基于WLAN的通信电源监控系统的设计

2015-06-28王兴国

电源技术 2015年10期

王兴国

(辽宁行政学院，辽宁沈阳 110161)

计算机网络、嵌入式、数据处理等技术的发展，为智能监控提供了强有力的技术支撑。而通信电源，作为通信网络的“心脏”，其安全性和可靠性直接影响着通信基站中设备的运行情况。因此，利用先进的技术构建智能化的通信电源监控系统，是保障通信顺利进行的重要举措。

通信电源的监控系统，必须具备以下几个功能：(1)对设备可以实现分散供电，并采用智能化集中管理；(2)系统可以实现遥感、遥测、遥视、遥控等功能，可以有效地进行故障诊断和定位，并远程发出操作命令，由现场执行机构进行操作；(3)电源运行数据可以实现实时采集，实时传送，同时还应具有一定的数据处理、存储、分析和辅助决策的能力。

通信电源监控系统发展至今，已经可以应用到实际的工作场合中，但是，还是存在着以下几个问题：(1)大多数的监控系统都是由电源厂家适配的，存在着与其他电源系统兼容性差的问题；(2)系统配置不够灵活，底层的数据采集的通信方式大多采用CAN 总线形式，一方面，不利于系统的变动和扩展；另一方面，也不能适应用户个性化的要求；(3)故障检测的可靠性不高，告警失误率高。

为了解决以上的问题，本文利用WLAN 来构建通信电源监控系统。该系统具有上下两层网络结构，中间由嵌入式系统来担任网关，形成了一个运行稳定可靠，配置灵活，通用性强、个性化设计简单方便的监控系统。

1 通信电源系统的组成及工作过程分析

通信局站主要分为分散式电源系统和集中式电源系统，具体结构如图1及图2所示。从图中可知，不论是哪种结构，通信电源系统都主要由交流配电单元、直流配电单元、整流模块、蓄电池组、油机发电机组组成。

通信电源系统的工作过程分为三种情况[1]：(1)市电正常，交流输入一部分经交流配电分配组机房照明、空调及各种交流负载，另一部分分配给整流模块，整流模块和各个蓄电池组的输出经直流配电单元分配后供给通信基站或交换机等通信设备使用。同时，监控单元实时监控交流输入、蓄电池、整流模块的状态；(2)市电异常，备用的油机发电机组开始工作，工作过程同市电输入的情况，提供给通信设备稳定的电能；(3)市电和油机发电机组同时出现异常，系统的在线备用蓄电池开始工作，供通信设备正常运行。

图1 分散式电源系统的组成

图2 集中式供电系统

2 系统整体设计

监控系统的主要功能是对通信电源的输入输出电压、输入输出电流、整流模块、蓄电池、环境参数等的运行数据，进行有效的实时数据采集，采集的数据进行处理后由系统进行状态判断，如果数据存在异常情况，就发出告警，并指挥相应的执行机构进行相应的操作，以保证系统的安全性和可靠性。因此，一个完整的通信电源系统应该包括以下几部分组成：数据采集模块、数据传输模块、数据处理及反馈模块。

数据采集模块：实现交流输入电压、直流输出电压、整流模块输入输出电压及电流、蓄电池电流、直流负载电流、蓄电池温度、环境温度等数据的采集。在本设计，每个采集点都安装有ZigBee 节点，节点采用CC2533，节点之间采用星形结构，每个节点上安有各种传感器，数据同每个节点采集后传至星形网中间的ZigBee 协调器中。

数据传输模块：该模块主要利用了WLAN 网来构建数据通信层。本设计的数据通信采用的是双层通信结构。上层由WLAN 构成局域数据传输体系，数据传输速度快，可靠安全；下层由ZigBee 节点构造星形的WSN 网络，扩展性好，有利于个性化设点；两层的中间由嵌入式网关来连接，协调器通过串口连入网关，网关采用WLAN 模块来实现WLAN 网的数据协议的构建。

数据传输模块的主要的功能是上下行数据的处理。上行数据就是协调器把从ZigBee 节点传送来的底层的采集数据通过网关及WLAN 网络上传至数据处理中心，以供处理中心进行数据分析；下行数据就是处理中心所产生的控制命令，通过网关下达至各控制节点，以便实现对各个电源模块的控制。

数据处理及反馈模块：该模块的主要任务是对采集来的数据进行相应的处理、汇总、分析，并依据相应的处理结果下达执行命令。

3 WLAN网络功能设计

WLAN 的功能选用了TI 公司的无线网卡模块TNET1100B 来构建符合IEEE802.11b 的无线信号收发功能。TNET1100B 主要由射频信号处理单元、基带信号处理单元、中间接入控制单元以及嵌入式CPU、RAM、硬件接口、时钟管理模块等多个部分组成，具体结构如图3所示[2]。

图3 TNET1100B功能框图

在本设计中，网关将基于ZigBee2007 协议的底层数据转换成支持IEEE802.11b 标准协议的数据，实现在WLAN 网络中进行传输，而传输速度可以根据需要设置为1 Mb/s 或2 Mb/s；射频处理单元用来完成无线信号的接收和发送，TNET1100B 中的射频模块具有功率控制功能，可以有效地提高数据的处理和传输增益。