CAN總線的通信電源動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)研究范文

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摘要：

闡述了通信機(jī)房及基站動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于can總線及嵌入式系統(tǒng)的通信電源動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸可靠、告警信息準(zhǔn)確，為通信設(shè)備的安全高效運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

關(guān)鍵詞：

通信機(jī)房；動環(huán)監(jiān)控；CAN總線

隨著我國通信事業(yè)的快速發(fā)展，通信行業(yè)也由過去的一家獨(dú)大改變?yōu)槿抑饕\(yùn)營商競爭的局面。而在這一場競爭中，通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行就成為了取勝的關(guān)鍵。對于三家運(yùn)營商來說，無一例外地選擇了逐步擴(kuò)大通信網(wǎng)覆蓋面積，增加通信局(站)的方法來提高競爭力，這樣就產(chǎn)生了眾多的分布廣泛的通信局(站)，這些局(站)中有小型的通信機(jī)房、移動基站、接入網(wǎng)、固話模塊局、光纜中繼站等。面對數(shù)量眾多、站址分散的通信局(站)，單純依靠傳統(tǒng)的人工輪巡維護(hù)方式已經(jīng)無法滿足高質(zhì)量維護(hù)的需求。通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大給網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)營帶來了困難，而要保證各種通信設(shè)備長期安全、穩(wěn)定、不間斷地運(yùn)行，就要依賴于良好的動環(huán)系統(tǒng)。通信機(jī)房或基站的動環(huán)系統(tǒng)主要包括兩部分內(nèi)容：一部分是通信電源，即通信設(shè)備運(yùn)行的“心臟”，是通信網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的首要前提；另一部分就是通信機(jī)房或基站的運(yùn)行環(huán)境，主要的設(shè)備是空調(diào)系統(tǒng)，這也是保障通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。為了保障這兩部分設(shè)備不間斷地安全運(yùn)行，就必須研究如何及時(shí)準(zhǔn)確地獲得通信電源及空調(diào)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而要想達(dá)到此目的所使用的方法就是通信機(jī)房(基站)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)[1]。通信機(jī)房(基站)的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)全稱是動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，是指利用一定的技術(shù)手段，對各類機(jī)房中的動力設(shè)備及環(huán)境變量進(jìn)行集中監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以大大提高維護(hù)質(zhì)量，減輕工作量，成為動力維護(hù)一種必要而且有效的手段。

1動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

動環(huán)監(jiān)控管理就是對構(gòu)成通信電源及環(huán)境參量的設(shè)備，利用遙感、遙調(diào)、遙控等技術(shù)進(jìn)行集中調(diào)度、監(jiān)控、分析和數(shù)據(jù)處理的過程。目前，動環(huán)監(jiān)測最主要的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)管理控制的智能化功能，而智能化的前提是計(jì)算機(jī)、通信、自動控制等技術(shù)的應(yīng)用。具體的過程是利用各種數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成前端機(jī)系統(tǒng)，將采集好的數(shù)據(jù)送入嵌入式數(shù)據(jù)融合中心，同時(shí)在該中心將融合后的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，由上層集中控制中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、處理，從而形成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的匯總報(bào)告，實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示、自動抄錄、自動告警、智能分析等功能。如圖1所示，一個完整的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)需要包括幾個部分：(1)前端機(jī)系統(tǒng)前端機(jī)系統(tǒng)所承擔(dān)的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)的采集。在動環(huán)系統(tǒng)中，一部分設(shè)備本身沒有數(shù)據(jù)采集功能，這一部分設(shè)備的溫度、濕度、電壓、電流、水、煙霧等信息需要配備相應(yīng)的傳感器來完成數(shù)據(jù)的采集工作；而另一部分設(shè)備是本身就帶有信息的采集和傳遞的，例如開關(guān)電源或UPS等，這一部分的采集由集成系統(tǒng)來完成。同時(shí)前端機(jī)系統(tǒng)還要完成接受并執(zhí)行來自上層的操作指令的功能。(2)數(shù)據(jù)的融合及傳輸前端機(jī)所傳送過來的數(shù)據(jù)，在格式等各方面都存在著差異性，為了數(shù)據(jù)傳輸和處理的方便，在系統(tǒng)的前端機(jī)終端，設(shè)置一個以嵌入式系統(tǒng)為主體的數(shù)據(jù)融合中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理工作。同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)還承擔(dān)著系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)的作用，前端機(jī)系統(tǒng)中的采集信號采用的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是短距離通信技術(shù)，本設(shè)計(jì)選用的是CAN現(xiàn)場總線技術(shù)，而進(jìn)行數(shù)字信號長距離傳輸?shù)耐ㄐ欧绞娇梢圆捎酶鞣N通信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，這兩種通信方式之間的數(shù)據(jù)傳遞協(xié)議是不同的，所以需要嵌入式網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換和路由的設(shè)定。(3)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心智能化處理或人工遠(yuǎn)程監(jiān)控需要一個遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心，這個中心將下位機(jī)傳送上來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有一定含義的數(shù)學(xué)表征，例如具體的數(shù)字、圖像、曲線、報(bào)表等，這些數(shù)學(xué)表征一方面供人機(jī)交互查看和控制，另一方面也是系統(tǒng)進(jìn)行智能化分析的基礎(chǔ)。監(jiān)控中心將各種采集數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器中，并與各種設(shè)備的標(biāo)稱工作閾值進(jìn)行對比分析，就可以判斷出當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而下達(dá)控制指令。

2基于嵌入式系統(tǒng)的CAN總線通信方式設(shè)計(jì)

CAN(ControllerAreaNetwork)的全稱是控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，具有較高的通信性能和可靠性，尤其適用于數(shù)據(jù)類型及可靠性不盡相同的場合，是目前廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)[2]。CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，在可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性方面比其他串口通信方式具有明顯的優(yōu)勢，特別是網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的發(fā)送效率，而且在通信過程中實(shí)現(xiàn)了對通信數(shù)據(jù)編碼，實(shí)現(xiàn)了不同的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性，也保證了實(shí)時(shí)性。在本設(shè)計(jì)中，前端機(jī)的節(jié)點(diǎn)采用CAN的通信方式，CAN控制器選用SJA1000來完成，而收發(fā)器選用PCA82C250，加上前端所設(shè)置的數(shù)據(jù)采集傳感器，構(gòu)成了一個系統(tǒng)前端通信系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在SJA1000控制器前增加了信號調(diào)整電路，電路由濾波電路和信號放大電路組成。此外，為了能順利地接收信號，總線末端連接兩個120Ω的電阻來消除反射。同時(shí)總線與地各自并聯(lián)一個30pF的小電容，用來防電磁輻射和抗高頻干擾。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。CAN總線與嵌入式系統(tǒng)利用串口相連接。在本設(shè)計(jì)中，嵌入式系統(tǒng)具有兩個作用：一個作用是對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合服務(wù)，以便使上傳的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的格式；另一個作用是起到網(wǎng)關(guān)的作用。由于本設(shè)計(jì)CAN總線控制器采用的是SJA1000，所以選用CAN2.0B作為CAN總線的協(xié)議規(guī)范，而上層通信采用的是以太網(wǎng)，所遵訓(xùn)的協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，所以數(shù)據(jù)傳輸格式存在很大的不同，這時(shí)就需要嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)上的Socket是實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的關(guān)鍵，本設(shè)計(jì)在嵌入式網(wǎng)關(guān)中利用Java語言編寫了Socket創(chuàng)建程序。創(chuàng)建好Socket后，網(wǎng)關(guān)與CAN總線之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。這時(shí)CAN總線中的數(shù)據(jù)可以順利地由底層經(jīng)網(wǎng)關(guān)，再通過以太網(wǎng)傳送至上層的監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3總結(jié)

通信電源動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是通信網(wǎng)絡(luò)可靠運(yùn)行的保障。過去的監(jiān)控系統(tǒng)都是利用DCS(集散控制系統(tǒng))及單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能，實(shí)時(shí)性差，且功能簡單。本文利用CAN總線及嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了通信動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)既具有CAN實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有了嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，為通信電源的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]王堅(jiān).動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)及節(jié)能管理設(shè)計(jì)[D]．成都：西南交通大學(xué)，2013：6-9.

[2]張弘.基于CAN總線的信號采集與處理模塊研究[D]．南京：南京航空航天大學(xué)，2007：17-19.

作者：李雅麗 張曉博 馬媛 康麗杰 單位：石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院