Nghiên cứu, thiết kế bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài cho tủ BTS Ericcsson

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ nghiªn cøu, thiÕt kÕ bé thu thËp xö lý c¶nh b¸o ngoµi cho tñ bts ericsson ĐÀM HẢI QUÂN Thái Nguyên 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT nghiªn cøu, thiÕt kÕ bé thu thËp xö lý c¶nh b¸o ngoµi cho tñ bts ericsson Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Học viên: Đàm Hải Quân Giáo viên hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh Hà Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Đàm Hải Quân Lớp: Cao học - K13 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành: CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thanh Hà HỌC VIÊN Đàm Hải Quân BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước đó. Thái Nguyên, ngày 12 tháng 1 năm 2013 Tác giả luận văn Đàm Hải Quân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giảng dạy và tôi đặc biệt muốn cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Đàm Hải Quân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội ngày nay cũng như tương lai gần sắp tới, thông tin di động luôn đóng một vai trò quan trọng và cần thiết. Với mạng di động GSM, bên cạnh các phần tử như MSC, BSC, VLR, HLR…thì trạm thu phát gôc (BTS) cũng là thành phần không thể thiếu. Một trạm BTS thông thường sẽ bao gồm nhiều thiết bị như thiết bị BTS, thiết bị nguồn, thiết bị truyền dẫn. Trong quá trình vận hành trạm BTS, bên cạnh việc đảm bảo thông tin thông suốt thì việc giám sát các thông số và trạng thái hoạt động của trạm cũng đóng một vai trò quan trọng. Các thông số này được gọi là các thông số cảnh báo ngoài. Khác với các trạm BTS thông thường của các hãng di động như Vinaphone, Mobifone, Viettel…, trạm BTS của hãng di động Vietnammobile phần lớn là các trạm đặt ngoài trời (trạm outdoor), sử dụng tủ thiết bị của hãng Ericsson. Việc giám sát các thông số cảnh báo ngoài của các trạm này tương đối đơn giản, tuy nhiên vấn đề đặt ra là hầu hết các thiết bị của trạm đều là thiết bị đồng bộ, không có thiết bị thay thế trên thị trường, khi xảy ra sự cố đều phụ thuộc vào nhà cung cấp. Với yêu cầu trên đây cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài " Nghiên cứu, thiết kế bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài cho tủ BTS Ericsson". Nội dung chính của luận văn bao gồm: Chương I: Tổng quan trạm BTS của Ericsson - Trình bày khái quát về trạm BTS nói chung tiếp đến phân tích đặc điểm của tủ BTS đang sử dụng trong mạng di động Vietnammobile. Cụ thể chương 1 phân tích đặc điểm các nguồn cảnh báo ngoài của tủ BTS 2216 loại ABA 01. Trên cơ sở đó đề xuất thiết kế bộ thu thập cảnh báo ngoài thay thế cho bộ CCU - bộ điều khiển và giám sát môi trường. Từ đó góp phần làm giảm chi phí và thời gian cung cấp, thay thế thiết bị. Chương II: Thiết kế hệ thống thu thập xử lý cảnh báo ngoài cho tủ RBS 2216 - Dựa trên phân tích và yêu cầu đặt ra ở chương I, nội dung chương II tập trung vào việc lựa chọn linh kiện, xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch điện phần cứng, xây dựng mã nguồn chương trình phần mềm. Cụ thể trong chương II ứng dụng vi điều khiển PIC 16F887 làm phần tử trung tâm của bộ xử lý cảnh báo. Chương III: Mô phỏng, đánh giá hệ thống và kết luận - Đánh giá và mô phỏng mạch điện, phân tích ưu nhược điểm, từ đó đề xuất hướng phát triển tiếp theo của đề tài. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Do đề tài được hoàn thành trong một thời gian ngắn và điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày. Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 12 tháng 1 năm 2013 Người thực hiện Đàm Hải Quân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 MỤC LỤC Nội dung Trang Chƣơng I. TỔNG QUAN TRẠM BTS CỦA ERICSSON 1 1.1 Tổng quan trạm BTS trong mạng thông tin di động 1 1.2 Mô hình tổng quan nhà trạm BTS của Ericsson 2 1.3 Mô tả tủ cabinet Delta 2 1.4 Cabinet ABA01 3 1.4.1 Hình dáng, kích thƣớc 3 1.4.2 Các thành phần trong cabinet 5 1.5 Các cảnh báo ngoài 14 1.6 Kết luận chƣơng I 16 Chƣơng II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP VÀ XỬ LÝ CẢNH BÁO NGOÀI CHO TỦ RBS 2216 18 2.1 Vi điều khiển PIC 16F887 18 2.1.1 Tổng quan 18 2.1.2 Sơ đồ chân 19 2.1.3 Sơ đồ khối 25 2.1.4 Tổ chức bộ nhớ 26 2.1.5 Các thanh ghi chức năng đặc biệt 28 2.1.6 ADC 29 2.1.7 Chế độ PWM 32 2.2 Thiết kế hệ thống thu thập xử lý cảnh báo ngoài 34 2.2.1 Thiết kế phần cứng 34 2.2.2 Chƣơng trình phần mềm 41 2.3 Kết luận chƣơng II 45 Chƣơng III: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ KẾT LUẬN 46 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 50 1. Mã lệnh chƣơng trình 50 2. Vi mạch đệm 74HC245 69 3. Vi mạch chốt 74HC573 70 4. Vi mạch đệm công suất ULN 2803 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Mô hình tổng quan nhà trạm BTS Ericsson_Vietnammobile 2 Hình 1.2 Các loại tủ cabinet của Ericsson dùng cho mạng di động VNM 3 Hình 1.3 Kích thước tủ Cabinet ABA01 4 Hình 1.4 Các thành phần trong tủ Cabinet ABA01 5 Hình 1.5 Mặt trước của CCU 7 Bảng 1.6 Hiển thị trên LED 7 thanh của CCU 8 Hình 1.7 Vị trí các quạt trao đổi nhiệt 9 Hình 1.8 Kích thước quạt HEX 10 Hình 1.9 Vị trí quạt làm mát (ngăn trái của tủ) 11 Bảng 1.10 Chức năng các chân của quạt làm mát 12 Hình 1.11 Kích thước quạt làm mát 13 Hình 1.12 Cảm biến nhiệt của acquy 13 Hình 1.13 Các cảnh báo ngoài của tủ BRS2216 14 Hình 1.14. Cảm biến nhiệt độ 15 Hình 1.15 Vị trí các cảm biến môi trường 16 Hình 2.1 Sơ đồ chân PIC16F887 19 Hình 2.2 Mô tả chức năng các chân PIC16F887 20 Hình 2.3 Sơ đồ chân PIC16F887-QFN 21 Hình 2.4 Mô tả chức năng các chân 22 Hình 2.5 Sơ đồ chân PIC16F887 _ TQFP 23 Hình 2.6 Mô tả chức năng các chân 24 Hình 2.7 Sơ đồ khối PIC16F887 25 Hình 2.8 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ chương trình 26 Hình 2.9 Tổ chức bộ nhớ dữ liệu và các thanh ghi 27 Hình 2.10 Sơ đồ logic bộ ADC 30 Hình 2.11 Sơ đồ khối CCP ở chế độ PWM 32 Hình 2.12 Các tham số ở đầu ra PWM 32 Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài 34 Hình 2.14 Khối nhận tín hiệu vào dạng Digital 35 Hình 2.15 Khối nhận tín hiệu vào dạng Analog 36 Hình 2.16 Khối xuất tín hiệu cảnh báo 36 Hình 2.17 Khối điều khiển 37 Hình 2.18 Khối hiển thị 37 Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý 38 Bảng 2.20 Hiển thị thông tin cảnh báo trên LED 7 thanh 40 Hình 2.21 Lưu đồ thuật toán chương trình 41 Bảng 2.22 Giá trị giải mã hiển thị trên LED 7 thanh 44 Hình 3.1 Phần mềm mô phỏng Proteus 46 Hình 3.2 Giá trị PWM quan sát ở đầu ra 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Chƣơng I. TỔNG QUAN TRẠM BTS CỦA ERICSSON 1.1 Tổng quan trạm BTS trong mạng thông tin di động Trong hệ thống thông tin di động, các trạm thu phát gốc (BTS) đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống. BTS thực hiện tất cả các chức năng thu phát liên quan đến giao diện vô tuyến GSM và xử lí tín hiệu ở mức độ nhất định. Về 1 số phương diện có thể coi BTS là modem vô tuyến phức tạp, nhận tín hiệu vô tuyến đường lên từ MS rồi biến đổi nó thành dữ liệu để truyền đi đến các máy khác trong mạng GSM, và nhận dữ liệu từ mạng GSM rồi biến đổi nó thành tín hiệu vô tuyến phát đến MS. Các BTS tạo nên vùng phủ sóng của tế bào, vị trí của chúng quyết định dung lượng và vùng phủ của mạng. Tuy nhiên BTS chỉ đóng vai trò phụ trong việc phân phối tài nguyên vô tuyến cho các MS khác nhau. Một trạm BTS bên cạnh thiết bị thu phát tín hiệu di động còn bao gồm các thiết bị như: thiết bị truyền dẫn có thể là cáp đồng, cáp quang hoặc viba, thiết bị nguồn - bao gồm hệ thống cấp nguồn AC và hệ thống acquy dự phòng, ngoài ra trong trạm BTS còn có thể có các thiết bị phụ trợ như điều hòa, chiếu sáng, bảo vệ, chống sét… Trong quá trình hoạt động, việc giám sát được các thông số cũng như đưa ra các cảnh báo về trạng thái hoạt động, môi trường làm việc, các sự cố…trở nên vô cùng quan trọng, nó liên quan tới điều kiện hoạt động, độ ổn định, tin cậy của hệ thống. Các thông số được chia làm hai loại: cảnh báo trong - liên quan tới tín hiệu thông tin vô tuyến từ MS tới BTS và từ BTS tới BSC và cảnh báo ngoài - bao gồm các thông số bên ngoài phục vụ cho hoạt động của trạm như: chế độ cấp nguồn AC/DC, nhiệt độ các thiết bị, độ ẩm môi trường, giám sát cảnh báo khói hoặc cháy, trạng thái làm việc của các thiết bị liên quan, cảnh báo đột nhập…Các thông số cảnh báo ngoài thông thường sẽ được thu thập, tập trung lại và đưa về thiết bị BTS qua một cổng riêng, từ đó các thông tin này sẽ được gửi về trung tâm điều hành mạng để giám sát, kiểm tra và xử lý nếu cần thiết. Việc thu thập thông tin cảnh báo ngoài thông thường được thực hiện bởi một bộ thu thập cảnh báo riêng, tùy theo đặc điểm trạm BTS mà các bộ thu thập xử lý cảnh báo cũng có các đặc điểm khác nhau. Hiện tại ở các trạm BTS, các bộ thu thập xử lý cảnh báo có nhiều loại, có nguồn gốc phong phú đã được lắp đặt và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, yêu cầu đặt ra với các bộ thu thập xử lý cảnh báo này đều giống nhau, đó là hoạt động ổn định, tin cậy, đảm bảo được các tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật. 1.2 Mô hình tổng quan nhà trạm BTS của Ericsson [...]... TA được kết nối tới CSU Ngoài ra còn một cảm biến nhiệt độ TA khác nhưng được đặt ở cabinet phía bên phải, cảm biến này được kết nối tới CCU 1.5 Các cảnh báo ngoài Một trạm phát sóng di động có nhiều nguồn cảnh báo khác nhau như cảnh báo về truyền dẫn, cảnh báo thiết bị BTS, cảnh báo ngoài Trong phần cảnh báo ngoài lại bao gồm nhiều nguồn khác như: cảnh báo nhiệt độ, cảnh báo môi trường, cảnh báo điện... từ đầu ra cảnh báo của khối CCU - Tín hiệu cảnh báo ENVIRONMENT ALARM bao gồm các cảnh báo như hình 1.14: + Cảnh báo khói, cảnh báo độ ẩm: Họat động theo nguyên lý ON/OFF, tuân theo chuẩn TTL: - Cảnh báo khói: Mức HIGH - 5V tương ứng với không có cảnh báo, mức LOW - OV tương ứng với có cảnh báo - Cảnh báo độ ẩm: Khi độ ẩm môi trường đạt từ 60%-90% đầu ra sensor có mức LOW - OV - có cảnh báo, khi độ... DC…Với tủ outdoor BRS2216, có các nguồn cảnh báo ngoài như hình 1.12 Hình 1.13 Các cảnh báo ngoài của tủ BRS2216 Bao gồm 8 cảnh báo có ý nghĩa như sau: 1- MAINS POWER FAILURE Cảnh báo này xảy ra khi mất điện AC cung cấp cho toàn bộ tủ, được lấy từ thiết bị nguồn Delta thông qua bộ điều khiển trung tâm CSU 2- RECTIFIER MODULE FAILURE Cảnh báo xảy ra khi hỏng các module chỉnh lưu, được gửi tới BTS thông... mức thấp 1.6 Kết luận chƣơng I Chương I đã tập trung tìm hiểu về BTS nói chung và đặc điểm tủ BTS của hãng Ericsson hiện đang sử dụng trong mạng di động Vietnammobile Cụ thể nội dung của chương I tập trung vào tìm hiểu các thành phần và các nguồn cảnh báo của tủ RBS 2216 loại ABA01 để từ đó đặt ra vấn đề thiết kế một bộ thu thập, xử lý cảnh báo ngoài có khả năng thay thế cho bộ CCU - bộ điều khiển... tủ BTS này Do đặc điểm hiện tại, các bộ CCU đang được sử dụng trên thực tế tuy được thiết kế đồng bộ theo thiết bị nhưng cũng có tỷ lệ hỏng hóc tương đối cao, mặt khác mỗi khi xảy ra hỏng hóc, việc sửa chữa là không khả thi, việc thay thế gặp khó khăn rất lớn về mặt thời gian cũng như chi phí vận chuyển từ phía nhà cung cấp thiết bị Như vậy yêu cầu đặt ra sẽ là thiết kế một bộ thu thập xử lý cảnh báo. .. Sensor Fail: Cảnh báo hỏng sensor nhiệt độ + Intrusion Alarm: Cảnh báo đột nhập + High Water: Cảnh báo mức nước cao + Smoke / Fire: Cảnh báo cháy, khói + High Humidity: Cảnh báo độ ẩm cao Bảng mô tả cảnh báo hiển thị trên LED 7 thanh: Bảng 1.6 Hiển thị trên LED 7 thanh của CCU - Các phím điều khiển: + Reset: Reset CCU + Set: Thiết lập các thông số cho CCU + Phím tăng/giảm: thay đổi các thông số cho CCU... qua bộ điều khiển trung tâm CSU 3- CONTROL FAIL Cảnh báo xảy ra khi khối CSU gặp sự cố 4- HIGH TEMPERATURE 1 Cảnh báo lấy từ các cảm biến nhiệt 5- CLIMATE CONTROL UNIT Cảnh báo từ bộ điều khiển giám sát môi trường 6- ENVIRONMENT ALARM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 http://www.lrc-tnu.edu.vn Cảnh báo lấy từ các tham số như độ ẩm, cửa mở, khói… 7- COMMERCIAL POWER FAILURE Cảnh báo. .. tải (LVBD, LVLD) Tối đa tủ nguồn có thể lắp tối đa 3 khối chỉnh lưu và 1 bộ điều khiển NCSU Điện áp cần cung cấp ở đầu vào khoảng 380VAC, đầu ra đạt điện áp -54VDC cung cấp cho tải và nạp cho acquy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn Toàn bộ hệ thống được điều khiển bởi bộ xử lý trung tâm NCSU, bao gồm việc giám sát cảnh báo các bộ chỉnh lưu, điều khiển... bù cho acquy, điện áp nạp cân bằng, dòng điện định mức, thời điểm quạt làm mát chạy, thiết lập các ngưỡng cảnh báo Giao diện USB của NCSU được gọi là hệ thống giám sát từ xa (Remot Monitoring System - RMS), điều khiển và giám sát hệ thống thông qua máy tính cá nhân Các thông số môi trường được đảm nhiệm bởi một bộ điều khiển phụ trợ riêng biệt là CCU cho phép giám sát cảnh báo cửa, cảnh báo độ ẩm, cảnh. .. LIGHT FAIL Cảnh báo hỏng đèn báo không Trong đó: - Các tín hiệu cảnh báo MAINS POWER FAILURE, RECTIFIER MODULE FAILURE, CONTROL FAIL, COMMERCIAL POWER FAILURE ở dạng ON/OFF, được lấy từ module relay của thiết bị nguồn Delta, tích cực ở mức thấp (OFF) - Tín hiệu cảnh báo HIGH TEMPERATURE 1 được lấy từ các bộ cảm biến nhiệt độ đặt trong cabinet (H1.13) Hình 1.14 Cảm biến nhiệt độ - Tín hiệu cảnh báo CLIMATE . bởi một bộ thu thập cảnh báo riêng, tùy theo đặc điểm trạm BTS mà các bộ thu thập xử lý cảnh báo cũng có các đặc điểm khác nhau. Hiện tại ở các trạm BTS, các bộ thu thập xử lý cảnh báo có nhiều. học với đề tài " Nghiên cứu, thiết kế bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài cho tủ BTS Ericsson". Nội dung chính của luận văn bao gồm: Chương I: Tổng quan trạm BTS của Ericsson - Trình. Các thành phần trong cabinet 5 1.5 Các cảnh báo ngoài 14 1.6 Kết luận chƣơng I 16 Chƣơng II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP VÀ XỬ LÝ CẢNH BÁO NGOÀI CHO TỦ RBS 2216 18 2.1 Vi điều khiển PIC