杜寒伟
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邢台鼎轩通信工程有限公司
摘要：目前通信机站机房的动环监控依赖于主设备提供的外部开关接口实现，由于开关接口固有的局限性，无法对机房的动力环境状态作一个详细的监测，由此带来诸如停电信息不准、油机发电浪费、电池电量利用不充分的问题，进而引起通信基站的阻断，影响正常通信，特别是对偏远山区的通信基站带来严峻的挑战。文章设计制作了一个低成本的可远程实时查询基站动环详细参数的系统，通过该系统，维护人员无需上站手动检查动换参数，只需通过短信就能实时了解详细参数，节省大量维护成本，保障通信
关键词：低成本；通信基站；动环
1 系统整体构架
本系统主要实现的功能为：单体电池电压测量，直流电压测量，直流电流测量，机房温度、湿度、烟雾等环境因素测量等功能。维护人员可以通过短信方式实时核查相关信息。系统主要包括硬件部分和软件部分。考虑到通信机房电源系统的特殊性，通常机房存在 3个参考地系统，一是-48V 的电池系统，二是市电的 220V系统，三是控制器弱电处理电路参考系统。为了增强系统的稳定性和安全性，需要将这三个部分的参考系统进行电路隔离，经过隔离后，弱电检测电路将处于相对安全稳定的参考地系统，保障设备安全和操作人员安全。
2 硬件设计
整个硬件系统分为电池检测电路、交流检测电路、温湿度等环境参量检测电路、短信收发电路和 MCU 控制电路。通常基站的备用电池有两组，每组 24 节单体电池串联，实现-48V电压对主设备供电，因此设计了两组电池监控接口。基站的交流供电系统分为市电三相供电和备用三相油机供电，有些负荷比较小的基站也采用单相供电，为了兼容各种基站供电类型，设计了六路单相交流检测电路。温度、湿度、烟雾等采用传统的电阻式传感器，通过 ADC 采样，实现精确测量。
2.1 电池组检测电路
电池组检测电路主要采用LTC6802-1 检测芯片，该芯片可以同时监控 12 个单体电池，机房的电池组为 24 个单体电池串联，因此，需要两片 LTC6802 芯片串联以检测 24 个单体电池电压。LTC6802 可以串联使用，最高支持 60V 的共模电压，机房的电池在均充状态下电压为 56.4V，浮充状态下 54V，均小于 60V，因此，可以采用该芯片进行检测。LTC6802-1 通过光耦与 MCU 进行通信，光耦芯片选择6N137 高速光耦。LTC6802-1 芯片和 6N137 光耦的供电电源芯片采用隔离的 DC/DC5V 转 5V 电源模块，该电源模块的电源输入端为 MCU 弱电系统中的 5V 电源，这样就可以实现电池检测电路与 MCU 控制电路的隔离和数据交互。
2.2 交流电压检测
电路市电电压传感器采用电压互感器，将市电电压转换为电流信号；选择器件型号为精密互感器电流型DL-PT202D，电流比例为 2mA：2mA，耐压 220V。该器件互感电流信号在 0~2mA之间，采用OP07 运算放大器进行小信号处理，将 0~2mA的电流信号转换为 0~4V 的交流电压信号，经过半波滤波器整流，变换为 0~4V 的直流信号；再通过模拟开关电路（芯片型号CD4051）和采样保持电路（芯片型号 LF398）接入 ADC（运用MCU 内集成的片上 ADC）；最后在 MCU 中运算，并换算成交流电压值。采用两级放大电路，为了获得高的输入阻抗，第一级采用同相放大器，每一级放大 2 倍，第二级放大电路还起到半波整流和滤波电路。
通常通信基站电压为三相交流市电，有些基站还配置有三相油机备用电源，因此一共六路单相交流电压信号经过CD4051 模拟开关选择后输入ADC 采样，MCU 采用轮询的方式对六路交流电压信号进行采样处理，通过模拟开关电路还可以预留两个通道实现机房诸如湿度、烟雾等参量的采集，温度传感器采用 MCU 片内集成的温度传感器。
2.3 短信收发模块电路系统采用华为 MC323-A 短信收发模块。根据MC323-A的数据手册，模块需要的电源电压为 3.8V，电流大于 1.5A，数字电路部分电源需要 1.8V，由于MCU采用的是 5V 电平，因此，MCU 与 MC323-A 通信端口均需要通过三极管进行电平转换，确保电路的安全稳定运行，为防止外部干扰对控制信号电平的影响，在 MC323-A 的控制信号端口处均设计 10nF 滤波电容。
2.4 MCU 控制与辅助电路
MCU控制电路采用STC15F2K60S2 单片机为处理器，该处理器最高支持 35MHZ的单时钟周期低功耗芯片，片上集成10 位高速 ADC，无需外接专用 ADC 芯片，节省成本，MCU 核心电路方案成熟，可根据数据手册设计最小系统电路。
辅助电路包括串口电路和 LCD 显示电路。串口电路实现两个功能，一是对MCU芯片进行程序下载，另一个是MCU通过串口芯片与短信收发模块进行数据交互，串口芯片选择为 MAX3232，该芯片为 3.3V 供电系统，而短信收发模块的串口工作电平为 3.0V系统，为了实现简单实用的电平转换，二则之间直接通过 330 欧母电阻连接，实际测试电路工作稳定。LCD 采用 LCD12864，实时显示各项指标值，维护人员达到基站后，可以直接观察动环指标，无需手动测量。
结语
根据设计，制作了硬件电路板，维护人员通过短信发送查询A组电池电压值命令后，接收到直流电压值和单体电压值，根据单体电压值，维护人员就可以判断电池电压是否正常，是否存在落后电池，进而采取相应措施。本系统已经在山区多个偏远基站安装运用，运行稳定，方便快捷，成本低廉，大量减少了维护人员的时间成本和运维成本，值得推广。
参考文献：[1] 韩啸.动环监控系统告警清理解决方案[J].电信技术, 2014
.[2] 谢向前,杨晓川. 基于 GPRS 的智能通信基站电池监控系统的研究与应用[J].雷达与对抗,2017