tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu, THIẾT kế bộ THU THẬP xử lý CẢNH báo NGOÀI CHO tủ BTS ERICSSON

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 dụ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-***** -ĐÀM HẢI QUÂN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ THU THẬP XỬ LÝ CẢNH

BÁO NGOÀI CHO TỦ BTS ERICSSON

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Thái Nguyên, năm 2013

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

Cán bộ HDKH : PGS.TS Nguyễn Thanh Hà

Phản biện 1 : PGS.TS Nguyễn Quốc Trung

Phản biện 2 : PGS.TS Nguyễn Duy Cương

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Vào 09 giờ 30 phút ngày 28 tháng 07 năm 2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

MỞ 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"

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!

Thái Nguyên, ngày 08

tháng 08 năm 2013

Học viên

Đàm Hải Quân

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Nội dung chính của luận văn được cấu trúc gồm 3 chương:

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

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

Mô tả tổng quan nhà trạm BTS của Ericsson đang áp dụng cho hãng di động Vietnamobile

1.3 Mô tả tủ cabinet Delta

Mô tả 3 loại tủ cabinet cơ bản: ABA01, ABB01 và ABC01 Luận văn tập trung vào nghiên cứu và thiết kế cho tủ ABA01

1.4 Cabinet ABA01

Mô tả các thông số và thành phần của tủ cabinet ABA01 bao gồm hình dáng, kích thước, bộ điều khiển giám sát môi trường CCU, hệ thống quạt làm mát trao đổi nhiệt, các cảm biến nhiệt độ,

độ ẩm, cảm biến cửa…Đồng thời tập trung tìm hiểu cơ chế đưa ra tín hiệu cảnh báo cũng như cơ chế điều khiển các thành phần này, phân loại các tín hiệu dạng tương tự, dạng số, các tín hiệu điều khiển, trạng thái…

1.5 Các cảnh báo ngoài

Hiện tại trên thực tế các cảnh báo ngoài được sử dụng bao gồm:

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)

- 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

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

CẢNH BÁO NGOÀI CHO TỦ

RBS 2216 2.1 Vi điều khiển PIC 16F887

Tìm hiểu các chức năng, tính năng, ưu nhược điểm của vi điều khiển PIC 16F887, từ đó lựa chọn đây là phần tử trung tâm của thiết kế Vi điều khiển có các chức năng chính như sau:

- 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…

2.2 Thiết kế hệ thống thu thập xử lý cảnh báo ngoài

Xây dựng sơ đồ khối tổng quát:

Nhận tín hiệu Digital

Nhận tín hiệu Analog

Xuất tín hiệu cảnh báo Điều khiển PIC 16F887

Hiển thị

Sơ đồ chi tiết từng khối, mô tả rõ dạng các tín hiệu vào ra của từng khối

Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Viết chương trình phần mềm

2.3 Kết luận chương II

Từ yêu cầu đặt ra ở chương I, chương II đã thực hiện được việc thiết kế phần cứng, viết chương trình phần mềm cho bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài Về mạch điện phần cứng, thiết kế đã đáp ứng được yêu cầu sử dụng các linh kiện sẵn có với vi mạch trung tâm là vi điều khiển PIC16F887 cùng với một số lượng rất ít các vi mạch phụ trợ bên ngoài như mạch chốt, mạch đệm công suất…và như vậy kéo theo việc giảm thiểu chi phí lắp đặt thi công mạch điện Về chương trình phần mềm, chương trình đã đảm bảo việc thực thi các yêu cầu đặt ra, thực hiện yêu cầu một cách đơn giản, tuần tự

Chương III: MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ KẾT

LUẬN

Mạch điện được thiết kế dựa trên phần mềm vẽ mạch Protel 99SE, sử dụng vi mạch trung tâm là vi điều khiển PIC16F887 Chương trình phần mềm được viết bằng CCS, sử dụng ngôn ngữ

C để viết cho vi điều khiển Chương trình dịch sử dụng là PIC C Compiler

Để mô phỏng hoạt động của mạch điện, bước đầu sử dụng phần mềm Proteus phiên bản 7.7 SP2 để quan sát hoạt động của mạch điện

Phần tín hiệu vào dạng số được thực hiện bằng cách kết nối các chân vi điều khiển với chuyển mạch, thiết lập tích cực ở mức thấp

Phần tín hiệu ra dạng số được mô phỏng bằng đèn led dạng thanh Phần tín hiệu vào dạng tương tự, do phần mềm không có linh kiện cảm biến nhiệt độ nên có thay bằng biến trở kết nối với các cổng đầu vào của bộ biến đổi AD trong vi điều khiển

Phần tín hiệu PWM đưa ra điều khiển kết nối với các động cơ một chiều, đồng thời sử dụng máy hiện sóng ảo để quan sát dạng xung ra

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Dựa trên việc phân tích các thành phần cũng như đặc điểm tủ BTS 2216 loại ABA01 của hãng Ericsson hiện đang trang bị cho các trạm của hãng di động Vietnammobile, tìm hiểu phân tích đặc điểm cũng như tầm quan trọng của các thông số cảnh báo ngoài đối với một trạm BTS nói chung, cộng với đặc điểm thực tế hiện nay việc khắc phục, sửa chữa, thay thế bộ thu thập cảnh báo của tủ cabinet ABA01 là rất không khả thi, chi phí lớn, luận văn đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế bộ thu thập xử lý cảnh báo ngoài cho trạm BTS và đã đạt được được những kết quả cụ thể như sau:

- Khảo sát, nghiên cứu các trạm BTS nói chung và trạm BTS của Ericsson sử dụng cho hãng Vietnammobile để thấy được tầm quan

trọng của các thông tin cảnh báo ngoài đối với quá trình vận hành, giám sát hoạt động của toàn trạm

- Đi sâu vào tìm hiểu các thành phần, các nguồn cảnh báo của tủ BTS ABA01, từ đó nắm được đặc điểm, số lượng các nguồn cảnh báo của một trạm BTS sử dụng loại tủ cabinet trên

- Phân tích từ những khó khăn thực tế trong việc sửa chữa, thay thế các bộ CCU đi kèm theo tủ ABA01, từ đó đưa ra thiết kế một

bộ thu thập xử lý cảnh báo hoàn thiện cho loại tủ này

- Thiết kế phần cứng, viết chương trình phần mềm cho bộ thu thập

xử lý cảnh báo

Sản phẩm thiết kế sử dụng vi điều khiển PIC16F887 cùng một số

vi mạch số thông dụng đảm bảo hoạt động tốt, dễ dàng bảo hành sửa chữa, đáp ứng được yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật đã đưa ra ban đầu

Hướng phát triển của đề tài là tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm, có thể tận dụng bộ định thời gian sẵn có của vi điều khiển hoặc các bộ định thời lắp rời bên ngoài để bổ xung phần điều khiển luân phiên điều hòa, tăng số lượng chân cảnh báo để dự phòng cho ứng dụng trong tương lai, tạo giao diện thân thiện hơn với người sử dụng , có khả năng cấu hình mềm cho các ứng dụng…sao cho sản phẩm có thể tương thích với các loại trạm BTS hiện đang có trên thực tế như trạm indoor, outdoor

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ESOA150-ABA01 Power System User Manual, Delta [2] Outdoor System Training, Ericsson

[3] PIC16F882/883/884/886/887 Data Sheet (2008), Microchip Technology Inc

[4] Mid-Range MCU Family Reference Manual (1997), Microchip Technology Inc

[5]www.picvietnam.com

[6]www.dientuvietnam.net

[7]www.vntelecom.org