CN111384781B - 一种5g通信基站电力运行监控系统 - Google Patents

一种5g通信基站电力运行监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种5G通信基站电力运行监控系统，包括电力运行采集模块、控制模块和无线传输模块，电力运行采集模块包括电力参数采集电路、运放选频电路、测量保护电路和峰值检测电路，运放选频电路中运放器AR1对检测信号进行次级放大，有效避免信号放大产生的非线性失真，同时加入三阶带通滤波器中进行选频，很好地消除了运放过程中混入的噪声干扰；设计测量保护电路和峰值检测电路来分别对检测信号的频率、幅值两大关键参数进行测量，使检测结果更加稳定、可靠，ARM微控制器将采集数据通过GPRS无线传输模块送至监控服务器中进行监测管理，从而实现对5G通信基站电力运行远程监控，具有很好的可靠性、故障诊断和系统监控能力。

Description

一种5G通信基站电力运行监控系统
技术领域
本发明涉及通信基站监控技术领域，特别是涉及一种5G通信基站电力运行监控系统。
背景技术
随着全球范围的5G网络高速发展，5G基站站址更密集、环境更复杂、功耗倍增，基站基础设施需要具备快速部署、免维护、高效、能源数字化等特性。正常的电力运行是保证5G通信基站满足通信要求的基础，但在电网、环境条件较差的情况下，因电力设备故障而造成通信中断的事故时有发生，因此对5G通信基站电力运行的可靠性、故障诊断、系统监控能力必须加以提升。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种5G通信基站电力运行监控系统。
其解决的技术方案是：一种5G通信基站电力运行监控系统，包括电力运行采集模块、控制模块和无线传输模块，所述电力运行采集模块包括电力参数采集电路、运放选频电路、测量保护电路和峰值检测电路，所述电力参数采集电路包括用于采集5G通信基站供电线路上电流、电压和频率参数的电能传感器，所述电能传感器的检测信号经RC滤波网络处理后送入MOS管Q1中进行初步放大，然后再经过LC滤波后送入所述运放选频电路中；所述运放选频电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的同相输入端连接TVS管D1、电容C5的一端和所述电力参数采集电路的输出端，TVS管D1、电容C5的另一端接地，运放器AR1的反相输入端连接电阻R8、电容C6、C9的一端，电阻R8的另一端连接电阻R9的一端和二极管VD1的阳极，并通过电容C7接地，电容C6、电阻R9的另一端与二极管VD1的阴极连接运放器AR1的输出端，电容C9的另一端连接电阻R19、R20的一端和所述峰值检测电路的输入端，电阻R19的另一端接地，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R10、电容C8连接电阻R11、电容C10的一端和变阻器RP1的引脚1，电容C10、电阻R20的另一端连接所述测量保护电路的输入端，变阻器RP1的引脚2、3接地，电阻R11的另一端连接电阻R12、电容C11的一端，电阻R12的另一端连接电阻R13、电容C13的一端，电容C11的另一端连接电阻R14、电容C12的一端，电阻R14、电容C13的另一端并联接地，电阻R13、电容C12的另一端连接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端连接电阻R15、电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，运放器AR2的输出端连接电阻R15的另一端，并通过电阻R17连接运放器AR1的同相输入端和电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接运放器AR1的输出端；所述测量保护电路和峰值检测电路的输出端分别连接所述控制模块的第一检测端和第二检测端，所述控制模块通过无线传输模块将电能检测数据发送到监控服务器中进行监测管理。
优选的，所述电能传感器选用型号为BA系列电流传感器，所述电流传感器的引脚1通过电阻R1连接电容C1、C2和电阻R2的一端，电流传感器的引脚2与电容C1、电阻R2的另一端并联接地，电容C2的另一端连接MOS管Q1的栅极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接电阻R6的一端和+5V电源，并通过电容C3接地，电阻R4的另一端接地，MOS管Q1的源极通过电阻R7接地，MOS管Q1的漏极通过电感L1连接电阻R6的另一端，并通过电容C4连接运放器AR1的同相输入端。
优选的，所述测量保护电路包括二极管VD2，二极管VD2的阳极连接电阻R20的另一端，二极管VD2的阴极连接VD3的阳极、电阻R21、R22、电容C14的一端和运放器AR3的同相输入端，二极管VD3的阴极和电阻R22的另一端连接+5V电源，电阻R21、电容C14的另一端接地，运放器AR3的反相输入端、输出端连接运放器AR4的反相输入端，运放器AR4的同相输入端通过电阻R23连接+5V电源，并通过电阻R24接地，运放器AR4的输出端连接所述控制模块的第一检测端，并通过电阻R25连接+5V电源。
优选的，所述峰值检测电路包括运放器AR5，运放器AR5的同相输入端连接电阻R20的一端，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极，三极管VT1的集电极连接+5V电源，三极管VT1的发射极连接运放器AR5的反相输入端和电阻R26、R27、电容C15的一端，电阻R26的另一端连接-5V电源，电容C15的另一端接地，电阻R27的另一端连接运放器AR6的同相输入端，运放器AR6的反相输入端、输出端连接所述控制模块的第二检测端，并通过电阻R28接地。
优选的，所述控制模块选用型号为STM32F373RCT6的ARM微控制器。
优选的，所述无线传输模块为GPRS无线传输模块。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明运放选频电路采用TVS管D1与电容C5对电力参数采集电路输出的大电流信号进行缓冲，避免静电、电感性负载切换、雷击感应电压等瞬变尖峰干扰的影响危害，然后运放器AR1对检测信号进行次级放大，有效避免信号放大产生的非线性失真，同时加入三阶带通滤波器中进行选频，很好地消除了运放过程中混入的噪声干扰；
2.设计测量保护电路和峰值检测电路来分别对检测信号的频率、幅值两大关键参数进行测量，使检测结果更加稳定、可靠，ARM微控制器将采集数据通过GPRS无线传输模块送至监控服务器中进行监测管理，从而实现对5G通信基站电力运行远程监控，具有很好的可靠性、故障诊断和系统监控能力。
附图说明
图1为本发明电力参数采集电路原理图。
图2为本发明运放选频电路、测量保护电路和峰值检测电路连接电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种5G通信基站电力运行监控系统，包括电力运行采集模块、控制模块和无线传输模块。电力运行采集模块包括电力参数采集电路、运放选频电路、测量保护电路和峰值检测电路，电力参数采集电路包括用于采集5G通信基站供电线路上电流、电压和频率参数的电能传感器，例如电流传感器、电压传感器和频率传感器。电能传感器的检测信号经RC滤波网络处理后送入MOS管Q1中进行初步放大，然后再经过LC滤波后送入运放选频电路中。
本实施例以电流传感器为例对整个监控系统原理进行阐述，如图1所示，电能传感器P1选用型号为BA系列电流传感器，BA系列产品应用电磁感应原理，对5G通信基站供电线路中的交流电流进行实时测量，将其隔离变换为标准的模拟信号输出，具有过载能力强、高精度、高隔离、高安全性、低功耗等特点。电流传感器的引脚1通过电阻R1连接电容C1、C2和电阻R2的一端，电流传感器的引脚2与电容C1、电阻R2的另一端并联接地，电容C2的另一端连接MOS管Q1的栅极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接电阻R6的一端和+5V电源，并通过电容C3接地，电阻R4的另一端接地，MOS管Q1的源极通过电阻R7接地，MOS管Q1的漏极通过电感L1连接电阻R6的另一端，并通过电容C4连接运放器AR1的同相输入端。其中，电阻R1与电容C1形成RC滤波对电流传感器的检测信号进行低通降噪处理，降低供电网络内部产生的高频噪声对检测信号造成扰动，RC滤波后的信号经电容C2耦合后送入MOS管Q1中进行放大，在放大的同时，电阻R3-R5运用电阻分压原理对+5V电压进行分压，从而对输入到MOS管Q1中的检测信号上施加3V幅值量的基准电压，提高系统对检测信号的识别能力。利用MOS管自身良好的温度特性，MOS管Q1放大输出后的检测信号波形得到很好的改善，然后由电感L1与电容C4形成的LC滤波处理后送入运放选频电路中进一步放大调节。
如图2所示，运放选频电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的同相输入端连接TVS管D1、电容C5的一端和电力参数采集电路的输出端，TVS管D1、电容C5的另一端接地，运放器AR1的反相输入端连接电阻R8、电容C6、C9的一端，电阻R8的另一端连接电阻R9的一端和二极管VD1的阳极，并通过电容C7接地，电容C6、电阻R9的另一端与二极管VD1的阴极连接运放器AR1的输出端，电容C9的另一端连接电阻R19、R20的一端和峰值检测电路的输入端，电阻R19的另一端接地，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R10、电容C8连接电阻R11、电容C10的一端和变阻器RP1的引脚1，电容C10、电阻R20的另一端连接测量保护电路的输入端，变阻器RP1的引脚2、3接地，电阻R11的另一端连接电阻R12、电容C11的一端，电阻R12的另一端连接电阻R13、电容C13的一端，电容C11的另一端连接电阻R14、电容C12的一端，电阻R14、电容C13的另一端并联接地，电阻R13、电容C12的另一端连接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端连接电阻R15、电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，运放器AR2的输出端连接电阻R15的另一端，并通过电阻R17连接运放器AR1的同相输入端和电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接运放器AR1的输出端。
运放选频电路的具体工作原理如下：当监控系统遭受雷击或静电干扰时，TVS管D1与电容C5对电力参数采集电路输出的大电流信号进行缓冲，避免静电、电感性负载切换、雷击感应电压等瞬变尖峰干扰的影响危害。然后运放器AR1对检测信号进行次级放大，其中电阻R8、R9作为运放器AR1的反馈电阻起到控制放大增益的作用，稳定直流工作点，电容C6在运放器AR1的放大过程中起到信号补偿的作用，有效避免信号放大产生的非线性失真，当电能传感器的输出为交流检测信号量时，二极管VD1与电容C7可以有效减小信号整流时的非线性失真。运放器AR1放大后的检测信号经电容C8直接耦合后输出，然而运放过程混入了大量的噪声信号，因此必须增加选频滤波对信号进行提纯。具体操作为：运放后的信号经变阻器RP1和电阻R11分流后，送入由电阻R12-R14与电容C11-C13形成的三阶带通滤波器中进行选频，该滤波器的中心频率与检测信号频率一致，从而很好地消除杂频噪声干扰。为了提高滤波器的Q值，在带通滤波网络中加入同相比例运放器AR2作为负载构成闭环反馈，降低运放过程中相对相位变化量，从而提高带通选频效果，很好地消除了运放器AR1输出检测信号中的噪声。
由于电能传感器的检测输出量包含信号的频率、幅值两大关键参数，因此本发明采用测量保护电路和峰值检测电路来分别对上述两个参数值进行检测。测量保护电路和峰值检测电路的输出端分别连接控制模块的第一检测端P1和第二检测端P2，控制模块通过无线传输模块将电能检测数据发送到监控服务器中进行监测管理。具体使用时，控制模块选用型号为STM32F373RCT6的ARM微控制器，同时具有串口通讯并实现AD转换的功能，无线传输模块为GPRS无线传输模块，通过串口连接ARM微控制器。
测量保护电路包括二极管VD2，二极管VD2的阳极连接电阻R20的另一端，二极管VD2的阴极连接VD3的阳极、电阻R21、R22、电容C14的一端和运放器AR3的同相输入端，二极管VD3的阴极和电阻R22的另一端连接+5V电源，电阻R21、电容C14的另一端接地，运放器AR3的反相输入端、输出端连接运放器AR4的反相输入端，运放器AR4的同相输入端通过电阻R23连接+5V电源，并通过电阻R24接地，运放器AR4的输出端连接控制模块的第一检测端P1，并通过电阻R25连接+5V电源。其中，电阻R20作为测量采样电阻，二极管VD2对VO1端的输出信号进行整流，VD3作为钳位二极管将VD2的输出信号钳位在0-5V的范围内输出，使检测信号幅值限制在ARM微控制器的标准接收信号范围内，当5G通信基站供电线路中有浪涌脉冲干扰时，可以防止浪涌采样电压过高而烧毁ARM微控制器，对控制模块起到很好的保护作用。然后运放器AR3运用电压跟随器原理将电容C14稳定后的信号进行隔离输出，再由运放器AR4利用过零比较器原理对AR3输出的正弦波信号整形为方波信号，然后送入ARM微控制器的第一检测端P1中，具体可采用HSI端口，ARM微控制器利用现有的硬件技术准确计算出检测信号的频率值。
峰值检测电路包括运放器AR5，运放器AR5的同相输入端连接电阻R20的一端，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极，三极管VT1的集电极连接+5V电源，三极管VT1的发射极连接运放器AR5的反相输入端和电阻R26、R27、电容C15的一端，电阻R26的另一端连接-5V电源，电容C15的另一端接地，电阻R27的另一端连接运放器AR6的同相输入端，运放器AR6的反相输入端、输出端连接控制模块的第二检测端P2，并通过电阻R28接地。其中，运放器AR5对VO2端的输出信号进行提取，三极管VT1在运放器AR5的输出端构成射极跟随器，在提高运放的输出驱动力的同时有效消除反相电流。电容C15对三极管VT1的输出信号起到峰值存储的作用，运放器AR6运用电压跟随器原理将峰值信号进行隔离输出，对ARM微控制器的采样进行缓冲，ARM微控制器的第二检测端P2采用AD口将峰值信号转换为数字量，从而计算出检测信号的幅值范围。
本发明在具体使用时，电力参数采集电路采用电能传感器来检测5G通信基站供电线路上的电力运行参数，其检测信号经RC滤波网络处理后送入MOS管Q1中进行初步放大，然后再经过LC滤波后送入运放选频电路中。运放选频电路采用TVS管D1与电容C5对电力参数采集电路输出的大电流信号进行缓冲，避免静电、电感性负载切换、雷击感应电压等瞬变尖峰干扰的影响危害，然后运放器AR1对检测信号进行次级放大，有效避免信号放大产生的非线性失真，同时加入三阶带通滤波器中进行选频，很好地消除了运放过程中混入的噪声干扰。设计测量保护电路和峰值检测电路来分别对检测信号的频率、幅值两大关键参数进行测量，使检测结果更加稳定、可靠，ARM微控制器将采集数据通过GPRS无线传输模块送至监控服务器中进行监测管理，从而实现对5G通信基站电力运行远程监控，具有很好的可靠性、故障诊断和系统监控能力。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种5G通信基站电力运行监控系统，包括电力运行采集模块、控制模块和无线传输模块，其特征在于：所述电力运行采集模块包括电力参数采集电路、运放选频电路、测量保护电路和峰值检测电路，所述电力参数采集电路包括用于采集5G通信基站供电线路上电流、电压和频率参数的电能传感器，所述电能传感器的检测信号经RC滤波网络处理后送入MOS管Q1中进行初步放大，然后再经过LC滤波后送入所述运放选频电路中；
所述运放选频电路包括运放器AR1、AR2，运放器AR1的同相输入端连接TVS管D1、电容C5的一端和所述电力参数采集电路的输出端，TVS管D1、电容C5的另一端接地，运放器AR1的反相输入端连接电阻R8、电容C6、C9的一端，电阻R8的另一端连接电阻R9的一端和二极管VD1的阳极，并通过电容C7接地，电容C6、电阻R9的另一端与二极管VD1的阴极连接运放器AR1的输出端，电容C9的另一端连接电阻R19、R20的一端和所述峰值检测电路的输入端，电阻R19的另一端接地，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R10、电容C8连接电阻R11、电容C10的一端和变阻器RP1的引脚1，电容C10、电阻R20的另一端连接所述测量保护电路的输入端，变阻器RP1的引脚2、3接地，电阻R11的另一端连接电阻R12、电容C11的一端，电阻R12的另一端连接电阻R13、电容C13的一端，电容C11的另一端连接电阻R14、电容C12的一端，电阻R14、电容C13的另一端并联接地，电阻R13、电容C12的另一端连接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端连接电阻R15、电阻R16的一端，电阻R16的另一端接地，运放器AR2的输出端连接电阻R15的另一端，并通过电阻R17连接运放器AR1的同相输入端和电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接运放器AR1的输出端；
所述测量保护电路和峰值检测电路的输出端分别连接所述控制模块的第一检测端和第二检测端，所述控制模块通过无线传输模块将电能检测数据发送到监控服务器中进行监测管理；
所述测量保护电路包括二极管VD2，二极管VD2的阳极连接电阻R20的另一端，二极管VD2的阴极连接VD3的阳极、电阻R21、R22、电容C14的一端和运放器AR3的同相输入端，二极管VD3的阴极和电阻R22的另一端连接+5V电源，电阻R21、电容C14的另一端接地，运放器AR3的反相输入端、输出端连接运放器AR4的反相输入端，运放器AR4的同相输入端通过电阻R23连接+5V电源，并通过电阻R24接地，运放器AR4的输出端连接所述控制模块的第一检测端，并通过电阻R25连接+5V电源；
所述峰值检测电路包括运放器AR5，运放器AR5的同相输入端连接电阻R20的一端，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极，三极管VT1的集电极连接+5V电源，三极管VT1的发射极连接运放器AR5的反相输入端和电阻R26、R27、电容C15的一端，电阻R26的另一端连接-5V电源，电容C15的另一端接地，电阻R27的另一端连接运放器AR6的同相输入端，运放器AR6的反相输入端、输出端连接所述控制模块的第二检测端，并通过电阻R28接地。
2.根据权利要求1所述的5G通信基站电力运行监控系统，其特征在于：所述电能传感器选用型号为BA系列电流传感器，所述电流传感器的引脚1通过电阻R1连接电容C1、C2和电阻R2的一端，电流传感器的引脚2与电容C1、电阻R2的另一端并联接地，电容C2的另一端连接MOS管Q1的栅极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接电阻R6的一端和+5V电源，并通过电容C3接地，电阻R4的另一端接地，MOS管Q1的源极通过电阻R7接地，MOS管Q1的漏极通过电感L1连接电阻R6的另一端，并通过电容C4连接运放器AR1的同相输入端。
3.根据权利要求1或2所述的5G通信基站电力运行监控系统，其特征在于：所述控制模块选用型号为STM32F373RCT6的ARM微控制器。
4.根据权利要求3所述的5G通信基站电力运行监控系统，其特征在于：所述无线传输模块为GPRS无线传输模块。
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