摘要：文章依托杭州大光明通信系統(tǒng)股份有限公司在研項目，聚焦于傳統(tǒng)基站移動式油機管理模式存在的局限性與不足，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的基站移動式油機無線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過無線通信技術(shù)，能夠?qū)崟r追蹤油機的位置、油耗、狀態(tài)等數(shù)據(jù)，為提升油機維護(hù)保養(yǎng)監(jiān)管力度、基站發(fā)電調(diào)度管理力度、基站發(fā)電保障力度、發(fā)電費用管控精細(xì)化程度提供有力的數(shù)據(jù)支持。通過實際應(yīng)用，文章驗證了該系統(tǒng)的有效性和實用性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；基站；油機監(jiān)控；無線通信技術(shù)

中圖分類號：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及，我國基站建設(shè)規(guī)模正處于快速增長階段。基站運行的穩(wěn)定性是確保通信網(wǎng)絡(luò)連貫性和服務(wù)品質(zhì)的基石［1］。在此背景下，移動式油機作為市電停電/電網(wǎng)故障時保障基站電力供應(yīng)的關(guān)鍵后備力量，其作用不容小覷。然而，目前傳統(tǒng)油機管理方式還普遍依靠人工進(jìn)行統(tǒng)計，其最大的弊病是統(tǒng)計隨意性大和數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致該支付給油機發(fā)電代維單位的路費、油機發(fā)電費等數(shù)據(jù)無法核實，造成很大浪費。為了解決移動油機應(yīng)急發(fā)電時這個難題，文章提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站移動式油機無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案。

1 基站移動式油機概述

基站移動式油機是指專門為通信基站提供的便攜式或可移動式發(fā)電設(shè)備，主要在市電供應(yīng)中斷或市電不穩(wěn)定時，為通信基站提供應(yīng)急電力支撐［2］。這類油機通常以柴油或汽油為燃料，具備一定的移動性和快速部署能力，能夠在短時間內(nèi)啟動供電，確保基站設(shè)施正常運行，保證通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和連續(xù)性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了一個包括傳感層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和平臺業(yè)務(wù)應(yīng)用層的緊密關(guān)聯(lián)且功能明確的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

傳感層主要負(fù)責(zé)實時采集市電狀態(tài)、油機運行參數(shù)、油機液位、監(jiān)控主機后備電池電壓、北斗定位的經(jīng)緯度。即在底層傳感層架構(gòu)上，系統(tǒng)部署了一系列高性能傳感設(shè)備，這些傳感器能實時、準(zhǔn)確地監(jiān)測各類關(guān)鍵指標(biāo)［3］。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要是通過4G無線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在網(wǎng)絡(luò)傳輸層面上，利用高效的通信協(xié)議與技術(shù)，確保了從眾多分散的傳感器節(jié)點收集到的大量實時數(shù)據(jù)能夠迅速、安全、穩(wěn)定地傳送到云端或數(shù)據(jù)中心［4］。

平臺業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要借助大數(shù)據(jù)處理與智能算法，對收集到的信息進(jìn)行深度分析與處理，為基站運維管理提供直觀、精細(xì)且可操作性強的業(yè)務(wù)洞察與決策支持。

2.2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件主要是由6部分組成，分別為雙電源供電模塊、油機數(shù)據(jù)監(jiān)控核心模塊、油機液位采集模塊、油機參數(shù)采集模塊、市電檢測及RF發(fā)射模塊、4G無線+北斗定位模塊。系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示。

2.2.1 雙電源供電模塊設(shè)計

為了確保系統(tǒng)能夠在各種復(fù)雜的工作環(huán)境下始終保持穩(wěn)定、連續(xù)、高效運作，該系統(tǒng)特別設(shè)計了雙電源供電方案。

在正常運行狀態(tài)下，尤其是當(dāng)油機處于活躍發(fā)電作業(yè)狀態(tài)時，該設(shè)計巧妙地利用油機自產(chǎn)的交流電能作為首要能量來源，直接為監(jiān)控組件及通信模塊的運行提供動能，實現(xiàn)實時捕獲油機性能參數(shù)、工作狀態(tài)等核心數(shù)據(jù)的傳輸與分析。

針對油機處于非作業(yè)時段，諸如保養(yǎng)存儲、轉(zhuǎn)運等時段，該系統(tǒng)建有一套高效、持久的電池儲能單元。該單元設(shè)計旨在低功耗待機模式下，也能維持基本心跳功能，在轉(zhuǎn)運過程中能觸發(fā)喚醒定位，間斷性記錄轉(zhuǎn)運路徑。

通過集成主輔雙電源供電機制，系統(tǒng)能夠極大地提高自身的可靠性和抗風(fēng)險能力，有效避免因在油機不發(fā)電情況下導(dǎo)致的監(jiān)控盲點和數(shù)據(jù)丟失，有力保障油機資產(chǎn)的安全管理以及最優(yōu)化調(diào)度決策。

2.2.2 油機數(shù)據(jù)監(jiān)控核心模塊設(shè)計

油機數(shù)據(jù)監(jiān)控核心模塊采用ST32F103RBT6芯片，用于實現(xiàn)4個方面的功能目標(biāo)，如圖3所示。（1）監(jiān)控雙電源供電模塊的電池電壓采集SAMP_V3和油機電電壓采集SAMP_V1。（2）通過SPI接口連接系統(tǒng)其他各個模塊，實現(xiàn)油機發(fā)電時油機的電壓、頻率、電流、功率、發(fā)電量、油液位、市電狀態(tài)、后備電池電壓、定位經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)的采集。（3）當(dāng)市電斷電后再次來電時會有來電提示。（4）油機監(jiān)控通過MQTT協(xié)議及4G無線上中移物聯(lián)的OneNET平臺，最終將信息推送到監(jiān)控業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺。

2.2.3 油機液位采集

油機液位采集模塊的核心功能在于精確獲取液位傳感器輸出的電壓信號，并通過精密的轉(zhuǎn)換算法，實現(xiàn)電信號向?qū)嶋H液位讀數(shù)的無損映射，確保了測量結(jié)果的高保真度與準(zhǔn)確性。鑒于油機油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計常呈現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)異形特征，直接從傳感器獲取的原始液位信息須經(jīng)由平臺側(cè)的高級算法模型進(jìn)行深度學(xué)習(xí)與迭代優(yōu)化，旨在準(zhǔn)確估算出油箱內(nèi)的實際存油量，為后續(xù)的油料管理與維護(hù)決策提供堅實的數(shù)據(jù)支持。

2.2.4 油機發(fā)電參數(shù)采集模塊

油機發(fā)電參數(shù)采集模塊主要采用鉅泉光電科技生產(chǎn)的7038型計量集成電路作為核心元件。該模塊主要負(fù)責(zé)采集油機發(fā)電過程中的一系列關(guān)鍵指標(biāo)，如電壓、電流強度、頻率及累計發(fā)電量等。通過SPI串口接口接入監(jiān)控核心模塊，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝耘c實時性。

2.2.5 市電檢測及RF發(fā)射模塊

油機發(fā)電作業(yè)過程中，確保對外市電恢復(fù)供電進(jìn)行實時、準(zhǔn)確地監(jiān)測，并及時終止油機運行，以縮減不必要的發(fā)電開支，是提高能源利用效率與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

在基站油機切換箱市電輸入端，油機市電狀態(tài)智能判別裝置通過采集市電電壓，經(jīng)數(shù)據(jù)分析后通過RF433射頻無線模塊將市電狀態(tài)（有電/無電）信息無線發(fā)射到油機監(jiān)控主機配對的RF433射頻無線接收模塊，實現(xiàn)近端或遠(yuǎn)端供電的外市電供電狀態(tài)的實時準(zhǔn)確的監(jiān)測。油機切換箱市電狀態(tài)采集原理如圖4所示。

2.2.6 4G無線+北斗定位模塊

該模塊采用高性能的移遠(yuǎn)EC200 4G通信與北斗定位一體化模塊，集成了強大的無線通信與高精度定位功能。它能夠高效地收集油機運行的各類數(shù)據(jù)，并同步獲取北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的精確經(jīng)緯度信息，利用成熟的4G無線傳輸技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)實時傳送至中國移動物聯(lián)網(wǎng)OneNET平臺。4G無線+北斗定位模塊原理如圖5所示。

3 系統(tǒng)應(yīng)用案例

為了驗證該系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，在移動通信運營商的基站中進(jìn)行了部署和測試。經(jīng)過一段時間的運行，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可靠性。

首先，通過該系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能，尤其是在基站市電中斷緊急情況下，運營商可以通過該系統(tǒng)對基站油機進(jìn)行及時的遠(yuǎn)程調(diào)度與控制，確?；镜姆€(wěn)定運行，提高了服務(wù)質(zhì)量。

其次，該系統(tǒng)的實時監(jiān)控與預(yù)警機制，有助于運營商實時跟蹤油機的液位及油耗。當(dāng)油機液位降到報警值時，或者市電恢復(fù)供應(yīng)的瞬間，系統(tǒng)會及時上報系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理平臺，通知發(fā)電運維人員，確保運維的及時性，同時，能夠大幅度減少不必要的燃料消耗與相關(guān)費用支出。

最后，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化功能能夠幫助運營商更好地理解和管理基站油機的運行情況。通過對歷史數(shù)據(jù)的分析和自學(xué)習(xí)，運營商不僅可以優(yōu)化油箱液位的準(zhǔn)確度，還可以發(fā)現(xiàn)油機的使用規(guī)律和優(yōu)化空間，從而制定更加合理的維護(hù)計劃和管理策略。

4 結(jié)語

文章詳細(xì)介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站移動式油機無線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實踐。該系統(tǒng)通過雙電源供電設(shè)計、油機液位的創(chuàng)新設(shè)計、RF433射頻無線技術(shù)傳輸市電狀態(tài)、北斗定位與4G通信技術(shù)等，為運營商提供了全面、高效的基站移動式小油機遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理能力。實際應(yīng)用案例表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r追蹤油機的位置、油機的實時狀態(tài)及油耗等數(shù)據(jù)，為提升油機維護(hù)保養(yǎng)監(jiān)管、基站發(fā)電調(diào)度管理、發(fā)電保障等提供有力的數(shù)據(jù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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Design and implementation of wireless monitoring system for mobile oil enginebased on Internet of Things

Abstract： Based on the research project of Hangzhou Great Guangming Communication System Co.， Ltd.， this paper focuses on the limitations and deficiencies of the traditional base station mobile oil machine management mode， and designs and realizes a wireless monitoring system of base station mobile oil machine based on the Internet of Things. Through wireless communication technology， the system can track the location， fuel consumption， status and other data of the oil engine in real time， providing strong data support for improving the maintenance supervision， the power generation dispatching management of base station， the guarantee of base station power generation， and the refined degree of power generation cost control. Finally， the system is effective and practical.

Key words： Internet of Things; base station; oil machine monitoring; wireless communication technology