基于DSP的通信电源监控系统的研究

2016-04-05张晓博康丽杰

电源技术 2016年6期

关键词：底层总线基站

李慧，马媛，张晓博，康丽杰

(石家庄信息工程职业学院通信工程系，河北石家庄050035)

基于DSP的通信电源监控系统的研究

李慧，马媛，张晓博，康丽杰

(石家庄信息工程职业学院通信工程系，河北石家庄050035)

利用数字信号处理器(DSP)设计了通信电源监控系统。该系统选用TMS320LF2407为系统微处理器，SA9904B作为电量的测量芯片，S3C6410作为网关，形成了通信基站电源系统运行测量模块。经实际测试，该系统具有可靠性强、响应速度快、维护方便的优点。

通信电源；测控单元；DSP；SA9904B

通信电源是通信系统的一个重要组成部分，常被称为通信系统的“心脏”，其运行的可靠性是通信系统正常工作的前提。通信系统70%的故障都来自于通信电源的故障，因此，采取一定的技术手段保证通信电源运行的安全性具有重要的意义。

通信电源的监控是实现其安全运行的方法之一。目前大多数通信基站内均设有动环监控系统。系统以单片机为主要控制芯片，传感器与继电器为数据采集和执行机构，小流量卡为通信方式。这种方式成本低，易于实现，但是对于规模稍大的通信电源系统，其数据的采集、传输、处理能力就会显出缺陷来，因此，有必要采用先进的技术手段对其进行改造。

近几年来，数字信号处理器(DSP)技术发展迅速。DSP以运行速度快、功耗低和集成度高的优势在军事、航天、自动控制等领域得到了长足发展。与单片机相比，DSP采用改进的哈佛结构、高速的硬件乘法器及多级流水线，使DSP具有很强的处理能力[1]。本文利用DSP芯片设计了通信电源系统测量模块，利用CAN总线和无线传感网设计了底层通信系统，改善了监控系统的性能。

1 监控系统整体功能设计

现代通信基站中的设备大多数采用-48 V直流供电，而与此相关连的电源主要包括直流供电系统、交流供电系统和接地系统三部分。其中直流供电系统的主要任务是向各类通信设备、逆变器和直流变换器提供合适的直流电压，允许变化范围为-40～-57 V；交流供电系统是利用市电、备用油机发电机组向通信逆变器和一部分交流设备或UPS提供的低压交流电源；接地系统的主要任务是确保通信设备与人身的安全，提高通信质量。同时，随着电力电子技术的发展，一些微电子技术也逐渐应用到通信基站当中，这些芯片大多采用+3.3、+5、+12 V等低压供电，为保证它们的安全运行，电源内的逆变器种类和整流器的数量大大增加，这也给监控带来了一定的难度。

图1 采用集中供电方式时电源系统的组成

通信电源分为集中供电和分散供电两种方式，图1[1]所示为集中供电，图2[1]所示为分散供电，从图中可知两种供电方式设备大体相同，但组成结构不同，因此，对于监控系统来说，主体监控方式可以采取相同的模式，但是底层的通信就需要有所差异。

两种供电方式都采用DSP芯片作为主控制器，集中供电方式只设置一个即可，而分散式供电要根据相应的位置采用一个DSP主控+几个单片机分散控制的方式，电源的运行利用测量芯片经调理后传送至DSP或单片机中，并利用底层通信系统传送至通信网，进而传送至监控中心。

图2 采用分散供电方式时电源系统的组成

2 监控系统硬件设计

通信电源运行数据的采集主要依赖于下位机的硬件电路来完成。在本设计中，硬件的主体结构如图3所示，通信电源各设备的运行状态数据由电压及电流信号采集器进行采集后，送入电量测量芯片，本设计选用的电压和电流信号采集器是霍尔电流或电压传感器，电量测量芯片是SA9904B。为了使采集的数据能够顺利送入SA9904B中进行电能的测量，在传感器和SA9904B中间增加信号调整电路，以保证所采集的数据处于电能测量的合理范围内。从电量测量模块中输出的信号传送至DSP芯片，进行信号的处理，在本设计中DSP采用TMS320LF2407，具有高性能和内部资源丰富的优点。采集信号通过DSP的计算后，得出初步的诊断结果，并将该结果及相应的采集数据传送至MCU中。MCU是底层数据通信的中心，也是底层是上层监控系统的连接纽带。本设计选用的MCU为S3C6410，其上已设置有相应的CAN总线接口和无线传感网的接口模块，分别适用于集中供电方式和分散供电方式。同时，在S3C6410上设置显示器、键盘和上层通信接口，以便进行现场控制并与上层通信。

图3 底层硬件结构

3 监控系统通信设计

由于通信基站的电源形式分为两种，一种为集中式，一种为分散式，所以底层的通信也采用了两种方式，一种是现场总线形式，选用的是CAN总线；另一种是无线传感网方式，选用的ZigBee形式。

CAN总线与S3C6410之间设置了CAN收发器和光电隔离模块，CAN收发器选用PHILIPS公司生产的PCA82C250差动驱动器作为总线接口。光电隔离模块的设置可以提高系统的安全性和稳定性[2]。

以ZigBee为核心的无线传感网采用星形结构，协调器选用CC2530，利用RS232与S3C6410相连，通信协议栈选用2007，通信频率2.4 GHz。

S3C6410的主要作用有两个，一个是将底层的协议转换为上层通信协议，从这个作用来说，S3C6410就是底层通信和上层通信的网关；另一个作用是数据及控制命令的上传和下达，成为上层监控系统和底层硬件系统的纽带。

4 结论

本文利用DSP和ARM11两种芯片设计了基于集中式和分散式通信电源监控系统，两种系统的数据处理都集中在DSP芯片中，利用了DSP精度高、体积小、可靠性强的优点，底层通信依据电源总体结构的不同选用现场总线和无线传感网的方式，由ARM11作为嵌入式网关，并完成数据及控制命令上传和下达的作用。

[1]崔恒源.移动通信基站电源监控系统的设计及实现[D].长沙：湖南大学，2009：16-18.

[2]曲延滨，王建平.基于CAN总线和DSP的变电站监控系统[J].电力系统自动化，2003(12)：86-88.

Study on communication power supply monitoring system based on DSP

The communication power supply monitoring system was designed using digital signal processor(DSP).The TMS320LF2407 was selected as microprocessor,SA9904B as measurement chip and S3C6410 as the gateway for the system.So the operation measurement module of communication base station power system was formed.By actual test,the system has many advantages,such as high reliability,fast response speed and convenient maintenance.

communication power supply;measurement and control unit;DSP;SA9904B

TM 73

1002-087 X(2016)06-1300-02