偏遠地區基站供電係統可視化監控的探討
技術與應用
作者：仲進安 黎蓮花 周紅鍇
[摘 要] 文章針對偏遠地區各類基站供電係統，設計了一種新型的可視化遠程監控係統，以實現無人值守在線可靠監控。此係統主要用於供電設備的防盜、係統運行的安全保障以及故障遠程診斷。ARM微控製器對終端裝置進行控製，並通過GPRS網絡接入局域網與聯網的PC主機進行網絡通信，配有OV7670攝像頭與各種傳感器以獲取現場圖片與設備運行參數。該係統的設計在滿足應用要求的情況下，可降低設備成本，具有一定市場推廣價值。
[關鍵詞] 可視化； 供電係統；遠程監控
[作者簡介] 仲進安，桂林理工大學南寧分校電氣與電子工程係，研究方向：自動化儀表，廣西 南寧，530001；周紅鍇， 桂林理工大學南寧分校，廣西 南寧，530001； 黎蓮花，桂林電子科技大學，廣西 桂林，541004
[中圖分類號] TM755 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2015）05-0025-0002
一、傳統視頻監控設備的局限與改進方案
視頻監控係統是終端采用視頻攝像頭，將圖像通過有線網絡實時傳輸至監控中心。雖然在交通、建築、銀行與商業等多個領域被廣泛應用，但是在一些特殊場合其應用受到限製，其本身設計存在局限，因此需要根據特定應用場合對其進行改進。
目前偏遠地區水文觀測站、通信基站與廣播站等各類基站廣泛采用太陽能供電或風力供電，設備易遭破壞，出現故障不能及時發現，出現異常不能及時切斷電源保護供電設施。偏遠地區網絡建設滯後，監控設備不宜采用有線網絡傳輸。GPRS網絡具有良好的接入局域網功能，可在惡劣環境下使用。通過GPRS網絡實現監控係統終端與主機的通信。監控設備終端須增加傳感器裝置對供電設備所處的環境及其運行狀態進行監測，以便及時發現故障，迅捷采取保護措施。單片機通過GPRS網絡接入局域網與聯網的PC機進行網絡通信是一項可行的技術，但由於該技術存在信息傳輸速度慢與易受到幹擾等缺點，在推廣應用中受到一定的限製，但當應用場合對實時性要求不高時，GPRS網絡技術是當今最為廉價的遠程可視技術。
二、監測係統方案的設計
（一）監測係統總體結構設計
本文研究內容：以一台PC機為中央主機，建立一主多從的星形網絡拓撲結構，從機設計選用價格低廉ARM單片機，配有視頻頭與各種傳感器，建立遠程可視化監控係統，可以采集各類信息利用GPRS網絡傳輸到中央服務器。獲取信息采用兩種途徑：一是利用視頻頭獲取圖像信息，實現可視化現場監視，諸如破壞供電設備違法行為、設備運行過程出現異常等等；二是利用各種傳感器及時獲取供電設備運行參數信息與氣象環境信息，以便及時采取包括切斷電各種保護措施。
（二）ARM單片機外圍的接口設計
本係統終端采用LPC2378單片機控製，LPC2378單片機有豐富的接口資源與58K字節RAM存儲空間。
首先要考慮LPC2378單片機與傳感器的接口。傳感器主要有兩類，一類是將被測參數轉換成模擬信息電信號輸出，另一類轉換成數字信號按特定協議與控製器進行串行通信。LPC2378單片機具有8個模擬口與普通GPIO口。對於模擬傳感器，采用模擬通道與之接口，可接8個傳感器。對於數字傳感器，采用P0口低四位分別經過CD4051模擬開關的第3引腳與數字傳感器對接，模擬開關可以實現數字信號的雙向傳輸。由於數字傳感器一般采用串行輸入輸出，一般情況數字接口不超過4位，定義P0.0為信息輸出，P0.1為信息輸入，P0.2為控製信號輸出，P0.3為傳感裝置狀態量輸入。同樣數字傳感器與P0.0連接引腳必須為信息輸入端，與P0.1連接引腳必須為信息輸入端，傳感器受P0.2引腳控製，傳感器的請求信號是通過P0.3通知LPC2378單片機。不同數字傳感器用於串行通信的引腳數不同，串行通信協議不一樣，因此應根據具體情況進行引腳連接。LPC2378單片機應編寫GPIO口模擬串口編寫的子程序，不同的數字傳感器串行通信協議不一樣，因而子程序也不一樣。由於CD4051是八選一模擬開關，其八個輸入輸出通道對應於八個傳感器或繼電器，通道的切換控製信號由P3口低三位發出。數字接口電路也可用於繼電器控製及其狀態監測，ARM單片機可通過控製繼電保護電路，迅捷采取保護措施。