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)時間等。所有初始值都存儲在芯片AT24C256中，AT24C256是一款I2C總線接口的E2PROM，MCU可以使用普通的兩個I／O口對其進行讀寫操作。
2．2 數據采集
    數據采集主要包括4個開關量和3個模擬量。4個開關量分別是：煙感、水浸、紅外和門磁，開關量主要是由傳感器輸出的高低電平采集得到。在采集開關量時，為了消除突發(fā)脈沖干擾，軟件設計通過一點采多采的方法來降低隨機噪聲的干擾。3個模擬量分別是：基站內的溫度、電池的電壓和電流。溫度通過數字式溫度傳感器DSl8820，DSl8820采用獨特的單線接口方式，與MCU連接時僅需要一條線即可實現數據的雙向通訊。電池的電壓和電流通過2路8位串行A／D轉換芯片ADC0832獲得，ADC0832數據通信采用標準的SPI接口，MCU通過普通的4根I／O引腳利用軟件方式與ADC0832進行通信。為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，在采集模擬量時，軟件系統(tǒng)通過多次采集求平均值的方法，保證得到的數據的精確性。
2．3 數據傳輸
    當有告警發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)需要把采集的數據和圖像通過CM300傳送回中心機房。每次在傳送數據之前，CM300首先需要建立PPP連接，然后根據初始配置中的IP地址和端口號來建立TCP／IP連接，連接建立完成后才開始傳送數據，數據發(fā)完以后又需要斷開兩個連接，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。

3 結 語
    該系統(tǒng)采用了基于CDMA2000—1X技術的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，針對基站電源設備和環(huán)境參量進行全方位的立體的可視化的監(jiān)控，并加強了對基站里最大耗能設備空調的控制。將移動通信維護管理部門關心的問題綜合在一起處理，解決了基站設備維護中的一些實際問題，降低了基站系統(tǒng)的運行成本，提高了移動通信系統(tǒng)運行的可靠性及服務質量。