李 慧，馬 媛，張曉博，康麗杰

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院通信工程系，河北石家莊050035)

基于DSP的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的研究

李 慧，馬 媛，張曉博，康麗杰

(石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院通信工程系，河北石家莊050035)

利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)設(shè)計(jì)了通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用TMS320LF2407為系統(tǒng)微處理器，SA9904B作為電量的測(cè)量芯片，S3C6410作為網(wǎng)關(guān)，形成了通信基站電源系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)量模塊。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

通信電源；測(cè)控單元；DSP；SA9904B

通信電源是通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，常被稱為通信系統(tǒng)的“心臟”，其運(yùn)行的可靠性是通信系統(tǒng)正常工作的前提。通信系統(tǒng)70%的故障都來(lái)自于通信電源的故障，因此，采取一定的技術(shù)手段保證通信電源運(yùn)行的安全性具有重要的意義。

通信電源的監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)其安全運(yùn)行的方法之一。目前大多數(shù)通信基站內(nèi)均設(shè)有動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以單片機(jī)為主要控制芯片，傳感器與繼電器為數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，小流量卡為通信方式。這種方式成本低，易于實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于規(guī)模稍大的通信電源系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理能力就會(huì)顯出缺陷來(lái)，因此，有必要采用先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行改造。

近幾年來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)發(fā)展迅速。DSP以運(yùn)行速度快、功耗低和集成度高的優(yōu)勢(shì)在軍事、航天、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展。與單片機(jī)相比，DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、高速的硬件乘法器及多級(jí)流水線，使DSP具有很強(qiáng)的處理能力[1]。本文利用DSP芯片設(shè)計(jì)了通信電源系統(tǒng)測(cè)量模塊，利用CAN總線和無(wú)線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)了底層通信系統(tǒng)，改善了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。

1 監(jiān)控系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)

現(xiàn)代通信基站中的設(shè)備大多數(shù)采用-48 V直流供電，而與此相關(guān)連的電源主要包括直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)三部分。其中直流供電系統(tǒng)的主要任務(wù)是向各類通信設(shè)備、逆變器和直流變換器提供合適的直流電壓，允許變化范圍為-40～-57 V；交流供電系統(tǒng)是利用市電、備用油機(jī)發(fā)電機(jī)組向通信逆變器和一部分交流設(shè)備或UPS提供的低壓交流電源；接地系統(tǒng)的主要任務(wù)是確保通信設(shè)備與人身的安全，提高通信質(zhì)量。同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一些微電子技術(shù)也逐漸應(yīng)用到通信基站當(dāng)中，這些芯片大多采用+3.3、+5、+12 V等低壓供電，為保證它們的安全運(yùn)行，電源內(nèi)的逆變器種類和整流器的數(shù)量大大增加，這也給監(jiān)控帶來(lái)了一定的難度。

圖1 采用集中供電方式時(shí)電源系統(tǒng)的組成

通信電源分為集中供電和分散供電兩種方式，圖1[1]所示為集中供電，圖2[1]所示為分散供電，從圖中可知兩種供電方式設(shè)備大體相同，但組成結(jié)構(gòu)不同，因此，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主體監(jiān)控方式可以采取相同的模式，但是底層的通信就需要有所差異。

兩種供電方式都采用DSP芯片作為主控制器，集中供電方式只設(shè)置一個(gè)即可，而分散式供電要根據(jù)相應(yīng)的位置采用一個(gè)DSP主控+幾個(gè)單片機(jī)分散控制的方式，電源的運(yùn)行利用測(cè)量芯片經(jīng)調(diào)理后傳送至DSP或單片機(jī)中，并利用底層通信系統(tǒng)傳送至通信網(wǎng)，進(jìn)而傳送至監(jiān)控中心。

圖2 采用分散供電方式時(shí)電源系統(tǒng)的組成

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

通信電源運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集主要依賴于下位機(jī)的硬件電路來(lái)完成。在本設(shè)計(jì)中，硬件的主體結(jié)構(gòu)如圖3所示，通信電源各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)由電壓及電流信號(hào)采集器進(jìn)行采集后，送入電量測(cè)量芯片，本設(shè)計(jì)選用的電壓和電流信號(hào)采集器是霍爾電流或電壓傳感器，電量測(cè)量芯片是SA9904B。為了使采集的數(shù)據(jù)能夠順利送入SA9904B中進(jìn)行電能的測(cè)量，在傳感器和SA9904B中間增加信號(hào)調(diào)整電路，以保證所采集的數(shù)據(jù)處于電能測(cè)量的合理范圍內(nèi)。從電量測(cè)量模塊中輸出的信號(hào)傳送至DSP芯片，進(jìn)行信號(hào)的處理，在本設(shè)計(jì)中DSP采用TMS320LF2407，具有高性能和內(nèi)部資源豐富的優(yōu)點(diǎn)。采集信號(hào)通過(guò)DSP的計(jì)算后，得出初步的診斷結(jié)果，并將該結(jié)果及相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)傳送至MCU中。MCU是底層數(shù)據(jù)通信的中心，也是底層是上層監(jiān)控系統(tǒng)的連接紐帶。本設(shè)計(jì)選用的MCU為S3C6410，其上已設(shè)置有相應(yīng)的CAN總線接口和無(wú)線傳感網(wǎng)的接口模塊，分別適用于集中供電方式和分散供電方式。同時(shí)，在S3C6410上設(shè)置顯示器、鍵盤和上層通信接口，以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制并與上層通信。

圖3 底層硬件結(jié)構(gòu)

3 監(jiān)控系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

由于通信基站的電源形式分為兩種，一種為集中式，一種為分散式，所以底層的通信也采用了兩種方式，一種是現(xiàn)場(chǎng)總線形式，選用的是CAN總線；另一種是無(wú)線傳感網(wǎng)方式，選用的ZigBee形式。

CAN總線與S3C6410之間設(shè)置了CAN收發(fā)器和光電隔離模塊，CAN收發(fā)器選用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCA82C250差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器作為總線接口。光電隔離模塊的設(shè)置可以提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[2]。

以ZigBee為核心的無(wú)線傳感網(wǎng)采用星形結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)器選用CC2530，利用RS232與S3C6410相連，通信協(xié)議棧選用2007，通信頻率2.4 GHz。

S3C6410的主要作用有兩個(gè)，一個(gè)是將底層的協(xié)議轉(zhuǎn)換為上層通信協(xié)議，從這個(gè)作用來(lái)說(shuō)，S3C6410就是底層通信和上層通信的網(wǎng)關(guān)；另一個(gè)作用是數(shù)據(jù)及控制命令的上傳和下達(dá)，成為上層監(jiān)控系統(tǒng)和底層硬件系統(tǒng)的紐帶。

4 結(jié)論

本文利用DSP和ARM11兩種芯片設(shè)計(jì)了基于集中式和分散式通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理都集中在DSP芯片中，利用了DSP精度高、體積小、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，底層通信依據(jù)電源總體結(jié)構(gòu)的不同選用現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線傳感網(wǎng)的方式，由ARM11作為嵌入式網(wǎng)關(guān)，并完成數(shù)據(jù)及控制命令上傳和下達(dá)的作用。

[1]崔恒源.移動(dòng)通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2009：16-18.

[2]曲延濱，王建平.基于CAN總線和DSP的變電站監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003(12)：86-88.

Study on communication power supply monitoring system based on DSP

The communication power supply monitoring system was designed using digital signal processor(DSP).The TMS320LF2407 was selected as microprocessor,SA9904B as measurement chip and S3C6410 as the gateway for the system.So the operation measurement module of communication base station power system was formed.By actual test,the system has many advantages,such as high reliability,fast response speed and convenient maintenance.

communication power supply;measurement and control unit;DSP;SA9904B

TM 73

A

1002-087 X(2016)06-1300-02

2016-01-15

李慧(1978—)，女，山東省人，學(xué)士，講師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。