基于GSM和LPC2138的基站监控模块的设计

基站动力及环境集中监控系统针对基站电源设备、空调设备和基站的环境参量等对象，利用软件技术和相应的检测设备、控制设备等实现对监控对象的数据的采集、传输、处理等过程的管理，将移动通信维护管理部门关心的问题综合在一起进行处理，解决了基站设备维护中的一些实际问题，降低了基站系统的运行成本，提高了移动通信系统运行的可靠性及服务质量。而现行系统是将监控对象的数据发送到地级监控中心后再进行综合处理，如果有告警则由值班员通知相应人员处理。这样不仅仅增加了监控中心的工作压力，也延长了对警情的反映时间。为了改善这种情况，我们提高监控模块的性能，监控模块在采集数据的同时处理告警信息。

本文中我们采用LPC2138作为监控模块的主控芯片，将采集到的报警信号先做处理，把告警信息通过GSM模块通知有关人员，报警处理完毕后，将处理结果发送至监控中心备案，从而保证了报警的及时性，缩短了维护时间，加强了系统的可靠性。

1 硬件设计

1.1 功能描述

监控系统的总体框架。系统由监控模块、通信前置机和监控中心等部分组成。动力设备参量及环境参量由监控模块进行采集，然后传至通信前置机汇总，再传至监控中心。

1.2 监控模块硬件设计

监控模块的结构框图如图2所示。监控模块选择菲利普公司的LPC2138作为MCU。LPC2138微控制器是基于一个支持实时仿真利嵌入式跟踪的16／32位ARM7TDMI-S CPU，并带有512kB嵌入的高速Flash存储器。通过片内boot装载程序实现在系统编程／在应用编程(ISP／IAP)。128位宽度接口／加速器可实现高达60MHz作频率，使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制，应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30％，而性能的损失却很小。 较小的封装和很低的功耗使LPC2138特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；CP由于内置了宽范围的串行通信接口和32kB的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个串行接口，包括2个16C550 工业标准UART、2个高速IIC总线(400kbit／s)、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。多个32位定时器、2个10位8路的ADC、1个10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用系统。

表征各种动力设备和环境参量的传感器的输出信号经过预处理输出一系列的模拟信号和开关信号。模拟量经过LPC2138自带的A／D转换口输入到MCU，开关量通过I／O口输入剑MCU，然后MCU进行数据处理和告警识别。根据不同的警情，通过GSM模块发送维护短信通知相应的维护人员，信息包括基站识别号、告警类型及属性值、告警时间等。警情处理结束后，将告警信息和警情处理情况存储后发送至监控中心备案。

其中一个UART端口与GSM通信模块相连接，一个端口通过RS232将调制解调器和通信前置机相连接。MCU带有512kB嵌入的高速Flash存储器，用来存储系统参数和系统告警记录，告警记录包括告警时间、告警名称和种类、告警值、警情的处理情况、告警结束时间，告警记录满时自动覆盖以前的记录。告警信号则经过处理后和处理结果一起先保存在Flash存储器后发送至通信前置机。为了便于维护人员对监控模块进行现场查询及发置，我们设计了灵活的人机接口，维护人员可以通过键盘和LCD器件查询和设置监控模块参数。

1.3 空调的控制

监控模块对空调的控制可有多种方式，由于无线方式受到的干扰比较大，所以在这里我们采用硬件驱动方式由监控模块控制对空调进行轮换。空调轮换的时间和温度告警的上下限可以调节。临控模块采集的温度是基站内部的环境温度。空调可以被监控中心进行远程控制，监控中心的控制信号的优先级要高于监控模块的优先级。

1.4 GSM通信模块

GSM通信模块我们采用西门子公司的TC35。TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。模块的工作电压为3.3-5.5v，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。模块有AT命令集接口，支持和PDU模式的短消息，TEXT文本仅支持英文，我们采用PDU模式。

根据系统的通信协议信息的发送是以发送数据帧为主要方式，一个完整的数据帧包括起始标志单元、命令单元、CRC校验单元、结束标志单元等四部分。采用PDU模式时，一个数据帧能够包含140个字节(70个汉字)的数据量，中文字符按照UNICODE进行编码。发送数据时其格式为：服务中心地址／PDU类型／接收主地址／协议识别码／数据译码方案／有效周期／用户数据长度／用户数据；接收数据时其格式为：服务中心地址／PDU类型发信方地址／协议识别码／数据译码方案／服务中心收到消息的时间／用户数据长度／用户数据。在软件设计时根据PDU数据格式编写相应的AT命令，即可实现短信息的收发。

2 监控模块的软件设计

在设计监控模块软件时，采用模块化设计。具体的说分为监控、告警、查询、设置四部分。对于监控模块和告警模块，在其数据处理上采用一点多采去极值求平均法，即我们对一个检测点采集多个值去掉最大值和最小值然后求平均，这个平均值就作为该点的数据值。这样可以消除突发脉冲干扰，降低随机噪声的干扰，从而进一步提高了系统的抗干扰性能和稳定性。监控模块的主程序流程。

程序初始化为上电初始化，首先清空内部RAM；内部RAM读入的属性值包括：各通道的属性值、空调的设置值、市电的设置值、蓄电池组输出电压的设置值、温湿度设置值、人员入侵和盗警的设置值、信息服务中心号码、基站相关维护人员号码、系统时间等。监控主要是将采集到的系统信息发送至监控中心，并且执行来自监控中心的远程控制命令；告警模块主要是对告警信息做出反应，针对不同的告警信息做出相应的处理；查询模块和设置模块是基站例行巡检时供巡检人员查询和设置系统信息时使用，采用中断模式。

系统的警情可以分为动力设备告警和环境参量告警。动力设备告警包括设备故障告警和市电停电告警，对于设备故障告警，需将警情通过GSM模块发维护短信息给技术人员；而市电停电告警，首先采用蓄电池组提供动力，由于蓄电池组不能长时间的给通信设备提供动力，而且它的输出电压会随着蓄电池组电量的减少而降低，而且当其电量减少到一定程度时其减少速度会猛然加快，所以如果当蓄电池组的输出电压到一个特定值的时候且市电没有恢复，则通过GSM模块通知基站负责人去发电；如果基站内部配备发电机，市电停电时就启动发电机发电，市电恢复时关闭，若发电机出现故障，则发送相应的维护信息给基站负责人。

环境参量告警包括门磁、红外、烟雾、水淹、温湿度等环境参量的告警。在基站门的内侧安装一个被动红外传感器，在处理门磁和红外传感器的信号时，我们采用只采集一次的方案，如果同时有门磁告警和红外告警我们判定为人员入侵或者为盗警，这时启动声光报警，并发信息给基站负责人，同时上报监控中心；如果检测到烟雾告警和水淹告警，警情确认后发信息给基站负责人让其去处理；而有温湿度告警，则开启空调，同时将警情上报至监控中心，如果在较长时间内警情还没消除，则启动空调轮换程序。监控中心也可根据具体情况远程控制空调。如果在市电停电期间出现温湿度告警，则发相应的短信息给基站负责人，并上报监控中心备案。

3 结束语

该监控模块实现了主管部门对基站的设备和环境参量的集中监控，能够实时监控设备的运行状态，及时的发现故障并快速的排除，能够记录和存储相关的重要数据，实现了集成化、智能化、网络化的集中监控，节约了人力资源成本，实现了基站的无人值守，提高了动力设备、通信设备运行的可靠性，从而降低了基站系统的运行成本，提高了移动通信系统运行的可靠性及服务质量．