Nghiên Cứu, Thiết Kế Bộ Thu Thập Xử Lý Cảnh Báo Ngoài Cho Tủ Bts Ericcsson.pdf

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN 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 Đ[.]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG 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 hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh Hà

Thái Nguyên, năm 2012

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG 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:

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

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

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

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

MỤC LỤC

Chương 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

Chương II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP VÀ XỬ LÝ

CẢNH BÁO NGOÀI CHO TỦ RBS 2216

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

Bảng 1.6 Hiển thị trên LED 7 thanh của CCU 8

Hình 1.7 Vị trí các quạt trao đổi nhiệt 9

Hình 1.9 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 1.15 Vị trí các cảm biến môi trường 16

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 2.8 Sơ đồ tổ chức bộ nhớ chương trình 26

Hình 2.9 Tổ chức bộ nhớ dữ liệu và các thanh ghi 27

Hình 2.11 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

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

Chương 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

Thiết bị BTS của Ericsson đã và đang được sử dụng khá rộng rãi cho các trạm phát sóng di dộng đang hoạt động tại Việt Nam như: Vinaphone, Viettel, Vietnammobile…

Luận văn này chỉ đề cập tới hệ thống thiết bị BTS ngoài trời (outdoor) của hãng Ericsson hiện đang được sử dụng cho hãng Vietnammobile

Mô hình một nhà trạm BTS của Vietnammobile được chỉ ra như hình vẽ:

Trên đây là mô hình trạm BTS đặt ngoài trời của hãng di động Vietnammobile sử dụng các thiết bị của Ericsson Đặc điểm của trạm BTS này là hoàn toàn không cần xây dựng nhà trạm, các thiết bị được lắp đặt ngoài trời, do đó có một số ưu điểm như: lắp đặt triển khai nhanh, dễ dàng, giảm chi phí về xây dựng nhà trạm, không cần trang bị điều hòa, diện tích chiếm dụng nhỏ (đặc biệt là các trạm rooftop - đặt trên mái nhà)…

1.3 Mô tả tủ cabinet Delta

Tòan bộ thiết bị của trạm BTS outdoor được đặt trong một tủ thiết bị chung được gọi là cabinet của hãng Delta, về cơ bản có 3 loại cabinet:

Hình 1.1 Mô hình tổng quan nhà trạm BTS Ericsson_Vietnammobile

Về cơ bản cấu tạo cả 3 loại cabinet này giống nhau, tuy nhiên loại tủ cabinet thông dụng và linh hoạt hơn cả là cabinet ABA01 Luận văn này tập trung nghiên cứu tìm hiểu loại tủ cabinet ABA01

1.4.2 Các thành phần trong cabinet

Hình 1.3 Kích thước tủ Cabinet ABA01

Delta Cabinet ABA01 gồm 2 ngăn, sử dụng cho các thiết bị riêng biệt:

- Ngăn 1: Hệ thống nguồn và acquy

- Ngăn 2: Hệ thống thiết bị BTS và thiết bị truyền dẫn (quang, viba )

Bao gồm:

- New Smart CSU (Relay board): Mạch điện chứa các rơle đóng cắt dành cho điều khiển

và cảnh báo tủ nguồn

- New Smart CSU (Main board): Mạch điện điều khiển trung của tủ nguồn

- Rectifier ESR-48/56A: Module chỉnh lưu

- Battery & Base: Dành cho acquy

- 19" Rectifier Shelf (SB-05N/HG A): Giá đỡ module chỉnh lưu

- CCU (Climate Control Unit): Bộ điều khiển phụ trợ, bao gồm thu thập cảnh báo ngoài, điều khiển quạt làm mát…

- 160W Heat Exchange: Bộ phận trao đổi nhiệt gắn với cánh tủ Cabinet

- PDU: Khối phân phối nguồn một chiều

Hệ thống tủ nguồn BTS ESOA150-ABA0x bao gồm các khối: Khối chỉnh lưu ESR-48/56 A A, Khối điều khiển trung tâm NCSU, khối điều khiển phụ trợ CCU, Khối phân phối nguồn PDU, quạt làm mát, khối trao đổi nhiệt, các áp tô mát bảo vệ acquy, bảo vệ tải (LVBD, LVLD)

Tối đa tủ nguồn có thể lắp tối đa 3 khối chỉnh lưu và 1 bộ điều khiển NCSU Điện

Hình 1.4 Các thành phần trong tủ Cabinet ABA01

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 điện áp đầu ra, điều khiển hoạt động của quạt Tất cả các thông số hệ thống cũng được điều khiển bởi NCSU Các thông số bao gồm điện áp nạp 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 báo nhiệt độ, điều khiển bộ trao đổi nhiệt và giám sát hoạt động của bộ trao đổi nhiệt

a Bộ điều khiển giám sát môi trường CCU

Bộ điều khiển giám sát môi trường CCU được thiết kế dành riêng để điều khiển các thông số về môi trường cho các tủ cabinet ngoài trời Nó bao gồm các chức năng: điều khiển quạt làm mát, bộ phận trao đổi nhiệt, điều khiển hệ thống sưởi, điều khiển chiếu sáng, phát hiện các điều kiện về nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, mức nước cao, độ ẩm cao, xâm nhập và cảnh báo khói, cháy…cho phép người sử dụng có thể ứng dụng linh hoạt vào từng điều kiện và trường hợp cụ thể

Tính năng:

- Điều khiển môi trường cabinet ngoài trời

- Tự động cập nhật thiết bị ngoại vi

- Dải nhiệt độ hoạt động rộng

- Dải công suất ra lớn

- Tương thích với hệ thống làm mát, sưởi, chiếu sáng xoay chiều và một chiều

- Chức năng điều khiển quạt dựa trên PWM

- Giám sát độ ẩm

- Người dùng tự định nghĩa các cảnh báo

- Giao diện thân thiện với người sử dụng

- Hiển thị trên LED 7 thanh và LED thông thường

- Hiển thị và chuyển đổi đơn vị nhiệt độ oC và oF

- Các chức năng cảnh báo nhiệt độ cao/thấp, mức nước cao, độ ẩm cao, báo cháy, báo khói, đột nhập…

Mô tả:

- Dải điện áp làm việc: 18 - 59VDC

- Dòng điện tiêu thụ 4A

- Đèn LED chỉ thị:

+ oC: Hiển thị nhiệt độ ở đơn vị oC

+ oF: Hiển thị nhiệt độ ở đơn vị oF

+ Cooling1: LED xanh - Thể hiện hệ thống làm mát thứ nhất hoạt động

+ Cooling2: LED xanh - Thể hiện hệ thống làm mát thứ hai hoạt động

+ Heater: LED xanh - Thể hiện hệ thống sưởi đang hoạt động

+ CCU fail: LED đỏ - Thể hiện sự cố trong bản thân CCU

+ Alarm: LED đỏ - Có cảnh báo bởi một trong các nguồn: nhiệt độ, độ ẩm, mức nước, đột nhập…

- Hiện thị trên LED 7 thanh: Có khả năng hiển thị các thông tin

+ Cooling 1 fail: Hệ thống làm mát thứ nhất gặp sự cố

+ Cooling 2 fail: Hệ thống làm mát thứ nhất gặp sự cố

+ Heater fail: Hệ thống sưởi gặp sự cố

Hình 1.5 Mặt trước của CCU

+ Temperature 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:

- 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

- Điều khiển các đối tượng

b Bộ phận quạt trao đổi nhiệt

Bộ phận trao đổi nhiệt được thiết kế để luân chuyển không khí nhiệt độ cao trong cabinet Bộ phận này được thiết kế để lắp đặt dễ dàng, việc trao đổi nhiệt độ diễn ra trong khi bụi bẩn, hơi ẩm được cách ly, sử dụng một cảm biến nội bộ để giám sát nhiệt

độ và điều chỉnh tốc độ quạt một cách tự động, cho phép giảm thiểu tiếng ồn trong quá trình thiết bị hoạt động Dựa vào sự giám sát của cảm biến nhiệt độ, các quạt làm mát sẽ ngưng chạy khi nhiệt độ nhỏ hơn 25o

C

Khi xảy ra sự cố hoặc tắt nguồn bộ phần trao đổi nhiệt, CCU sẽ đưa ra cảnh báo

"Cooling Fail Alarm", khi nhiệt độ phần ngăn tủ bên phải lớn hơn ngưỡng nhiệt độ thiết lập trong CCU, CCU sẽ đưa ra cảnh báo "Hi Temperature Alarm"

Một số thông số của quạt trao đổi nhiệt:

- Điện áp hoạt động: -48VDC (Dải điện áp hoạt động -40 - 57VDC)

- Tổng hệ số trao đổi nhiệt: 160W/K

- Công suất tiêu thụ cực đại: 200W (DC)

Hình dạng và kích thước:

Hình 1.7 Vị trí các quạt trao đổi nhiệt

Chân 1-3: Cấp nguồn cho cảm biến

Chân 2-3: Trạng thái hở mạch - 5VDC: không có cảnh báo

Trạng thái kín mạch - 0VDC: có cảnh báo Chân 4-3: Nối ngắn mạch với GND

Hình 1.8 Kích thước quạt HEX

Dải giá trị độ ẩm cảm biến có thể nhật biết: 60%-90%, giá trị bước thay đổi là 5% Giá trị thiết lập mặc định cảnh báo độ ẩm là 85% và có thể thay đổi được bằng cách thay đổi các chuyển mạch trên cảm biến

d Quạt làm mát

Quạt làm mát được thiết kế để loại bỏ trực tiếp nhiệt độ trong cabinet, tối đa 4 quạt có thể được lắp song song trong hệ thống Quạt làm mát đươc khởi động hoặc ngừng dưới sự điều khiển bởi NCSU dựa trên nhiệt độ thực tế trong cabinet Vòng lưu thông không khí được cách ly bên ngoài thông qua bộ phận lọc bụi để tránh bụi bẩn Khi nhiệt độ trong cabinet lớn hơn ngưỡng nhiệt độ thiết lập trong CSU, quạt được khởi động đồng thời CSU sẽ đưa ra cảnh báo "Hi Ambient Temperature Alarm"và ngược lại

Các thông số hoạt động:

- Điện áp hoạt động: 48VDC (Dải điện áp 40 ÷ 59VDC )

- Dòng điện tiêu thụ tối đa 1A (cho 1 module)

Đèn LED chỉ dẫn (màu xanh)

- LED sáng: Hoạt động bình thường

- LED tắt: Quạt hỏng hoặc mất nguồn cung cấp

Chức năng các chân kết nối:

Hình 1.9 Vị trí quạt làm mát (ngăn trái của tủ)

e Cảnh báo cửa

Cabinet được trang bị 2 cảm biến cửa trước, sẽ tác động khi cửa mở

f Cảm biến nhiệt độ

Hệ thống acquy được trang bị một cảm biến nhiệt độ Cảm biến này được ký hiệu

là TB, đươc lắp cố định trên điểm giữa của kết nối chuỗi acquy cho phép đo đạc giám sát nhiệt độ của acquy

Hình 1.11 Kích thước quạt làm mát

Hình 1.12 Cảm biến nhiệt của acquy

Ngoài ra còn một cảm biến nhiệt độ đặt tại một điểm bất kỳ trong phần cabinet bên trái để giám sát nhiệt độ của cabinet này, cảm biến này được ký hiệu TA Cảm biến

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 áp

AC, 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 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

Cảnh báo lấy từ các tham số như độ ẩm, cửa mở, khói…

7- COMMERCIAL POWER FAILURE

Cảnh báo xảy ra điện áp AC lấy từ máy nổ không vào trạm

8- OBS 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 CONTROL UNIT ở dạng ON/OFF, lấy 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 ẩm môi trưởng nhỏ hơn 60%, đầu ra sensor ở mức HIGH - 5V, không có cảnh báo

+ Cảnh báo mở cửa: Khi một hoặc 2 cánh cửa mở, công tắc hành trình đóng, đầu

ra có mức LOW, khi cả 2 cánh đều đóng, các đầu ra sensor ở mức HIGH

- Cảnh báo OBS LIGHT FAIL được lấy từ đầu ra điều khiển đèn báo không trên thiết bị nguồn Delta, tín hiệu ở dạng ON/OFF, tích cực ở mức thấp

1.6 Kết luận chương 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 môi trường hiện tại đang sử dụng 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 ngoài để thay thế cho bộ CCU hiện tại với yêu cầu hoạt động tin cậy, ổn định, dựa trên nguồn linh kiện

có sẵn trên thị trường, dễ thay thế sửa chữa Việc này sẽ giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc thay thế các bộ CCU sẵn có Yêu cầu này sẽ được thực hiện trong chương tiếp theo của luận văn

Sensor mở cửa

Hình 1.15 Vị trí các cảm biến môi trường

Chương II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP VÀ XỬ LÝ

CẢNH BÁO NGOÀI CHO TỦ RBS 2216

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vi điều khiển như 8051, PIC, AVR, PSog tuy nhiên vi điều khiển PIC được lựa chọn để thực hiện đề tài bởi những lý do sau:

Đây là họ vi điều khiển thông dụng tại thị trường Việt Nam với giá thành không qúa đắt mà lại được trang bị đầy đủ các tính năng của một chip vi điều khiển Mặt khác, khác với các họ vi điều khiển khác, họ vi điều khiển PIC có thể có các lựa chọn rất linh hoạt về kiểu vỏ, số chân, dung lượng bộ nhớ, các tính năng…Cộng đồng người sử dụng

trình dịch, mô phỏng, mạch nạp, chương trình nạp Xét về cấu trúc, vi điều khiển PIC có cấu trúc Havard, theo đó bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình được tách thành hai bộ nhớ riêng biệt, trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cả 2 bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lý của vi điều khiển được cải thiện đáng kể

2.1 Vi điều khiển PIC 16F887

2.1.1 Tổng quan

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock PIC16F887 được trang

bị 8KB bộ nhớ chương trình, 368 byte SRAM và 256 byte EEPROM dành cho bộ nhớ

dữ liệu Các đặc điểm ngoại vị:

- 35 chân xuất nhập với điều khiển hướng riêng biệt

- Module so sánh tương tự với 2 bộ so sánh, bộ chuẩn điện áp

- Bộ chuyển đổi A/D 14 kênh với độ phân giải 10bit

- Bộ định thời 1 có thể họat động như bộ đếm hoặc định thời 16 bit với hệ số chia có thể lựa chọn

- Bộ định thời 2 hoạt động đếm/định thời gian 8bit

- Module So sánh, lấy mẫu, điều chế độ rộng xung

- Module USART hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, RS-232, LIN 2.0

- Chức năng lập trình ICSP thông qua 2 chân

- Module truyền thông đồng bộ hỗ trợ chuẩn truyền thông SPI, I2C…

2.1.2 Sơ đồ chân

- Chuẩn 40 chân DIP

Hình 2.1 Sơ đồ chân PIC16F887

- Mô tả các chân

Hình 2.2 Mô tả chức năng các chân PIC16F887

- Chuẩn QFN 44 chân

Hình 2.3 Sơ đồ chân PIC16F887-QFN

- Mô tả các chân

Hình 2.4 Mô tả chức năng các chân

- Chuẩn TQFP 44 chân

Hình 2.5 Sơ đồ chân PIC16F887 _ TQFP

- Mô tả các chân

2.1.3 Sơ đồ khối

Hình 2.6 Mô tả chức năng các chân

Hình 2.7 Sơ đồ khối

PIC16F887

2.1.4 Tổ chức bộ nhớ

Vi điều khiển PIC 16F887 có bộ đếm chương trình 13bit, có thể quản lý không gian nhớ chương trình 2Kx14bit (từ địa chỉ 0000h - 1FFFh)

Hình 2.9 Tổ chức bộ nhớ dữ liệu và các thanh ghi

Đây là các thanh ghi được sử dụng bởi CPU hoặc được dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển Có thể phân chia thanh ghi SFR thành hai loại: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong (CPU) và thanh ghi SFR dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng bên ngoài Phần này

sẽ đề cập đến các thanh ghi liên quan đến các chức năng bên trong

- Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h): Thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu

- Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h): thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0

- Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): Cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt Interrupt - on

- change tại các chân PORTB

- Thanh ghi PIE1 (8Ch): chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi

- Thanh ghi PIR1 (0Ch) chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1

- Thanh ghi PIE2 (8Dh) chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM

- Thanh ghi PIR2 (0Dh) chứa các cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2

- Thanh ghi PCON(8Eh): chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển

2.1.6 ADC

ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng tương

tự và số PIC 16F887 có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0) Hiệu điện thế chuẩn

VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thế chuẩn được xác lập trên hai chân RA2 và RA3 Kết quả chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL Khi không sử dụng bộ chuyển đổi ADC, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường khác Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu và hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit GO/DONE (ADCON0<2>) được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được set

Quy trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau:

1 Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC:

Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi ADCON1)

Chọn kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0)

Chọn xung clock cho kênh chuyển đổi AD(thanh ghi ADCON0)

Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0)

2 Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD

Clear bit ADIF

Set bit ADIE

Set bit PEIE

Set bit GIE

3 Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hòan tất

4 Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit GO/DONE)

5 Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách:

Kiểm tra bit GO/DONE, nếu GO/DONE = 0 quá trình chuyển đổi đã hoàn tất Kiểm tra cờ ngắt

6 Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt, set bit GO/DONE (nếu cần tiếp tục chuyển

7 Tiếp tục thực hiện các bước 1 và 2 cho quá trình chuyển đổi tiếp theo

Hình 2.10 Sơ đồ logic bộ ADC

Cần chú ý là có hai cách lưu kết quả chuyển đổi AD, việc lựa chọn cách lưu được điều khiển bởi bit ADFM và được minh họa cụ thể trong hình sau:

Các thanh ghi liên quan đến bộ chuyển đổi ADC bao gồm: