1、 本 科 毕 业 设 计 基站空调节能控制系统监控模块的设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 我国目前随着各大通讯公司运营商的迅猛发展，通讯基站的数量也是与日俱增。通信基站有数量多、分布广的特点。在基站中为了让通 讯设备正常工作，基站内的温度和湿度必须控制在一个特定的范围内。以前为了达到这以环境条件，必须常年开空调来维持。这样的话必然会消耗大量的电能，对于我国目前能源紧缺的现状来说，这是一笔巨大的能源浪费，所以，为了有效的节约能源，提高能源的使用效率。设计一个通信基站节能控制系统是有重要的现实意义的。 本文主要分析了目前通信基站运
2、营现状，研究了基站耗电的主要设备构成、，提出了通信基站节能控制系统监控模块的构建方案。该方案主要是针对通信公司对通信基站节能，降低运营成本和节约能源而开发的温湿度自动智能控制系统。该系统是可 以实现智能监控基站室内环境温湿度的节能设备。该智能监控系统可以做到少人或无人看守的目的，而且还具备智能化防火、防盗、报警、节能等各种功能于一体，具备自动警情的检测和及时报告功能。本系统还有配备了自动断电和自诊断功能，有火情是能做出反应，自动切断电源和及时报警，增强了系统的安全性和可靠性。 本文的主要内容如下，第一章主要简述了该课题的背景和意义、国内基站节能这个领域的历史和现状以及本人的主要工作；第二章主要
3、是结合基站节能监控系统应具有的功能和设计原则，对系统总体方案的设计和阐述；第三章详细阐述了基站节能监控系 统的硬件设计；第四章介绍了设计的基站技能监控设备的实现；第五章对本文进行了总结。 关键词 ：基站节能；智能；自动化 II Abstract Communications of the current operator with the major rapid development ofcommunications is also increasing the number of base stations. The number of base stations are more wid
4、ely distributed features. In the base station communication equipment in order to work properly, base stations, the temperature and humidity must be controlled in a specific range. Before the environmental conditions in order to achieve this must be maintained year-round air conditioning. So will in
5、evitably consume large amounts of energy, for the status of our current energy shortage, this is a huge waste of energy, so, in order to effectively save energy, improve energy efficiency. Design of energy-saving control system for a communications base station has important practical significance.
6、This paper analyzes the current operational status of communication base stations, base station power consumption of the main equipment of the composition of proposed energy-saving control system for monitoring communication base station module construction program. The program is mainly directed ag
7、ainst the communications base station communications companies energy, reduce operating costs and energy conservation and the development of intelligent control system for automatic temperature and humidity. The system can monitor the base stations, intelligent indoor temperature and humidity of the
8、 energy-saving equipment. The intelligent control system can do little or no purpose guard, but also with intelligent fire, theft, alarm, energy and other functions into one, with automatic alarm detection and timely reporting. This system is also equipped with an automatic power-off and self-diagno
9、stic function, a fire is able to react automatically cut off power supply and timely warning, enhanced system security and reliability. The main contents are as follows, the first chapter outlines the background and significance of the subject, the domestic energy base history and current situation
10、in this area and my main work; the second chapter is a combination of energy-saving monitoring system should have the base station functionality and design Principle, the system design and describes the overall program; third chapter describes base station design of energy-saving control system hard
11、ware; fourth chapter describes the design of monitoring equipment to achieve the skills base; chapter a summary of this article. Key words: base station energy efficiency; intelligent; Automation III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题的背景和意义 . 1 1.2 通信基 站环境节能监控系统的历史、现状和发展 . 1 1.3 监控系统的组成 . 2 1.4 本文要解决的问题 . 2 第 2
12、 章 基站空调节能控制系统监控模块总体设计 . 4 2.1 总体设计方案 . 4 2.1.1 基站内部监控系统工作原理 . 4 2.1.2 设计所遵循的原则 . 5 2.1.3 设计所满足的要求 . 5 第 3 章 基站空调节能控制系统监控模块硬件设计 . 7 3.1 硬件构成 . 7 3.1.1 主控模块 . 7 3.1.2 电源模块 . 9 3.1.3 人机接口模块 . 11 3.1.4 开 关量采集及控制模块 . 12 3.1.5 传感器模块 . 14 3.1.6 火警探测模块 . 15 3.1.7 串口模块 . 16 3.1.8 A/D 采样模块 . 17 3.1.9 数据存储模块 .
13、 18 3.1.10 时钟模块 . 19 3.1.11 复位模块 . 19 3.2 硬件抗干扰措施 . 20 第 4 章 基站空调节能控制系统监控模块设备实现 . 21 4.1 安装说明 . 21 IV 4.2 功能特点 . 21 4.3 工业标准 . 21 结 论 . 23 参考文献 . 24 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 25 1 第 1 章 绪论 1.1 课题的背景和意义 在十一五的时候，我国政府就已经提出了 20%的节能目标，而在最近提出的十二五规划中，在转型升级提高产业核心竞争力中又提出了推动能源生产和利用方式变革。可以看出目前节能减排已经作为我国的一个基本国策，这将
14、成为我国的一项长期而重要的战略任务。必须加快调整经济结构、转变增长方式，不然资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济难以发展。温室气体的排放引起全球温室效应，早已受到国际社会的广泛关注了。加强节能减排工作已经成为刻不容缓的任务，也是防止全球温室效应的迫切需要。为此，提高全人类的节能和环保意识，倡导节能减排、低碳环保、合理消费的理念，对建设节约型社 会有着重要的意义。 目前，我国的各大通信公司的通讯基站的数量非常庞大。每个通讯基站内都放着精密的通讯设备，这些设备对环境的要求很高，需要恒温、恒湿、恒压、低粉尘等环境要求 21 。过去的基站一般是一个密闭的环境，主要是为了防止灰尘进入。温湿度的
15、调节主要是依靠空调常年运行来维持的，基站的放热源主要来自内部的通讯设备，由于是个密闭的环境，基站外部的天气环境对其影响较小。所以基站内部的空调必须全年 24 小时处于运行状态来调节基站内部的环境温湿度，这样不仅消耗大量的电能，而且也会 缩短空调的使用寿命，同时说明节能和降低运营成本的空间巨大。 近几年来，计算机技术的发展非常迅速，结合各行各业取得的众多成果，极大的推动了社会的发展。借助先进的计算机技术，通信技术，研发出一套自动化程度高、运行可靠、高效节能、使用和维护方便的基站节能监控设备正是本文要解决的问题。 本文采用新风冷却控制原理 3 ，基站的节能状况将得到极大的提升。同时通过无线 GPR
16、S模块或者有线以太网通讯模块，工作人员就可以在监控中心巡检各基站内部设备的运行情况，包括基站内部的温湿度、当前 空调运行状况、新风机的运行状态和通讯设备的运行情况等。当通讯基站内部某一设备出现故障时，故障信息就能够很快通过通信模块向监控中心进行报警，从而工作人员能够尽快得到故障信息并及时处理，保证基站设备处于良好运行状态 64 。该监控系统能够大大减轻工作人员的工作强度，降低人力物力和能源的消耗，即延长了空调的使用寿命，又达到了节能的目的，间接减少火力发电过程中消耗的煤炭和产生的环境污染和二氧化碳的排放，因而具有很高的经济价值和社会效益。 1.2 通信基站环境节能监控系统的历史、现 状和发展
17、在 80 年代末期，我国就已经开始了关于通信电源集中监控系统技术的研究，在 92 年的时候广州市电信局和邮电部门设计院合作并研究试验成功了广州长途枢纽楼通信集中监控系统。 96 年邮电部颁布了通信电源和空调集中监控系统技术，其中明确指出通信基站电源系统要实现集中监控的概念，并逐步实现少人看守或无人看守，并把通信电源的集中监控列为一个必不可少的部分，该文件引起了邮电部门的高度重视，并出现了国内外生产设备厂家、计算机工程公司、研究所和高等院校等相关机构协同邮电部门自身带头参与系统开发的局面。2 到目前为止，国内已 涌现出了大大小小 20多家公司分别研制出了相应的产品并投入运行。 2005年，信息产
18、业部又发布了通信局（站）电源空调及环境集中监控管理系统 YD/T1363-2005,该标准总结了近 10 年来的建设和应用的经验，对原来的暂行规定进行了增加和修订，内容更丰富，要求更明确 9 。 在通信基站中主要的耗电部件是通讯设备耗电和空调耗电。因此，基站的节能降耗可以从这两方面入手。基站通讯设备未来的发展趋势将向高集成度、多载频、全 IP 化、模块化、高效率数字功放，这些发展趋势可以让基 站的通讯设备更省电，发热量也更少。比如采用数字预失真技术，就可以提高功放的效率及提高功放的线性特性，减少基站通讯设备的发热。功放稳定性增强、集成度高，而且支持更宽的信号带宽。采用高集成度、低功耗的芯片，不
19、仅能降低基站内通讯设备占用的空间，减少体积，达到降低成本的目的，还能减少通讯设备的发热量，减轻空调的负担，从而达到节能的目的。 目前的通信设备的监控系统大多都是采用综合监控技术的，其智能化程度和可靠性都很高，在正常运行的过程中，无需人为干预。而且研究人员在监控系统中引入神经网络、模糊控制等现代控制技术以增强 其预告的准确性和可靠性。 1.3 监控系统的组成 监控系统的结构组成如图 1.1 所示，主要由监控中心，区域监控中心和现场监控单元组成 图 1.1 监控系统结构 现场监控单元是监控网络中最基本的单元，它的任务是主要负责监控对象的各种信息采集上传和上级命令的下达。接收来自监控对象的检测的信息
20、和警情信息，经过处理和综合后，按系统通信协议的要求向区域监控中心传输数据，基站接收来自各级区域监控中心下达的指令，以便各级区域监控中心实施对这些基站的监控。 区域监控中心通过 通信网络收集和处理基站单元节能监控系统送来的信息，将处理后的信息送到监控中心，同时监控下辖区域内基站通信设备的运行状况。 监控中心是整个监控系统的最高级，作为整个系统的中枢，他不仅直接监控处理整个本地通讯设备的运行，而且还要对监控数据做大量的统计、分析和管理工作，为监控中心决策提供依据。 1.4 本文要解决的问题 监控中心 区域 监控中心 区域监控中心 交换机房 基站 基站 交换机房 基站 基站 3 通信基站自建成之日起
21、，他就有很多的不完善的地方和设计缺陷，没有按照工程规范要求进行实施；诊断和组态等基本功能不完善，或是配置繁琐，文档不健全。 不过随着时间的推移，很多新技术渐渐涌现出来，不过在发展 过程中，也暴露出很多问题。监控系统的可靠性应该高于被监控设备，即监控系统的采用不应该影响被监控设备的正常工作，这是最明显和最基本的要求。但是，很多情况下监控系统会带来很多负面的影响。比如很多设备在没安装监控系统时可以正常的工作，一旦介入监控系统后设备反而不能正常工作了，甚至发生严重的损坏；是监控系统本身和通讯设备的寿命都大大缩短。而通信基站内部的各种设备是全天候运行的，而且通信企业的基站随业务的闲忙改变不大，因为我们
22、的电话一年四季 24 小时随时可能会打的，所以通讯设备也必须 24 小时运行，因此常年满负荷工作。 由于要考虑到隔热、隔湿、低粉尘的环境要求，机房又是全封闭的，机房的保温性也很好，就算在冬天，也需要开空调来降温，如果能充分利用外界环境来对基站内部的环境进行调节，这样就可以达到节能的目的，由于机房的跨度很大，既造成机房内温差分布不均，有进一步延长了空调压缩机的运行时间。进一步增加了能源的浪费。 对于上述问题，本文要解决的问题是让监控系统和通讯设备在功能上独立运作，互不干涉。设计一套能独立运行的基于微处理器的节能监控设备，该设备能充分利用外界环境来调节基站内部的温湿度环境，但又不能让外界的负面环境
23、影响基站内部 设备的正常工作。该设备要达到智能和自动化，在确保机房内部设备正常运行的前提下，达到有效降低机房内部温度的目的，并达到节能的目的。应用电子和自动控制技术来设计监控系统，可以使系统本身的结构简单、便于操作、易于维护和保养，还能降低设计成本，节能。本文设计的该系统是针对通讯公司基站节能，降低运营成本而设计的新型温控设备。通过传感器对室内环境的温度等因素进行实时监控，及时作出反应，采取相应的措施。合理利用基站室内外的温差形成冷热空气交换，通过主动进风和被动排风技术 18 依靠室 内正压环境来保持室内环境的清洁度，在保证基站内部通讯设备正常工作的前提下，达到降低室内温度的目的，并达到节能的
24、目的。4 第 2 章 基站空调节能控制系统监控模块 总体设计 2.1 总体设计方案 2.1.1 基站内部监控系统工作原理 基站节能监控系统主要由以下几部分组成：节能控制器、室内温度探测器、室外温度探测器、进排气系统、空调、火警探测器，室外温湿度探测器主要是用来检测室外温湿度的，如果室外的温度低于某个值，进排气系统就会启动，利用外界温度较低的空气来降低基站内部的温度减轻空调的负荷，降低耗电量。在新风节点状态下， 如果检测到室内湿度超标，则开启空调除湿功能，同时检测除湿效果，如果除湿效果不好就关闭新风节电，封锁进风口，防止下雨天大量潮湿空气进入基站室内，使基站室内湿度过高。这里的进气装置必须加装过
25、滤装置，防止粉尘进入基站内部。当基站室内温湿度超越界限，则开启跟踪检测功能。如果超过设定的有效的跟踪时间，室内的温湿度还是降不下来，就通过通信网络向监控中心报警。如果室外的温度高于某个值，那么进排气装置就会停止工作，完全依靠空调调节基站内部的温湿度。室内温湿度探测器主要是探测室内温湿度的，如果室内的温度低于某个值，那么空调就 会停止工作，反之空调启动。火警探测器的作用就是探测基站内部是否有火情，万一着火了，被探测器探测到后就会在第一时间切断基站内部的所有电源，（包括通信设备和监控系统）然后自动报警。 这些设备在功能上与通信设备完全独立，两者运行时不会相互干预。节能监控系统的正常运行不经可以让通
26、讯设备正常运行，还能达到节能的目的。节能控制器还会适时向监控中心上传基站内部的各种数据，让监控中心的工作人员了解基站内部各个设备的工作情况。 该基站环境监控系统的示意图如图所示。 5 图 2.1 节能通风系统工作示意图 2.1.2 设计所遵循的原 则 基站对环境要求非常特殊，必须满足恒温、恒湿、无粉尘等要求。因此节能监控系统必须满足以下原则： 1、保证机房安全。应用节能技术不能影响机房通信设备运行的安全，应保证机房通讯设备安全、稳定的运行，必须满足维护作业规范中规定的机房环境要求。 2、节能技术的可行性、高效性。节能技术有很多种，每种节能技术都有利有弊，实际中应该选择适合机房各种设备现状的、结
27、合实际的、可行的节能技术，以实现节能效率的最大化而又不影响通讯设备的正常运行。 3、满足环境需求。通信设备的组成采用了大量的集成电路及电子元件件，对工作的环境条 件都有很高的要求，否则会影响使用寿命和安全可靠性，因此，节能技术应该满足机房设备对温度、湿度、洁净度的要求。 4、评测机制切实可行性。采用节能技术后是否能够做到节能、可以节约多少能源都必须跟踪测 试以后要做出综合评估 ， 必须 有一套健全、可行、有效的评测机制。 5、具备监控网络的能力。提供监控接口，适应网络管理的要求。 2.1.3 设计所满足的要求 监控系统设备需要遵循以上原则外，还必须满足一下要求 7 ： 1、经济性要求：由于该设备是为实际工程需要设计的，所以必须考虑经济性 指标。整个系统必须具备较高的性价比，设计时不应该盲目追求高级复杂的方案，在满足各项指标的前提下，应尽量采用简单易行的方案，节省基站节能监控系统的设计成本。 2、可靠性要求：可靠性是监控系统稳定安全运行重要保证，也是通信设备能够正常安全
