CN210626940U - 一种通信基站全场景的能耗监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通信基站全场景的能耗监测系统，涉及通信领域，它包括能耗监测终端，能耗监测终端包括控制模块、电源管理模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块；所述电源管理模块与控制模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块连接，实现电源供应；能耗计量模块和定位模块的输出端与控制模块的输入端连接；控制模块和通信模块相互连接，实现数据通信。可以很好地解决通信基站场景内的设备级能耗监测、油机发电监测、机房电池续航能力监测、开关电源能效监测、精准定位和高温告警等多种与通信基站能耗监测相关的业务需求；同时又解决了传统通信基站能耗监测方式中“数据统计颗粒大”，无法满足运营商之间进行费用结算的问题。

Description

一种通信基站全场景的能耗监测系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信基站全场景的能耗监测系统。

背景技术

根据相关数据统计显示，2017年我国三大通信运营商的总耗电量为556.8亿度电，相当于829万吨标准煤所产生的能量，占整个社会综合能耗的0.9％。而在通信网络耗电中，通信基站的耗电量占总耗电量的60％以上；另外，近年来随着5G网络的规模部署，通信基站的数量将大幅增加，用电成本将成为通信运营商的主要成本，因此，如何解决好通信基站节能降耗问题已经成为通信运营商降本增效的重要手段之一。

而通信运营商想要解决好通信基站的节能降耗问题，首先要能掌握通信基站设备的详细能耗数据及其变化情况，然后才能有针对性地指定有效地实施方案。通信基站主要的能源消耗是电能消耗，目前，运营商针对通信基站能耗采用的监测方式主要有两种：一种是人工抄表方式，这种方式由于数据统计不准确、统计周期过长、人力资源耗费大等缺点已经逐渐被运营商所淘汰；另一种是传统远程抄表方式，这种方式主要是通过将通信基站原有的机械电表更换为具备远程数据回传功能的智能电表，使通信基站总能耗数据能够按照设定的数据发送周期及时地回传到运营商的能耗监测平台，从而实现通信基站能耗监测的一种方式。然而在通信基站基础设施共建共享的大背景下，这种以通信基站机房/机柜总能耗为监测对象的传统远程抄表能耗监测方式逐渐显露出了自己在通信基站全场景能耗监测能力方面的不足，主要体现在以下三个方面。

(1)数据统计颗粒大；以通信基站为数据统计的基本单位，进行“打包统计”通信基站的整体能耗，无法精确统计各运营商自有的通信基站设备能耗。

(2)业务能力有限；以“市电供电”的能耗为主要监测对象，不具备设备级能耗监测、油机发电监测、机房电池续航能力监测、开关电源能效监测、精确定位和高温告警等多种与通信基站能耗监测相关的业务功能，无法满足通信基站全场景能耗监测业务的需要。(3)数据回传方式落后，存在网络退网、中断服务的风险；采用2G(GSM、GPRS、CDMA 1X)、3G(HSPA、EVDO)作为数据的主要回传方式，无法很好地承载“大连接场景”的物联网业务；同时，随着运营商2G、3G网络退网进程的加快，传统远程抄表的通信基站能耗监测方式将可能面临“无网可用”的尴尬局面。

鉴于通信基站的人工抄表方式将会逐渐被淘汰，而传统远程抄表方式又无法承载基站全场景能耗监测业务的现实情况，提供一种既能够满足通信基站能耗设备级精准监测业务需求，同时又能够承载通信基站全场景能耗监测业务的能耗数据采集系统成为有待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通信基站全场景的能耗监测系统，解决了现目前传统远程抄表方式无法承载基站全场景能耗监测业务的现实情况的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种通信基站全场景的能耗监测系统，它包括能耗监测终端，能耗监测终端包括控制模块、电源管理模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块；所述电源管理模块与控制模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块连接，实现电源供应；能耗计量模块和定位模块的输出端与控制模块的输入端连接；控制模块和通信模块相互连接，实现数据通信。

进一步地，控制模块包括主控MCU芯片，电源管理模块与主控MCU芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接；通信模块与主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接；能耗计量模块的输出端与主控MCU芯片的第29和32引脚连接。

进一步地，电源管理模块包括系统电源降压电路、市电降压电路和电池充电电路；系统电源降压电路和市电降压电路的输出端与电池充电电路的输入端连接。

进一步地，所述电源管理模块还包括系统电源开关电路、MCU供电电路和外围扩展电源电路；系统电源开关电路的一端与电池充电电路连接，另一端与MCU供电电路和外围扩展电源电路连接；MCU供电电路与所述主控芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接。

进一步地，所述能耗计量模块包括交流能耗计量电路和直流能耗计量电路；交流能耗计量电路包括交流计量芯片ATT7022E，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第29引脚；直流能耗计量电路包括直流计量芯片ATT7053，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第32引脚。

进一步地，所述定位模块包括MAX-7C芯片，其信号输出端与所述主控MCU芯片的第40和41引脚连接。

进一步地，还包括外接传感器，外接传感器将采集的信号输入到所述主控MCU芯片的第10和46引脚连接。

进一步地，通信模块包括BC28芯片，BC28芯片与所述主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接。

进一步地，所述能耗监测终端还包括接口模块；接口模块包括外接通信扩展板接口、GPS定位扩展板接口和数据接口。

进一步地，所述能耗监测终端还包括存储模块；存储模块与所述主控MCU芯片的第5和6引脚连接。

本实用新型的有益效果是：一种通信基站全场景的能耗监测系统，可以很好地解决通信基站场景内的设备级能耗监测、油机发电监测、机房电池续航能力监测、开关电源能效监测、精准定位和高温告警等多种与通信基站能耗监测相关的业务需求；同时又解决了传统通信基站能耗监测方式中“数据统计颗粒大”，无法满足运营商之间进行费用结算的问题。

附图说明

图1为系统的结构图；

图2为控制模块电路图；

图3为系统电源降压电路图；

图4为市电降压电路图；

图5为电池充电电路图；

图6为系统电源开关电路图；

图7为MCU供电电路图；

图8为外围扩展电源电路图；

图9为电压检测电路图；

图10为交流能耗计量电路图；

图11为直流能耗计量电路图；

图12定位模块电路图；

图13通信模块电路图；

图14为接口模块电路图；

图15为存储模块电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种通信基站全场景的能耗监测系统，它包括能耗监测终端，能耗监测终端包括控制模块、电源管理模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块；所述电源管理模块与控制模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块连接，实现电源供应；能耗计量模块和定位模块的输出端与控制模块的输入端连接；控制模块和通信模块相互连接，实现数据通信。

进一步地，如图2所示，控制模块包括主控MCU芯片和一些外围电路，主控MCU芯片型号为STM32F072C8T6，电源管理模块输出3V电压与主控MCU芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接，实现控制模块的供电；通信模块与主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接，实现数据的相互通信；能耗计量模块的输出端与主控MCU芯片的第29和32引脚连接；主控MCU的第12、13、39、22、21和38实现通信输出。

进一步地，如图3-图5所示，电源管理模块包括系统电源降压电路、市电降压电路和电池充电电路；系统电源降压电路和市电降压电路的输出端与电池充电电路的输入端连接。

系统电源降压电路包括电源管理芯片MP9486GN及其外围电路，将输入的48V系统电源降压到4.2V电压输入到电池充电电路中；电池充电电路包括芯片ME4054及其外围电路，该芯片与电池接口J1连接，电池接口J1上搭载3.7V/2000mAh的锂电池；4.2V的SYSTEM_VCC电压连接到ME4054芯片U2的第4引脚；市电降压电路包括电源芯片FA3-220S05芯片以及外围电路，220V交流电从电源芯片FA3-220S05芯片的第1和2引脚输入，最后输出端连接到ME4054芯片U2的第4引脚上。

进一步地，如图6-图8所示，所述电源管理模块还包括系统电源开关电路、MCU供电电路和外围扩展电源电路；系统电源开关电路的一端与电池充电电路连接，另一端与MCU供电电路和外围扩展电源电路连接；MCU供电电路与所述主控芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接。

系统电源开关电路的BAT_4.2V端连接到ME4054芯片U2的第3引脚上，SYSTEM_4V端与MCU供电电路中U4芯片的第2引脚和外围扩展电源电路中U5芯片的第1引脚连接，并与通信模块连接实现通信模块的供电需求，实现外围扩展电源与电池供电的切换；MCU供电电路通过U4芯片将4V电压转换为3V电压，实现对控制模块的供电需求；外围扩展电源电路通过U5芯片将4V电压转换为3.3V电压，实现对存储模块、接口模块和能耗计量模块的供电需求。

进一步地，如图9所示，能耗监测终端还包括电压检测电路，电压检测电路包括系统电压检测电路和电池电压检测电路；系统电压检测电路连接到系统电源降压电路的SYSTEM_VCC端，实现系统降压的电压检测；电池电压检测电路连接到电池充电电路中ME4054芯片U2的第3引脚上。

进一步地，如图10和图11所示，所述能耗计量模块包括交流能耗计量电路和直流能耗计量电路；交流能耗计量电路包括交流计量芯片ATT7022E及其外围电路，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第29引脚；直流能耗计量电路包括直流计量芯片ATT7053及其外围电路，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第32引脚。

交流计量芯片ATT7022E的第2、35、36、37、38引脚分别与主控MCU芯片的第29、25、26、27、28引脚连接，实现交流能耗数据的传输；直流计量芯片ATT7053的第2、35、36、37、38引脚分别与主控MCU芯片的第32、25、26、27、28引脚连接，实现直流能耗数据的传输；利用对电压和电流采样，通过计量芯片转换为实际电能的数字数据(电能脉冲)输出。终端针对通信基站环境中的交流设备和直流设备分别设置了专门的高精度计量芯片ATT7022E和ATT7053进行不同类型设备能耗的独立计量，计量芯片可以实现交流和直流的电压、电流采样，然后通过一系列的运算把有功功率、总有功功率、无功功率、总无功功率、相有功电度、总有功电度、相无功电度、总无功电度等能耗参数数据以脉冲的方式通过SPI总线传送给控制模块。

进一步地，如图12所示，所述定位模块包括MAX-7C芯片U2和芯片U3及其外围电路，其信号输出端与所述主控MCU芯片的第40和41引脚连接。

系统电源开关电路的SYSTEM_4V端与芯片U3的第1引脚连接，MCU供电电路的SYSTEM_3V端与芯片U2的第6引脚连接；芯片U3的第3引脚和芯片U2的第2引脚与主控MCU的第41和40引脚连接，实现位置信息的传输。

进一步地，还包括外接传感器，外接传感器将采集的信号输入到所述主控MCU芯片的第10和46引脚连接。

外部传感器主要指霍尔传感器，该传感器支持0.1～60A宽额定输入电流，工作温度支持-20℃～50℃；另外，该传感器为开口式，在通信基站机房内可以不切断电源直接进行霍尔传感器的安装，极大的增加了系统在通信基站场景下部署的便利性。通过霍尔传感器可以采集通信基站内的交流设备功耗(例如：空调功耗、照明功耗、其他零时交流设备功耗等)、直流设备功耗(例如：基站主设备功耗、传输主设备功耗、其他直流设备功耗)、开关电源柜转换效率、油机发电情况等各种监测数据，然后通过有线的方式将监测数据发送给能耗监测终端。还包括温湿度传感器实现采集通信基站内的温湿度数据，可以根据客户的需要按需设定温湿度数据更新的周期，以便于适应不同通信基站对温湿度监测的需求。

进一步地，如图13所示，通信模块包括BC28芯片，BC28芯片与所述主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接。

通信模块为NB-IoT通信模块，其包括有BC28芯片U1、SIM卡座和SIM卡；SIM卡插接在SIM卡座上，SIM卡座连接到BC28芯片U1的第14、13、12、11、10和27引脚上。

进一步地，如图14所示，所述能耗监测终端还包括接口模块；接口模块包括外接通信扩展板接口J7、GPS定位扩展板接口J6、数据接口J10和外围电源电路接口J8和J9。

GPS定位扩展板接口J6连接到主控MCU的第40和41引脚上，外接通信扩展板接口J7连接到主控MCU的第30和31引脚上，外围电源电路接口J8连接到系统开关电路的两端，接口J9连接到MCU供电电路的SYSTEM_3V端；数据接口J10的第1和2引脚连接芯片U7的第6和第7引脚，芯片U7的第4、3、2、1引脚分别连接到主控MCU的21、38和22引脚上；数据接口J10上连接有外部传感器，其第4和5引脚将采集的数据信息传输到到主控MCU的10和46引脚上。

进一步地，如图15所示，所述能耗监测终端还包括存储模块；存储模块与所述主控MCU芯片的第5和6引脚连接。存储模块包括芯片U10，芯片U10的第5和6引脚连接到主控MCU的第5和6引脚上，芯片U10的第8引脚与MCU供电电路的SYSTEM_3.3V电压端连接，实现存储模块的供电需求。

还包括连接电缆，连接电缆作为外部监测数据传输的物理通道，包括：能耗监测终端与各监测单元霍尔传感器的连接电缆、能耗监测终端与通信基站电池监测点的连接电缆。

能耗监测终端与各监测单元霍尔传感器的连接电缆为2.5mm²*3(电源线型号：RVVZ)的铜芯电源线，主要用于传输霍尔传感器采集的电压、电流等模拟信号，实际的线缆配置长度根据能耗监测终端与各监测单元霍尔传感器实际安装的相对位置进行确定。

能耗监测终端与通信基站蓄电池监测点的连接电缆为4mm²*2(电源线型号：RVVZ)的铜芯电源，主要用于采集通信基站机房/机柜蓄电池的电压，实际的线缆配置长度根据能耗监测终端与通信基站蓄电池监测点的相对位置进行确定。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：它包括能耗监测终端，能耗监测终端包括控制模块、电源管理模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块；所述电源管理模块与控制模块、能耗计量模块、定位模块和通信模块连接，实现电源供应；能耗计量模块和定位模块的输出端与控制模块的输入端连接；控制模块和通信模块相互连接，实现数据通信。

2.根据权利要求1所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：控制模块包括主控MCU芯片，电源管理模块与主控MCU芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接；通信模块与主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接；能耗计量模块的输出端与主控MCU芯片的第29和32引脚连接。

3.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：电源管理模块包括系统电源降压电路、市电降压电路和电池充电电路；系统电源降压电路和市电降压电路的输出端与电池充电电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：所述电源管理模块还包括系统电源开关电路、MCU供电电路和外围扩展电源电路；系统电源开关电路的一端与电池充电电路连接，另一端与MCU供电电路和外围扩展电源电路连接；MCU供电电路与所述主控MCU芯片的第1、7、8、20、24和28引脚连接。

5.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：所述能耗计量模块包括交流能耗计量电路和直流能耗计量电路；交流能耗计量电路包括交流计量芯片ATT7022E，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第29引脚；直流能耗计量电路包括直流计量芯片ATT7053，其通过第2引脚将数据信号传输到所述主控MCU芯片的第32引脚。

6.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：所述定位模块包括MAX-7C芯片，其信号输出端与所述主控MCU芯片的第40和41引脚连接。

7.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：还包括外接传感器，外接传感器将采集的信号输入到所述主控MCU芯片的第10和46引脚连接。

8.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：通信模块包括BC28芯片，BC28芯片与所述主控MCU芯片的第30、31和42引脚连接。

9.根据权利要求1所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：所述能耗监测终端还包括接口模块；接口模块包括外接通信扩展板接口、GPS定位扩展板接口和数据接口。

10.根据权利要求2所述的一种通信基站全场景的能耗监测系统，其特征在于：所述能耗监测终端还包括存储模块；存储模块与所述主控MCU芯片的第5和6引脚连接。

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