CN209642986U - 一种基站工程参数采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基站工程参数采集装置，主要由：参数采集控制单元、数据显示单元和数据通信单元构成；参数采集控制单元包括：单片机处理器、海拔高度测量模块、倾角测量模块、经纬度测量模块和摄像模块；海拔高度测量模块主要由BMP085型数字气压传感器组成；数据通信单元由4G通信模块构成。本实用新型具有能够满足野外基站工程参数测量与传输并且体积小、精度高的优点。

Description

一种基站工程参数采集装置

技术领域

本发明涉及一种基站工程参数测量装置，特别是涉及一种用于通信网络勘测、建设与运营维护领域的基站工程参数测量装置，属于移动通信技术领域。

背景技术

随着网络建设的逐渐完善及大规模商用的成功，网络优化已成为网络发展和建设的重点与难点。天线工作参数作为网络优化的基础分析数据来源，其准确性直接关系到网络质量的优劣以及网络优化的效果。因此，天线工作参数在4G及未来移动通信网络中扮演着越来越重要的角色，越来越受到运营商、设备商的重视。然而，目前我国移动通信基站天线的工程参数采集大部分靠人工完成。

(1)数据采集方面：在工程参数采集过程中施工人员将使用到工程测试手机、GPS定位仪、高度仪(或皮尺)、地质罗盘、坡度测量仪、照相机、纸质数据记录表和上网终端(笔记本电脑)等设备。这种基站检测方式的数据精准度、真实性难以保证，使用多种仪表测量效率低下，并且必然导致：移动通信基站需要定期检测与维护，检测过程中施工人员将使用到大量复杂的仪表，使得基站检测成本高昂。

(2)数据记录方面：由于采用人工记录方式进行数据记录，各项数据的精确度难以控制，在测试过程中，施工人员存在着伪造工程参数的行为，基站工程参数的真实性难以保证。

此外，无法实现天线工作参数的实时监控，天线状态发生变化后无法及时获得；使用手机APP、测量仪、电子罗盘等测量工具，因受手机性能、金属干扰、磁场干扰、操作流程不规范等因素影响，工作参数测量结果与实际情况存在较大差异等缺点也是非常明显的。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是如何提供一种可以实现基站天线工作参数精确测量采集、基站工作环境图像采集、并且数据可以即时上传的基站工程参数采集装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术手段：

一种基站工程参数采集装置，其特征在于，它由：参数采集控制单元、数据显示单元和数据通信单元构成；

所述参数采集控制单元包括：单片机处理器、海拔高度测量模块、倾角测量模块、经纬度测量模块和摄像模块；

所述单片机与数据显示单元相连接；所述数据通信单元由4G通信模块构成，所述4G通信模块与单片机处理器相连接；

所述海拔高度测量模块由BMP085型数字气压传感器组成；所述BMP085型数字气压传感器的SDA端与单片机处理器的IO相连接，所述BMP085型数字气压传感器的SCL端与单片机处理器的IO端相连接，所述BMP085型数字气压传感器的 EOC端与单片机处理器的IO端相连接；

所述倾角测量模块由ADXL345型倾角传感器构成；所述ADXL345型倾角传感器具有数字接口电源电压端VDD、串行数据端SDIO、串行通信时钟端SCL、片选端CS、地址选择端ADDR、第一中断输出端INT1和第二中断输出端INT2；所述 ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO与所述单片机处理器的IO端相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL与所述单片机处理器的IO端相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO还通过第一电阻R1与 ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL还通过第二电阻R2与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；所述ADXL345型倾角传感器的地址选择端ADDR 通过第三电阻R3接地；所述ADXL345型倾角传感器的片选端CS通过第四电阻 R4与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；

所述经纬度测量模块由VK-162型经纬度测量模块构成；所述VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口发送端TX与单片机处理器的串口接收端RXD相连接，所述VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口接收端RX与单片机处理器的串口发送端TXD相连接；

所述摄像模块包括CCD摄像头和视频解码芯片；所述视频解码芯片为 SAA7113H芯片；所述视频解码芯片的模拟视频信号输入口VIN与CCD摄像头的输出端相连接；视频解码芯片的数字视频信号输出口VOUT与单片机的并口相连接；视频解码芯片的时钟端SCL与单片机的IO相连接，视频解码芯片的数据端 SDA与单片机的IO相连接。

进一步的，所述单片机还与数据存储控制单元相连接；单片机通过所述数据存储控制单元与存储器单元相连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本实用新型该系统采用单片机处理器通过I2C接口控制BMP085型数字气压传感器采集数据，由BMP085型数字气压传感器温度、大气压力值、温度补偿数据等传输到微控制器，经过处理后将大气压数据转换成海拔高度，经测试采集得到的数据能够满足实际需求，而常用的机械式海拔高度仪的精度有限，体积大，携带不方便，因此与机械式海拔高度仪相比，本实用新型具有体积小、精度高的优点，并且本实用新型的海报高度测量模块可以与其他测量模块一体化集成，提高了设备的集成化，进一步降低了设备体积，使用也更方便。

(2)本实用新型中ADXL345型倾角传感器是一款完整的3轴加速度测量系统，既能测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，这使得器件可作为倾斜传感器使用，能够测量1.0°的倾斜度变化；本实用新型的单片机处理器实现对倾角传感器进行数据采集，由于该传感器是一款小而薄的超低功耗，并且测量精度较高的传感器，因此，本实用新型具有能够使得天线方位角测量装置整体系统在保证足够测量精度的前提下体积小、功耗低的优点。

(3)本实用新型采用了4G通信模块作为数据传输途径，在移动基站的2G、 3G、4G网络信号覆盖下即可实现数据传输，由于在野外局域网组网困难，数传电台无法克服地形影响，而RS－485无法满足距离要求，因此本实用新型的通信方式与局域网、数传电台或者通过RS－485、RS－232串口实现数据传输的方式相比更能满足野外基站工程参数测量需求。

附图说明

图1为本实用新型电路结构图；

图2位本实用新型数据存储单元电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

一、系统电路结构

如图1所示，本实用新型由参数采集控制单元、数据显示单元和数据通信单元构成。

(一)参数采集控制单元的实现

参数采集控制单元主要完成海拔高度测量、天线倾角测量、基站精确的经纬度位置信息测量和基站工作环境的图像采集。

参数采集控制单元由单片机处理器、海拔高度测量模块、倾角测量模块、经纬度测量模块和摄像模块组成。

其中单片机处理器由STM32型单片机实现，STM32型单片机是一种32位单片机，一次处理数据宽度32位。单片机处理器用于完成各个参数测量子模块的数据采集控制。

BMP085型传感器是一种高精度、超低能耗的数字压力传感器。内部集成了传感器模块、A/D转换器、数据存储单元和控制单元。传感器模块以最高128次 /s的速率进行气压温度采样，通过A/D转换器将未补偿的气压值和温度值转换成数字信号，然后控制单元读取存储在EEPROM中的11个补偿参数，该11个补偿参数涉及参考温度下的零漂、零漂的温度系数、以及灵敏度的温度系数等。在完成采样后，通过I2C端口将数据传送给单片机处理器，经过计算即可得到当前的气压值和温度值。BMP085数字传感器的气压测量范围为300～1 100hPa(海拔高度-500～+9000m)，绝对精度可以达到0.03hPa(0.25m)，标准模式下功耗时只有5μA。采用8脚陶瓷无引线芯片承载超薄封装，很方便地通过I2C总线直接与微处控制器相连。

倾角传感器选用ADXL345型倾角传感器；ADXL345型倾角传感器是一款完整的3轴加速度测量系统，可选择的测量范围有±2g，±4g，±8g或±16g。既能测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，使得器件可作为倾斜传感器使用，它能够检测不到1度的倾斜角度变化。

经纬度测量模块采用VK-162型经纬度测量模块实现，它是一个完整的卫星定位接收机，内建卫星接收天线，卫星接收核心采用最先进的SIRF第三代定位核心，提供高精度的定位信息，故也能满足工工业级定位的严格要求与个人使用需要。USB、232串口、TTL信号等接口使其与其它电子设备联系与沟通，内建纽扣型电池用以储存卫星资料，如卫星讯号状态、上次使用的最后的位置及时间，以增加开机时的定位速度。其耗电量极低，且能同时追踪12颗定位卫星的讯号。快速定位及追踪12颗卫星的能力。内建WAAS/EGNOS解调器，不需额外硬件即可接收WAAS/EGNOS信号。支持NMEA0183 3.01版本输出资料格式。

摄像模块主要由CCD摄像头和视频解码芯片组成，视频解码芯片为SAA7113H 芯片，其将模拟视频信号转换为PAL制的数字视频信号；单片机作为视频解码芯片的配置与数据采集控制器。

(二)数据通信单元的实现

数据通信单元块主要用来实现本实用新型与后台管理系统之间的数据传实时地将测试人员在基站采集到的各类数据发送给后台管理系统，本实用新型采用 4G通信模块实现数据通信单元，该模块是基于中国移动运营商GSM/GPRS/TD —SCDMA通信网络的数据传输和远程数据采集。

此外，数据显示单元采用常规的LCD显示成熟方式实现即可，此处不再赘述。

(三)具体电路连接关系如下：

BMP085型数字气压传感器的SDA端与单片机处理器的IO相连接，BMP085 型数字气压传感器的SCL端与单片机处理器的IO端相连接，BMP085型数字气压传感器的EOC端与单片机处理器的IO端相连。

ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO与STM32单片机处理器的IO相连接；ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL与STM32单片机处理器的IO 相连接，事实上构成一种I2C接口。ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO 与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD之间设置有第一电阻R1； ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD之间设置有第二电阻R2。也即是：串行数据端SDIO和串行通信时钟端SCL分别是I2C总线的数据线和时钟线，分别连接到单片机相应的I2C 总线管脚。第一电阻R1和第二电阻R2为接口上拉电阻。ADXL345型传感器的ADDR管脚通过第三电阻R3接地用来选择ADXL345型传感器的I2C地址。单片机处理器在读取ADXL345型传感器的寄存器数据时，先要读取内部地址0X00的DEVID，正确之后再进行其他寄存器的操作。因为一个ADXL345型传感器有唯一的ID号，而对这个ID号的读取是首要的任务。ADXL345型传感器的CS管脚通过第四电阻 R4接高电平使得ADXL345型倾角传感器工作在I2C模式。ADXL345的INT1管脚还连接到单片机处理器的中断信号输入端。ADXL345的电源端为VSS端，芯片内部传感器单元由VSS端供电，当然的，设计中希望电源电压噪声尽量降低，因此本实用新型在VSS端和VDD端的管脚附近均放置一个陶瓷电容器。此外，为了简化电路，我们将数字接口电源电压端VDD接在电源端VSS上。

VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口发送端TX与单片机处理器的串口接收端RXD相连接，VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口接收端RX与单片机处理器的串口发送端TXD相连接。

摄像模块主要包括CCD摄像头和视频解码芯片；视频解码芯片为SAA7113H 芯片；视频解码芯片的模拟视频信号输入口VIN与CCD摄像头的输出端相连接；视频解码芯片的数字视频信号输出口VOUT与单片机的并口相连接；视频解码芯片的时钟端SCL与单片机的IO相连接，视频解码芯片的数据端SDA与单片机的 IO相连接。

4G通信模块与单片机处理器相连接。

二、系统工作原理

(一)海拔高度测量原理

系统上电后首先进行单片机处理器复位待系统初始化完成之后，单片机处理器按照I2C协议读取BMP085气压传感器中的温度补偿值校正参数，该参数由 11个16位数据组成，存放在传感器的EEPROM中，每一只传感器有着唯一的补偿校正参数；经过温度补偿校正和软件滤波以后得到当前的大气压值，进而计算得出所对应的海拔高度值。

(二)倾角数据采集原理

ADXL345倾角传感器是基于重力加速度原理而设计的。ADXL345不直接测量倾斜角度，而是通过测量静止状态下X，Y，Z三轴的加速度，利用重力加速度与其在三轴加速度传感器的X，Y，Z三轴的分量关系，计算出各轴与重力加速度的夹角，从而得出倾角数据。从应用角度出发，本实用新型电路结构所要完成的主要功能在于如何采集、控制、存储并传输倾角数据，因此，传感器内部结构和详细工作机制与本实用新型的主要技术方案实现无关，这里不详细展开。

本实用新型将倾角传感器输出数字信号线SDA直接连接到单片机处理器的 IO引脚上，单片机处理器通过控制时钟线SCL的高低电平来控制传感器的工作方式，再进一步计算其加速度值，进而可以转换得到倾角值。本实用新型可以安装在移动基站的中心骨架处,也可通过专用安装支架固定在天线顶部。

单片机处理器采集、计算得到倾角值数据后必然要进行存储和传输。存储控制则是由本实用新型的FPGA控制器所完成的。

(三)经纬度测量模块采集原理

经纬度测量模块采用VK-162型经纬度测量模块是一个完整的卫星定位接收机，内建卫星接收天线，卫星接收核心采用最先进的SIRF第三代定位核心，提供高精度的定位信息，VK-162卫星定位系统获得精确经纬度信息的工作原理不属于本实用新型改进之处，这里不展开阐述。VK-162卫星定位系统USB、232 串口、TTL信号等接口使其与其它电子设备联系与沟通，本实用新型中VK-162 卫星定位系统通过TTL信号等接口与单片机处理器实现信号通信。

(四)摄像模块工作原理

本实用新型的工作原理如下：CCD摄像头将光信号转化为模拟视频信号，视频解码器(SAA7113H芯片)将模拟视频信号转换为PAL制的数字视频信号通过单片机的并口发送给单片机。

单片机的引脚P1.0和P1.1模拟I2C的SDA、SCL,按照I2C协议的时序对 SAA7113H芯片进行配置；根据实际需要单片机可设置SAA7113H芯片的相关功能，如配置芯片的寄存器、复位芯片、使能芯片、改变芯片模式等。显然，本实用新型利用单片机的两个输入输出端口模拟I2C的串行数据端SDA、串行时钟端SCL, 对SAA7113H芯片进行配置实现视频解码，以上结构使用单片机即可对SAA7113H 芯片进行设置，无须使用常见的专用图像处理器进行控制设置(比较常见的是采用DSP处理器对SAA7113H芯片进行设置和采集图像压缩处理)。

(五)数据通信单元工作原理

模块具有语音、短信、数据业务功能，数据业务上行峰值数据速率可达2.2 Mbit/s，下行峰值数据速率2.8Mbit/s。本实用新型设计除了考虑移动3G/4G 外，还对其他制式接口进行预留，可以根据实际情况来更换不同制式的模块 (CDMA/CDMA2000，GSM/WCDMA)。本实用新型选择好传输网络之后，按传输协议对请求的报文进行处理，之后将处理好的结果以报文形式上传。后台管理系统对智能采集仪命令字的定义包括帧头，数据长度，命令解析和数据解密。

以上便是本实用新型的详细实现方式、工作原理以及数据处理过程。通过以上阐述中，显见的是：基站工程参数采集装置必然会采集得到大量的各种基站工程参数，那么这些参数如何进行存储以备提取调用呢？常见的，会给基站工程参数采集装置外接64MB的SDRAM，实现数据存储。但是随着数据量逐渐增加，这对存储器的容量要求也随之增大，并且往存储器中存入数据时不能同时调用存储器中的数据，不能实现存储当前采集得到的数据的同时调用历史数据发送给管理中心的功能。并且，由于存取不能同时进行，数据存取的速度自然也比较低。

此外，基站工程参数采集装置通常会通过其GPRS通信模块实现将数据传输至管理中心，但是一旦GPRS通信出现故障则数据无法实时传输，因此基站工程参数采集装置采集得到的数据需要进行存储。

综上，本实用新型还可以配备专用的数据存储单元。

如图2所示，数据存储单元主要由基于FPGA实现的存储控制器以及第一存储器、第二存储器构成。本实用新型的单片机处理器与FPGA存储控制器之间通过SPI通信接口实现数据通信。

FPGA控制器采用Xlinx公司的Spartan-6系列FPGA控制器实现。Spartan-6 FPGA为Xilinx公司提供的低成本、低功耗FPGA。此系列最多含有150000个逻辑单元、集成式PCIExpress模块和3.125Gbps低功耗收发器。本实用新型中 FPGA控制器主要用于实现采集得到的大量数据的存储控制。

FPGA实现的存储控制器主要包括：串并转换单元、并串转换单元、第一计数器单元、第二计数器单元、数据分配单元和数据选择单元，具体的，这些数字逻辑单元都是FPGA设计中常见的数字模块可以利用原理图设计方式调用相应单元实现，这些单元最终均会被EDA工具综合形成具体的硬件电路结构；数据分配单元具有一路输入和两路输出；所述数据选择单元具有两路输入和一路输出；串并转换单元的输入端通过SPI串行通信接口的从设备数据输入线SDI与单片机处理器的IO相连接；串并转换单元的输出端与数据分配单元的信号输入端相连接，数据分配单元的第一输出端与第一存储器的数据输入端相连接，数据分配单元的第二输出端与第二存储器的数据输入端相连接；第一存储器的数据输出端与数据选择单元的第一输入端相连接，第二存储器的数据输出端与数据选择单元的第二输入端相连接，数据选择单元的输出端与并串转换单元的输入端相连接,并串转换单元的输出端通过SPI串行通信接口的从设备数据输出线SDO与单片机处理器的IO相连接；数据分配单元的数据分配端与单片机的IO相连接；数据选择单元的数据选择端与单片机的IO相连接；第一存储器的地址端与第一计数器的输出端相连接、第二存储器的地址端与第二计数器的输出端相连接。

其工作过程可以归纳如下：

如何将工程数据存入存储器：

单片机处理器可以将各个传感器单元采集得到的工程数据送入FPGA内部的串并转换单元，串并转换单元将数据转为并行数据后送入数据分配单元后，数据分配单元可以选择将数据分配送入第一存储器(设置在FPGA外部的SRAM存储器)，也可以选择将数据分配送入第二存储器；当然，数据分配单元的数据分配端信号决定了将数据分配给哪一个存储器(例如高电平分配给第一存储器，低电平分配给第二存储器)，数据分配单元的数据分配端信号由单片机的IO发送。此外，第一存储器的地址数据由第一计数器通过对工作时钟进行计数的方式实现提供；第二存储器的地址数据由第二计数器通过对工作时钟进行计数的方式实现提供。以上过程实现了数据的写入(数据流向是：各类传感器-单片机-FPGA-外部SRAM 存储器)。

在实现工程数据存储写入的同时，数据也可以被单片机读取，而后经通信模块传递给平台中心。其工作原理如下：

存储在第一存储器或者第二存储器中的数据可以通过数据选择单元的两个输入端被读出，经由数据选择单元的输出端传递给并串转换单元的输入端，并串转换单元的数据输出端通过SPI串行通信接口的从设备数据输出线SDO与单片机处理器的IO相连接，因此数据可以实现被单片机读取。当然，数据选择单元的数据选择端信号也由单片机提供(例如选择端为高电平时，数据选择器的输出端与第一输入端接通，将第一存储器的数据传递给并串转换单元的输入端)。当然，第一存储器的地址数据还是由第一计数器通过对工作时钟进行计数的方式实现提供；第二存储器的地址数据还是由第二计数器通过对工作时钟进行计数的方式实现提供。

以上过程实现了数据的读出(数据流向是：外部SRAM存储器-FPGA-单片机)。

由以上工作机制分析，我们可以清楚看到：第一存储器和第二存储器可以同时工作，例如当第一存储器被写入时，第二存储器可以被读出，两片SRAM被交替读写，显而易见的是数据存取工作效率得到提高，由于上述FPGA实现的存储控制器由于是纯数字硬件实现，因此电路工作速度和稳定性都由于单片机这种软件依赖程度高的设计，可以说既实现了高速存取，又实现了稳定运行。本实用新型采用两个计数器实现地址产生使得设计更为灵活，具体的，通过计数器的置数端可以分别发送任意地址信号从而实现对任意存储单元数据的读出调取。事实上两个外部存储器可以采用同一个地址数据产生器(计数器)也能实现本实用新型的数据存取功能。

并且，如果增设了FPGA存储控制器后，视频解码芯片的数字视频信号输出口VOUT可以不与单片机的并口相连接；而直接与FPGA存储控制器的IO相连接， SAA7113H芯片将模拟视频信号转换为PAL制的数字视频信号，通过FPGA存储控制器将数字信号暂存到第一存储器或者第二存储器中，并且FPGA具有强大的数据处理能力，可以在FPGA内部增设图像压缩处理单元，FPGA读取暂存的PAL制的数字视频信号数据后可以进行压缩处理然后通过单片机控制的通信单元进行上传，这样可以充分利用FPGA的高速并行处理能力，使图像处理的实时性得到大幅度提高，且使得图像处理传输速度快，电路体积小。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基站工程参数采集装置，其特征在于，它由：参数采集控制单元、数据显示单元和数据通信单元构成；

所述参数采集控制单元包括：单片机处理器、海拔高度测量模块、倾角测量模块、经纬度测量模块和摄像模块；

所述单片机与数据显示单元相连接；所述数据通信单元由4G通信模块构成，所述4G通信模块与单片机处理器相连接；

所述海拔高度测量模块由BMP085型数字气压传感器组成；所述BMP085型数字气压传感器的SDA端与单片机处理器的IO相连接，所述BMP085型数字气压传感器的SCL端与单片机处理器的IO端相连接，所述BMP085型数字气压传感器的EOC端与单片机处理器的IO端相连接；

所述倾角测量模块由ADXL345型倾角传感器构成；所述ADXL345型倾角传感器具有数字接口电源电压端VDD、串行数据端SDIO、串行通信时钟端SCL、片选端CS、地址选择端ADDR、第一中断输出端INT1和第二中断输出端INT2；所述ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO与所述单片机处理器的IO端相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL与所述单片机处理器的IO端相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行数据端SDIO还通过第一电阻R1与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；所述ADXL345型倾角传感器的串行通信时钟端SCL还通过第二电阻R2与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；所述ADXL345型倾角传感器的地址选择端ADDR通过第三电阻R3接地；所述ADXL345型倾角传感器的片选端CS通过第四电阻R4与ADXL345型倾角传感器的数字接口电源电压端VDD相连接；

所述经纬度测量模块由VK-162型经纬度测量模块构成；所述VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口发送端TX与单片机处理器的串口接收端RXD相连接，所述VK-162型经纬度测量模块的TTL电平串口接收端RX与单片机处理器的串口发送端TXD相连接；

所述摄像模块包括CCD摄像头和视频解码芯片；所述视频解码芯片为SAA7113H芯片；所述视频解码芯片的模拟视频信号输入口VIN与CCD摄像头的输出端相连接；视频解码芯片的数字视频信号输出口VOUT与单片机的并口相连接；视频解码芯片的时钟端SCL与单片机的IO相连接，视频解码芯片的数据端SDA与单片机的IO相连接。