CAN总线的通信电源动环监控系统研究范文

摘要：

阐述了通信机房及基站动环监控系统的基本构成和工作原理，并在此基础上设计了基于CAN总线及嵌入式系统的通信电源动环监控系统。经运行实验证明，该系统运行稳定、数据传输可靠、告警信息准确，为通信设备的安全高效运行提供了坚实的保障。

关键词：

通信机房；动环监控；CAN总线

随着我国通信事业的快速发展，通信行业也由过去的一家独大改变为三家主要运营商竞争的局面。而在这一场竞争中，通信网络的运行就成为了取胜的关键。对于三家运营商来说，无一例外地选择了逐步扩大通信网覆盖面积，增加通信局(站)的方法来提高竞争力，这样就产生了众多的分布广泛的通信局(站)，这些局(站)中有小型的通信机房、移动基站、接入网、固话模块局、光缆中继站等。面对数量众多、站址分散的通信局(站)，单纯依靠传统的人工轮巡维护方式已经无法满足高质量维护的需求。通信网络规模的扩大给网络的安全运营带来了困难，而要保证各种通信设备长期安全、稳定、不间断地运行，就要依赖于良好的动环系统。通信机房或基站的动环系统主要包括两部分内容：一部分是通信电源，即通信设备运行的“心脏”，是通信网络正常运行的首要前提；另一部分就是通信机房或基站的运行环境，主要的设备是空调系统，这也是保障通信系统正常运行的关键。为了保障这两部分设备不间断地安全运行，就必须研究如何及时准确地获得通信电源及空调等设备的运行状态，而要想达到此目的所使用的方法就是通信机房(基站)动态监控系统[1]。通信机房(基站)的动环监控系统全称是动力环境监控系统，是指利用一定的技术手段，对各类机房中的动力设备及环境变量进行集中监控，以便及时发现故障，并采取相应的措施进行处理的实时运行系统。动环监控系统的应用，可以大大提高维护质量，减轻工作量，成为动力维护一种必要而且有效的手段。

1动环监控系统工作原理

动环监控管理就是对构成通信电源及环境参量的设备，利用遥感、遥调、遥控等技术进行集中调度、监控、分析和数据处理的过程。目前，动环监测最主要的目标是实现管理控制的智能化功能，而智能化的前提是计算机、通信、自动控制等技术的应用。具体的过程是利用各种数据采集及执行机构构成前端机系统，将采集好的数据送入嵌入式数据融合中心，同时在该中心将融合后的数据通过通信网络发送出去，由上层集中控制中心对数据进行统计、分析、处理，从而形成设备运行状态的汇总报告，实现设备参数数据的显示、自动抄录、自动告警、智能分析等功能。如图1所示，一个完整的动环监控系统需要包括几个部分：(1)前端机系统前端机系统所承担的主要任务是数据的采集。在动环系统中，一部分设备本身没有数据采集功能，这一部分设备的温度、湿度、电压、电流、水、烟雾等信息需要配备相应的传感器来完成数据的采集工作；而另一部分设备是本身就带有信息的采集和传递的，例如开关电源或UPS等，这一部分的采集由集成系统来完成。同时前端机系统还要完成接受并执行来自上层的操作指令的功能。(2)数据的融合及传输前端机所传送过来的数据，在格式等各方面都存在着差异性，为了数据传输和处理的方便，在系统的前端机终端，设置一个以嵌入式系统为主体的数据融合中心，进行数据的初步处理工作。同时，嵌入式系统还承担着系统通信网关的作用，前端机系统中的采集信号采用的数据传输技术是短距离通信技术，本设计选用的是CAN现场总线技术，而进行数字信号长距离传输的通信方式可以采用各种通信网来实现，这两种通信方式之间的数据传递协议是不同的，所以需要嵌入式网关来进行协议的转换和路由的设定。(3)远程监控中心智能化处理或人工远程监控需要一个远程的监控中心，这个中心将下位机传送上来的数据转换为具有一定含义的数学表征，例如具体的数字、图像、曲线、报表等，这些数学表征一方面供人机交互查看和控制，另一方面也是系统进行智能化分析的基础。监控中心将各种采集数据存储在数据库的服务器中，并与各种设备的标称工作阈值进行对比分析，就可以判断出当前设备的运行状态，从而下达控制指令。

2基于嵌入式系统的CAN总线通信方式设计

CAN(ControllerAreaNetwork)的全称是控制器局域网络，是ISO国际标准化的串行通信协议，具有较高的通信性能和可靠性，尤其适用于数据类型及可靠性不尽相同的场合，是目前广泛应用于汽车工业、医疗设备、计算机控制等领域计算机局域网技术[2]。CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，在可靠性、实时性和灵活性方面比其他串口通信方式具有明显的优势，特别是网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，提高了数据的发送效率，而且在通信过程中实现了对通信数据编码，实现了不同的节点可以同时接收到相同的数据，从而提高了系统的可靠性和灵活性，也保证了实时性。在本设计中，前端机的节点采用CAN的通信方式，CAN控制器选用SJA1000来完成，而收发器选用PCA82C250，加上前端所设置的数据采集传感器，构成了一个系统前端通信系统。为了提高系统采集数据的准确性，在SJA1000控制器前增加了信号调整电路，电路由滤波电路和信号放大电路组成。此外，为了能顺利地接收信号，总线末端连接两个120Ω的电阻来消除反射。同时总线与地各自并联一个30pF的小电容，用来防电磁辐射和抗高频干扰。具体系统结构框架如图2所示。CAN总线与嵌入式系统利用串口相连接。在本设计中，嵌入式系统具有两个作用：一个作用是对采集来的数据进行融合服务，以便使上传的数据具有统一的格式；另一个作用是起到网关的作用。由于本设计CAN总线控制器采用的是SJA1000，所以选用CAN2.0B作为CAN总线的协议规范，而上层通信采用的是以太网，所遵训的协议是TCP/IP协议，所以数据传输格式存在很大的不同，这时就需要嵌入式网关进行协议转换。网关上的Socket是实现协议转换功能的关键，本设计在嵌入式网关中利用Java语言编写了Socket创建程序。创建好Socket后，网关与CAN总线之间就可以进行数据通信了。这时CAN总线中的数据可以顺利地由底层经网关，再通过以太网传送至上层的监控中心，从而实现了数据的实时监控。

3总结

通信电源动环监控系统是通信网络可靠运行的保障。过去的监控系统都是利用DCS(集散控制系统)及单片机来实现其功能，实时性差，且功能简单。本文利用CAN总线及嵌入式网关实现了通信动环监控系统的设计，使设计既具有CAN实时性强、稳定性高的优点，同时也具有了嵌入式系统强大的数据处理能力，为通信电源的动环监控系统的开发提供了新的思路。

参考文献：

[1]王坚.动力环境集中监控系统及节能管理设计[D]．成都：西南交通大学，2013：6-9.

[2]张弘.基于CAN总线的信号采集与处理模块研究[D]．南京：南京航空航天大学，2007：17-19.

作者：李雅丽 张晓博 马媛 康丽杰 单位：石家庄信息工程职业学院