偏远地区基站供电系统可视化监控的探讨

仲进安，黎莲花，周红锴

一、传统视频监控设备的局限与改进方案

视频监控系统是终端采用视频摄像头，将图像通过有线网络实时传输至监控中心。虽然在交通、建筑、银行与商业等多个领域被广泛应用，但是在一些特殊场合其应用受到限制，其本身设计存在局限，因此需要根据特定应用场合对其进行改进。

目前偏远地区水文观测站、通信基站与广播站等各类基站广泛采用太阳能供电或风力供电，设备易遭破坏，出现故障不能及时发现，出现异常不能及时切断电源保护供电设施。偏远地区网络建设滞后，监控设备不宜采用有线网络传输。GPRS网络具有良好的接入局域网功能，可在恶劣环境下使用。通过GPRS网络实现监控系统终端与主机的通信。监控设备终端须增加传感器装置对供电设备所处的环境及其运行状态进行监测，以便及时发现故障，迅捷采取保护措施。单片机通过GPRS网络接入局域网与联网的P C机进行网络通信是一项可行的技术，但由于该技术存在信息传输速度慢与易受到干扰等缺点，在推广应用中受到一定的限制，但当应用场合对实时性要求不高时，GPRS网络技术是当今最为廉价的远程可视技术。

二、监测系统方案的设计

（一）监测系统总体结构设计

本文研究内容：以一台P C机为中央主机，建立一主多从的星形网络拓扑结构，从机设计选用价格低廉ARM单片机，配有视频头与各种传感器，建立远程可视化监控系统，可以采集各类信息利用GPRS网络传输到中央服务器。获取信息采用两种途径：一是利用视频头获取图像信息，实现可视化现场监视，诸如破坏供电设备违法行为、设备运行过程出现异常等等；二是利用各种传感器及时获取供电设备运行参数信息与气象环境信息，以便及时采取包括切断电各种保护措施，如图1。

（二）ARM单片机外围的接口设计

本系统终端采用LPC 2378单片机控制，LPC 2378单片机有丰富的接口资源与58K字节RAM存储空间。

首先要考虑LPC2378单片机与传感器的接口。传感器主要有两类，一类是将被测参数转换成模拟信息电信号输出，另一类转换成数字信号按特定协议与控制器进行串行通信。LPC2378单片机具有8个模拟口与普通GPIO口。对于模拟传感器，采用模拟通道与之接口，可接8个传感器。对于数字传感器，采用P0口低四位分别经过CD4051模拟开关的第3引脚与数字传感器对接，模拟开关可以实现数字信号的双向传输。由于数字传感器一般采用串行输入输出，一般情况数字接口不超过4位，定义P0.0为信息输出，P0.1为信息输入，P0.2为控制信号输出，P0.3为传感装置状态量输入。同样数字传感器与P 0.0连接引脚必须为信息输入端，与P 0.1连接引脚必须为信息输入端，传感器受P0.2引脚控制，传感器的请求信号是通过P0.3通知LPC 2378单片机。不同数字传感器用于串行通信的引脚数不同，串行通信协议不一样，因此应根据具体情况进行引脚连接。LPC2378单片机应编写GPIO口模拟串口编写的子程序，不同的数字传感器串行通信协议不一样，因而子程序也不一样。由于CD4051是八选一模拟开关，其八个输入输出通道对应于八个传感器或继电器，通道的切换控制信号由P 3口低三位发出。数字接口电路也可用于继电器控制及其状态监测，ARM单片机可通过控制继电保护电路，迅捷采取保护措施，如图2。

图1 监测系统结构示意图

图2 ARM单片机与传感装置连接示意图

另外要考虑LPC2378单片机与SIM900A模块的接口以及OV7670摄像头的接口，采用UART串口与SIM900A模块连接，并利用I 2C口读取O V 7670摄像头的图像信息。

三、新方案与使用要求的符合程度

基站供电系统的监控实时性要求并不高，在未发现异常的情况下可以不采用可视化监控方式。在如下情况才启动可视化监控：

第一，当热释电红外检测供电系统周围出现异常动静，不明生物体接近供电设备时启动可视化监控。

第二，当周围环境发生剧烈变化，诸如天气恶劣变化、周围出现森林大火以及地质灾害等等，启动可视化监控。

第三，当监测供电设备运行出现异常，启动可视化监控。

第四，当主机要求终端不间断返回图像数据。启动可视化监控。

图像采集速度约为0.1帧/秒，LPC2378单片机可以根据需要扩展存储空间用来暂存图像信息。当需要不间断记录现场图像信息时，单片机以每分钟内采集6帧图像速度暂存于外部存储器中，连续采集信息，直至储存空间存满。

基站需要监测以下几类参数：

1.环境参数诸如：温度、湿度、风力、水位以及振动等等。

2.电力设备参数诸如：欠压、过流、功率以及稳定性等等。

3.其他参数的监测诸如：热释电红外感应、地震或剧烈振动的感应以及供电电源剩余电量反馈等等。

供电系统以通道切换的方式读取传感器的参数，每隔一分钟轮流查询一次，通过查询可以监测到可能引起故障的隐患，并采取相应保护措施或向主机发送预警信号。

四、结 语

一般情况基站供电系统监控实时性要求较低，根据这一实际情况，并针对偏远地区基站供电系统，设计了一款新型可视化监控系统。由于系统采用普通联网电脑作为主机，比采用专用电脑作为主机降低了监控系统的成本。系统终端采用LPC 2378单片机进行信息采集与传输，这又进一步降低了成本。而目前很多监控设备终端是采用相对昂贵的摄像机与网络实现有线连接。

［1］高昊江，杨晟，张宜生，梁书云.恶劣环境下无线网络数据通信策略研究与应用［J］.计算机工程，2007，（5）.

［2］陈愚，吴旭光，苏冉，郝伟伟.车辆监控系统的GPRS网络通讯技术与实现［J］.国外电子测量技术，2011，（9）.

［3］曾浩，张褀，郑斯凯.基于STM32F407的图像远程采集终端［J］.工业控制计算机，2014，（11）.

［4］刘峰，张延.边远地区基站供电方案的解决与研究［J］.电源技术应用，2008，（1）.