Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này sẽ trình bày chi tiết nội dung và giải pháp kỹ thuật để xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển thông minh các trạm viễn thông từ xa.
TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN Số (32) - Thaùng 9/2015 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thông minh trạm viễn thông từ xa công nghệ NET GIS Designing the system of monitoring and controling intelligently remote telecommunications stations on the basic of NET and GIS ThS Trần Minh Nhật, Trường Đại học Sài Gòn ThS Nguyễn Huy Hùng, Trường Đại học Sài Gòn M.Sc Tran Minh Nhat, Sai Gon University M.Sc Nguyen Huy Hung, Sai Gon University Tóm tắt Hệ thống giám sát điều khiển trạm viễn thông từ xa, cho phép người quản trị giám sát, điều khiển hoạt động thiết bị trạm thu phát gốc di động BTS1, thông qua mạng điện thoại, internet để nâng cao hiệu sử dụng thiết bị, tiết kiệm điện năng, giảm chi phí nhân cơng nâng cao tính bảo mật Bài báo trình bày chi tiết nội dung giải pháp kỹ thuật để xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển thông minh trạm viễn thơng từ xa Từ khóa: cảm biến, giám sát, trạm BTS… Abstract The monitoring system control remote telecommunication stations, allowing the administrator can monitor and control the activities of telecommunications equipment at stations, via telephone, internet to improve equipment efficiency, energy saving, reducing labor costs and improving security This article details the content and technical solutions for building system which monitor and intelligently control remote telecommunications stations Keywords: sensor, monitoring, BTS station… việc cần phải xây dựng thêm nhiều trạm thu phát gốc di động BTS, với phạm vi ngày mở rộng, đó, việc quản lý, vận hành ngày khó khăn, tốn nhiều tài nguyên nguồn nhân lực Công nghệ nhà thông minh nghiên cứu triển khai nước công nghiệp phát triển giới, Giới thiệu Thơng tin di động có tốc độ phát triển nhanh, số người dùng tăng cao, mạng lưới mở rộng toàn cầu, dịch vụ phát triển theo hướng tích hợp, băng thơng rộng, tín hiệu thoại, hình, số liệu hội tụ cao dịch vụ internet Việc tăng dung lượng mở rộng vùng phủ sóng dẫn đến 42 TRẦN MINH NHẬT - NGUYỄN HUY HÙNG nhiên cơng nghệ thích hợp cho sở cơng nghiệp có quy mơ lớn, thiết kế xây dựng từ đầu, chi phí đầu tư cao, tập đoàn Intel, Motorola, Siemen, Sony, Samsung, … người tiên phong lĩnh vực thiết kế chế tạo thiết bị cho nhà thông minh Thực tế, Việt Nam, tập đồn viễn thơng Viettel, VNPT, Gtel, FPT, phát triển mạng lưới theo xu hướng tăng dần, chưa có kế hoạch tổng thể từ ban đầu, có nhiều trạm viễn thơng hình thành, việc kiểm sốt an ninh, linh hoạt trình khai thác, giám sát, quản lý tập trung, toán quan trọng Trong trạm viễn thông, hệ thống nguồn điện cấp cho thiết bị, chiếu sáng máy lạnh, tình trạng hoạt động thiết bị cần trì theo tiêu kỹ thuật, đồng thời yêu cầu giám sát an ninh cần cập nhật quản lý xác, thơng thường thơng tin cần có người kỹ thuật viên kiểm tra, đo đạt, cập nhật báo cáo trung tâm theo quy định Độ trung thực tính cấp thời thông tin tùy thuộc vào đạo đức người trực Do đó, chúng tơi nghiên cứu chế tạo hồn chỉnh “Hệ thống giám sát điều khiển thông minh trạm viễn thông từ xa” để ứng dụng vào việc quản lý trạm viễn thơng mở rộng ứng dụng nhà xưởng, nhà dân sinh, để nâng cao hiệu sử dụng thiết bị, giảm bớt chi phí nhân cơng, tiết kiệm lượng, xử lý ứng phó nhanh trường hợp cố, tăng tính xác độ tin cậy, góp phần nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh doanh nghiệp Cấu trúc phần cứng hệ thống giám sát điều khiển thơng minh 2.1 Mơ hình hệ thống Hình Mơ hình tổng qt hệ thống 43 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CÁC TRẠM VIỄN THƠNG TỪ XA … Hình Hình ảnh thiết bị hệ thống giám sát điều khiển thơng minh đưa vào thử nghiệm Mơ hình hoạt động hệ thống giám sát điều khiển thông minh trình bày hình 1, hình dạng thiết bị chế tạo hoàn chỉnh đưa vào thử nghiệm hình 2, hệ thống thiết kế theo khối: Khối quản lý nhà trạm từ xa (RAU), Khối quản lý hệ thống trung tâm MC (Module Center) Khối giao diện với người sử dụng (Inter face) Các module RAU trạm viễn thơng bố trí khắp nơi ký hiệu trạm (ID_1), (ID_2), đến (ID_N) gắn đến module trung tâm MC thông qua mạng viễn thông, kết nối di động đường kết nối internet cho phép trao đổi thông tin liên tục module trung tâm với module RAU trạm Theo định kỳ khối quản lý nhà trạm RAU gởi thông tin nhà trạm cho khối xử lý trung tâm MC nhận yêu cầu từ khối trung tâm để thực yêu cầu điều khiển thiết bị nhà trạm hay trả thông tin mà khối xử lý trung tâm yêu cầu Khối xử lý trung tâm tập hợp tất thông tin tất nhà trạm để xử lý, khối trung tâm gởi thơng tin cho chương trình giám sát máy tính người dùng tiếp nhận thông tin người dùng gởi xuống khối quản lý nhà trạm để lấy thông tin điều khiển nhà trạm Khối giao diện người dùng cho phép người dùng định nghĩa thông số nhà trạm, cho phép lấy thông tin điều khiển nhà trạm thông qua khối xử lý trung tâm giao diện web Toàn liệu đo đạt điều kiểm cập nhật liên tục lưu trữ máy tính để phục vụ cho công tác thống kê báo cáo thông tin việc tính tốn hiệu suất sử dụng thiết bị sau 2.2 Cấu trúc phần cứng hệ thống Phần cứng hệ thống giám sát điều khiển thông minh thiết kế module mạch là: module mạch điều khiển stm32f4-Discovery, module cảm biến nhiệt độ DS18B20, module giao tiếp mạng ethernet DP83848 Module thiết bị báo cháy Module STM32F4-DISCOVERY: thiết kế chip vi điều khiển ARM, STM32F4-DISCOVERY gồm tập chân nối giao tiếp, số chân nối giao tiếp với thiết bị cảm biến, chân dùng để giám sát lúc nhiều cảm biến đặt thiết bị điều khiển thiết bị hoạt động trạm viễn thông Chip vi điều khiển ARM có nhiều ưu điểm việc thiết kế mở rộng phát triển 44 TRẦN MINH NHẬT - NGUYỄN HUY HÙNG thêm ứng dụng sau cách dễ dàng, tài liệu đầy đủ, giá thành thấp Module cảm biến nhiệt DS18B20: thiết kế thành nhiệt kế, giá trị liệu cảm biến nhiệt chứa vùng nhớ 12-bit Các DS18B20 giao tiếp với mạch thông qua giao thức 1-Wire, nghĩa cần dùng đường truyền để giao tiếp với vi xử lý trung tâm Nhiệt độ hoạt động cho phép DS18B20 phạm vi -55°C đến +125°C có sai số ± 0,5°C Vùng nhiệt độ chọn để thiết kế thực tế trạm viễn thông khoảng từ -10°C đến +85°C Mỗi DS18B20 nhận dạng qua mã ID có độ dài 64 bit, cho phép nhiều DS18B20 hoạt động 1Wire bus Vì vậy, vi xử lý kiểm sốt nhiều DS18B20 phân bố khu vực rộng lớn Các ứng dụng sử dụng tính bao gồm kiểm sốt mơi trường, giám sát nhiệt độ hệ thống bên tòa nhà, giám sát, điều khiển trạng thái hoạt động thiết bị máy móc trạm viễn thơng Sơ đồ mạch điện điển hình cảm biến nhiệt thiết kế hình Module thiết bị báo cháy HORING AH-0311-4: thiết bị cảm biến dùng để phát có khói, dấu hiệu có cháy xảy để phịng chữa cháy kịp thời Khi có dấu hiệu cháy thiết bị báo động chỗ truyền tín hiệu thiết bị báo cháy trung tâm để kích hoạt tồn hệ thống cịi báo động Phần cứng HORING AH-0311-4 có chân, ta cần sử dụng chân (2,4,5,6,7), chân nối nguồn, chân nối đất, chân 5,6,7 chân điều khiển báo cháy, tình trạng bình thường chân nối với chân 5, có khói, chân hở với chân lại nối với chân Trong trường hợp tín hiệu cảm biến thấp thiết kế thêm mạch khuếch đại tín hiệu Chip LM393, Chip LM393 vi mạch khuếch đại gồm so sánh độc lập với điện áp bù nhỏ cỡ 2.0mV, hoạt động với nguồn cấp đơn nguồn cấp đối xứng[7] Sơ đồ thiết kế chi tiết mạch điện cảm biến khói hình Hình Sơ đồ mạch điện cảm biến khói Module điều khiển thiết bị: ngồi thiết bị cảm biến ra, mạch giám sát cịn có module điều khiển thiết bị, việc điều khiển thiết bị thực yêu cầu tăng giảm công suất hoạt động, tắt mở Hình Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt 45 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CÁC TRẠM VIỄN THÔNG TỪ XA … nguồn, lại dạng tắt mở nguồn thiết bị, module điều khiển tích hợp sơ đồ điều khiển thiết bị trạm, thiết kế ứng dụng điển hình mạch điều khiển máy lạnh trạm viễn thông hình cần phải cài NET Framework để chạy chương trình viết NET Cơng nhệ NET sử dụng để thiết kế chương trình giám sát trung tâm hỗ trợ thiết kế trang web người dùng đầu cuối [5] Cộng nghệ Google Maps: Google Maps dịch vụ ứng dụng công nghệ đồ trực tuyến web miễn phí cung cấp Google, hỗ trợ nhiều dịch vụ khác Google bật dẫn đường Nó cho phép xem đồ đường sá, đường cho xe đạp, cho người xe hơi, địa điểm kinh doanh khu vực khắp nơi giới Google maps dùng để thể vị trí trạm đồ thực google[8] Bộ cơng cụ lập trình nhúng Keil C: Keil C công cụ phần mềm hỗ trợ đầy đủ để người dùng soạn thảo biên dịch chương trình dành cho vi điều khiển thuộc họ ARM số họ khác ngôn ngữ C/C++ Giống tất phần mềm dựa μVision IDE Keil, Keil C cung cấp môi trường lập mạnh mẽ, dễ sử dụng dễ dàng tiếp cận giúp phát triển ứng dụng nhúng Chúng bao gồm thành phần cần thiết để tạo, debug kết hợp vi điều khiển với thiết bị ngoại vi liên quan[2] Kết thiết kế chương trình Hình Sơ đồ mạch điều khiển tắt/mở thiết bị Phần cứng mạch giám sát thiết bị thống gồm nhiều module giám sát, module cho loại thiết bị riêng, để hoạt động module cần phải tích hợp chương trình phần mềm tương ứng, chương trình phần mềm nhúng hỗ trợ việc giám sát tồn hệ thống Chương trình phần mềm hệ thống giám sát điều khiển thông minh Chương trình phần mềm hệ thống giám sát điều khiển thông minh xây dựng công nghệ NET Framework, công nghệ GIS Google Maps cơng cụ lập trình nhúng Keil C, chương trình phần mềm cho phép hỗ trợ tồn q trình giám sát, điều khiển toàn hệ thống hoạt động trạm viễn thông Công nghệ NET: NET Framework Microsoft tảng lập trình tập hợp thư viện lập trình cài thêm có sẵn hệ điều hành Windows Nó cung cấp giải pháp thiết yếu cho yêu cầu thơng thường chương trình điện tốn lập trình giao diện người dùng, truy cập liệu, kết nối sở liệu, ứng dụng web, giải thuật số học giao tiếp mạng Ngoài ra, NET Framework quản lý việc thực thi chương trình viết dựa NET Framework người dùng 4.1 Chương trình quản lý trạm viễn thơng Hình Giao diện cài đặt thông số cho mạch giám sát 46 TRẦN MINH NHẬT - NGUYỄN HUY HÙNG Khối chương trình quản lý trạm viễn thơng bao gồm chương trình quản lý thiết bị cảm biến mạch giám sát, chương trình giao tiếp với khối quản lý trung tâm chương trình web, cho phép người điều hành hệ thống cài đặt, mật mã, thông số kỹ thuật cho toàn hệ thống theo thứ tự trạm Giao diện chương trình cài đặt hình 4.2 Chương trình quản lý hệ thống trung tâm Chương trình quản lý hệ thống trung tâm có vai trò trung gian khối quản lý nhà trạm khối giao diện người sử dụng, khối quản lý trung tâm có nhiệm vụ tập hợp trạng thái mạch giám sát để gởi tới chương trình web người dùng, gởi lệnh lấy thông tin lệnh điều khiển từ người dùng tới mạch giám sát trạm viễn thông Giao điện chương trình quản lý hệ thống trung tâm hình tích hợp với sở liệu đồ số google maps, cho phép người điều hành quản lý, giám sát thông tin trạm viễn thông trực tiếp đồ số google maps Giao diện chương trình người dùng hình Hình Hiển thị kết giám sát trạm viễn thông đồ số GIS Chương trình làm việc theo tiến trình hoạt động, khởi tạo chương trình, đồ thể vị trí trạm với biểu tượng có hình bong bóng, thiết bị trạm viễn thơng kết nối vào hệ thống biểu tượng trạm tương ứng chuyển sang hình đèn xanh, thể điều kiện làm việc bình thường, trạm viễn thơng có cảnh báo q nhiệt độ qui định hay có báo cháy, biểu tượng tương ứng chuyển sang đèn đỏ Kết luận Hệ thống giám sát nhà trạm viễn thông hệ thống cho phép người quản trị giám sát, điều khiển hoạt động thiết bị trạm viễn thông, thông qua mạng nội bộ, internet Hệ thống áp dụng hiệu trạm thu phát gốc BTS hệ thống mạng điện thoại di động, mở rộng ứng dụng nhà xưởng, hệ thống cơng nghiệp, phịng thí nghiệm, hệ thống làm việc liên tục 24 ngày, giám sát hầu hết tình trạng làm việc thiết bị, liên tục, lúc, nơi Hình Giao diện chương trình quản lý trung tâm 4.3 Chương trình giao tiếp với người dùng Chương trình giao tiếp với người dùng gồm sở liệu lưu trữ nhớ 47 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CÁC TRẠM VIỄN THÔNG TỪ XA … Hệ thống giám sát điều khiển thông minh trạm viễn thông giải pháp nâng cao độ bền thiết bị, tăng cường tính bảo vệ, an tồn hệ thống, tiết kiệm chi phí điện năng, giảm chi phí nhân cơng, tăng hiệu đầu tư Đóng góp đề tài thiết kế hệ thống giám sát điều khiển thông minh trạm viễn thông theo hệ thống mở, công nghệ NET Framework, công nghệ GIS Google Maps, internet công cụ lập trình nhúng Keil C, chương trình phần mềm cho phép hỗ trợ tồn q trình giám sát, điều khiển tồn hệ thống hoạt động trạm viễn thơng hiển thị kết giám sát trạm viễn thông trực tiếp đồ số GIS Phần cứng thiết bị thiết kế hoàn chỉnh, linh kiện phù hợp, thông dụng, tăng khả ứng dụng giá thành thấp Kết đề tài sản phẩm hoàn chỉnh ứng dụng vào thực tế để giám sát điều khiển thiết bị trạm viễn thơng nói chung, trạm BTS hiệu Trong thời gian tới, đề tài nghiên cứu tích hợp nhiều dạng cảm biến nhằm phát triển thành hệ thống giám sát nhiều lĩnh vực khác nhau, thích ứng hết yêu cầu cần thiết tất thiết bị trạm viễn thông Ngày nhận bài: 15/7/2015 Chú thích: (1) BTS: Base Transceiver Station TÀI LIỆU THAM KHẢO DevExpress (2015), ASP.NET WebForms Controls and Libraries, https://www devexpress.com/Products/NET/Controls/ASP Keil (2015), ARM Product Manuals, http://www.keil.com/support/man_arm.htm Maxim integrated (2015), DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer, http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront net/datasheets/Sensors/Temp/ DS18B20.pdf Microsoft (2013), C# Programming Guide, https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ 67ef8sbd.aspx Microsoft (2015), Sockets, https://msdn microsoft.com/en-us/library/b6xa24z5(v=vs 110) aspx ST (2015), Discovery kit for STM32F407/417 lines, http://www.st.com/web/catalog /tools /FM116/SC959/SS1532/PF252419 ST (2015), Low power dual voltage comparators, http://www.st.com/web/catalog/ sense_power/fm123/sc60/ss1089/pf63723 W3Schools (2015), Google Maps API, http://www.w3schools.com/googleAPI/ google_maps_ref.asp Biên tập xong: 15/9/2015 48 Duyệt đăng: 20/9/2015 ... cứng hệ thống giám sát điều khiển thông minh 2.1 Mơ hình hệ thống Hình Mơ hình tổng quát hệ thống 43 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CÁC TRẠM VIỄN THÔNG TỪ XA … Hình Hình ảnh thiết. .. trữ nhớ 47 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CÁC TRẠM VIỄN THÔNG TỪ XA … Hệ thống giám sát điều khiển thông minh trạm viễn thông giải pháp nâng cao độ bền thiết bị, tăng cường... Chương trình phần mềm hệ thống giám sát điều khiển thơng minh Chương trình phần mềm hệ thống giám sát điều khiển thông minh xây dựng công nghệ NET Framework, công nghệ GIS Google Maps cơng cụ
