基站温湿度控制系统设计.docx
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基站温湿度控制系统设计
密级：
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文
THESISOFBACHELOR
（2009—2013年）
题目基站温、湿度控制系统设计
学院：
信息工程学院系自动化
专业班级：
测控技术与仪器112班
起讫日期：
2013-3-15~2013-6-2
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
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学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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涉密论文按学校规定处理。
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日期：
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
南昌大学
学士学位论文原创性申明
本人郑重申明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
作者签名：
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于
不保密□。
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日期：
基站的温、湿度控制系统设计
摘要
这几年，通讯行业发展迅速，基站的规模也不断扩大。
基站对环境的稳定性、可靠性等的要求很高，为了提高基站内的设备工作质量和安全性，要对基站内的温度、湿度进行监控。
因此，本文进行了基站温、湿度控制系统的设计，对基站的温、湿度测量和控制。
本温、湿度控制系统使用温度、湿度传感器对基站的温、湿度进行采集，单片机实时读取并转换温度、湿度传感器的模块，通过显示模块，实时地了解基站的温、湿度大小，并通过键盘设置系统的各种参数，系统会通过继电器控制风机和空调，将基站内的温、湿度控制在预先设置的参数范围内，达到维持基站内微正压，节能降耗的效果。
该系统的硬件主要有以下5模块组成：
1、温湿度采集模块，2、温湿度控制模块，3、中央处理模块，4、键盘显示模块，5、通讯报警模块。
该系统的软件主要有以下6模块组成：
1、系统主程序，2、温湿度采集模块，3、串行通讯模块，4、显示模块，5、中断延时模块，6、键盘输入模块。
关键词：
基站、温度、湿度、单片机、硬件、软件
DesignofTemperatureandhumiditycontrolsysteminthebasestations
Abstract
Inrecentyears,therapiddevelopmentofthecommunicationsindustryalsoexpandedthesizeofthebasestation.Thebasestationneedahigherenvironmentalstabilityandreliabilityrequirements,inordertoimprovethequalityandsafetyoftheequipmentwithinthebasestation,tomonitorandcontrolthetemperatureandhumidityofthebasestation.Therefor,thispaperdesignsthetemperatureandhumiditycontrolsystemofbasestation,tomeasureandcontrolthetemperatureandhumidity.
Thetemperatureandhumiditycontrolsystemcollectthetemperatureandhumidityofthebasestationbythetemperatureandhumiditysensors,transferthesignaltothemicrocontroller,toknowthesizeofthetemperatureandhumidityofthebasestationinreal-timebythedisplaymodule,andsetthevariousparametersofthesystembythekeyboard,thesystemwillcontrolfanandairconditioningbytherelay,sothatthetemperatureandhumidityofthebasestationwithintheparameterssetinadvance,sotheslightlypositivewillbemaintained,theenergywillbesaved
Thehardwareinthesystemcontainssixparts:
1.temperatureandhumidityinandoutacquisition,2.Temperatureandhumiditycontrol,3.Centerprocessing,4.Keyboardanddisplay,5.Communicationandalarm
Thesoftwareinthesystemcontainssomepartsasfollow:
1.mainprogram,2.thetemperatureandhumidityacquisitionmodule,3.theserialcommunicationmodule,4.displaymodule,5.interruptanddelaymodule,6.keyboardinputmodule.
Keywords:
basestation,temperature,humidity,single-chip,hardware,software
第一章绪论
1.1基站的介绍
基站是移动通信的无线电台基站，在一个拥有无线电的范围内，进行信息的接收和发送的电台站。
我国的移动通信运营商十分重视基站的建设问题，而基站的建设有许多需要考虑的因素：
覆盖面的大小；维修的便捷性；用户的通话质量的高低；建设的难度大小；收益如何等等。
现在移动通信都在向大数据化、分组化发展，因此，基站的发展趋势也会跟着走，一定会宽带化、大覆盖化、IP化发展。
选择基站有4个十分重要的因素，分别为：
配套、性能、使用要求和兼容性。
其中最重要的一点是兼容性——设备和移动通信交换中心的兼容性。
基站收发台和基站控制器是基站子系统的两类主要设备。
基站收发台负责移动信号的接收和发送，主要构成是无线接/发设备、无线和有线特有的信号处理部分。
而基站的控制器是基站子系统的控制器，主要由4部分组成，分别为：
小区控制器、信号通道控制器、多路端接口和语音通道控制器。
一个基站控制器控制着几个基站收发台，负责着所有通道接口的管理。
当你使用手机时，它负责打开一个信号通道，通话结束时关掉信号通道，留给下一个使用手机的人。
基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通讯和无线终端之间的无线信号传输，所以基站在通讯网络中的位置如下图1-1所示。
图1-1基站在通讯网络中的位置
1.2我国基站的耗能现状
能源问题一直是世界各国关心的重要问题，因为能源是人类基本生活和发展进步的物质基础。
人类使用的能源主要有4种：
石油、天然气、煤矿和电力。
进入21世纪以后，能源相关的问题越来越得到人类的重视。
如何开采，如何使用，如何运输，如何节能等等方面。
准确地说，能源问题已经不是一个国家的问题，而是全世界都要重视的问题。
目前，中国是世界第二大的能源生产国和消费国，能源供应是我国经济社会发展的重要支柱。
我国的能源资源总量比较丰富，其中煤炭占主导地位，2006年，煤炭保有资源量大约有10000多亿吨，剩下来可开采的煤炭量约占世界的13%，排在世界第三位。
虽然我中能源资源总量比较丰富，但是人均能源资源占有量较低。
煤炭资源人均占有量只有世界平均水平的一半，石油、天然气人均资源占有量只有世界平均水平的1/15左右。
对于电力资源，中国存在短缺现象。
节能减耗已成为全社会关注的问题，特别是通信基站的节能减耗成为众多节能项目的重中之重。
我国通讯网络中基站空调的用电量就相当惊人，每年70亿度，整个行业每年用电量更不用说了，达到200亿度以上。
而通信行业的耗能主要集中在通信设备和机房设备上的能耗。
其中机房的空调耗电量所占的比例最大，有45%左右。
目前，机房的空调大部分设置只是设置一个温度，而且部分地区是全年开启，导致电力很大地浪费。
而根据电子设备运行的相关规定：
一般机房温度保持10-35℃，湿度为10%-90%，机房的空调可以跟制热系统配合起来使用，节能减耗的空间很大。
1.3建设温湿度控制系统的重要性
1、减少电费开支以增加运营收益
随着通信市场的竞争日益增长，减少每年的固定开支来减少成本是一个增长运营收益的有效办法。
而基站的电费每年都是一笔很大的开支，运营商们想尽所有办法来减少基站的耗电量，基站节能控制系统能给予了很大的帮助。
据统计：
一个采用了基站节能控制系统的基站，它的电费开支是只用空调控制的基站的45%，减少到了原来的一半以下，很大地增加了运营商的收益。
2、节约用电以弥补电力供电不足
我国人均电力资源占有量低于世界平均水平，大部分省份都存在用电量不足的问题，有些地区甚至出现了拉闸限电的现象。
在这样用电紧张的情况下，各省市提出计划用电的方案，而对于用电需求量比较大的通信行业来说，节约用电可以弥补用电不足的问题。
3、维持机房的环境稳定以提高设备运行的稳定性
现在大部分基站的机房使用的都是家用空调，基本上是用强行制冷或者制热，这并不是最好的控制方案。
如果采用基站节能控制系统来控制，并根据基站内外的温湿度，对空调自动控制，是设备在更适合的温湿度的条件下工作，进一步提高设备的运行稳定性。
1.4基站的发展趋势
基站的发展趋势主要有以下5点：
1、基站将呈现开放式模块化，进一步缩小其体积，分布式的基站未来会进一步强化它的灵活性，在将来复杂的无线环境下起到主要作用。
2、未来，基站将会支持大容量、多载波，具有更高的集成性，更低的功耗，更高的性能。
3、高功率效率。
功放有两种主要的实现方式，一种方式是DSP加IPTA，它采用了软件技术，另一种方式是采用专用的集成芯片，它的有点事芯片能够批量生产，可以有效地降低成本和增强系统的可靠性。
4、IP化发展。
现今移动通信网络整体都在向全IP方向发展，无论是从核心网到无线网到终端。
IP化必须得到基站设备和传输的注重，为了降低TDM网络升级为全IP网络所产生的风险。
5、一些新的室内覆盖解决方案被提出来。
随着3G的普及，多媒体业务量大大增加。
覆盖解决方案有必要被丰富，各种室内覆盖的设备市场需要被细分，提出全面的、适应各个地区的覆盖解决新方案。
2015年已经在全面普及4G了。
第二章总体方案
2.1总体方案概述
基站温湿度控制系统设计是基于89C51单片机设计的智能控制基站内外温湿度的系统，首先是通过温度传感器（DS18B20）和湿度传感器（HS1101）对基站内外的温湿度信号进行采集，单片机读取并处理温湿度传感器的数据，最后通过LCD液晶显示模块实时显示基站的温湿度信息。
本控制系统的键盘控制选用专用接口芯片8279。
键盘各个键相应地接在8279的回馈线RL0—RL7上。
LCD-1602液晶显示连接在8279的OUT1-OUT8和单片机的P2.2-P2.4上，液晶部分还添加了一个滑动变阻器来控制液晶显示的亮度。
键盘按键可以预先对温湿度设置一个设定值，单片机通过低压继电器对空调和风机进行控制，使基站内外的温湿度维持在一定的范围内。
当温度或湿度超过设定值，且无法通过空调和风机改变时，系统则会启动报警电路，通知工作人员进行及时的检修。
2.2系统工作原理
本设计中需要设置的参数：
机房内外的湿度上、下限，机房内外温度上、下限，空调开启温度，风机开启温度，机房内强制降温的温度，机房内强制报警的温度等。
系统工作原理：
传感器把测量的温、湿度数字信号传送到单片机，信号与储存的温、湿度的设置值比较，单片机产生高低电平信号对继电器上电，通过继电器对风机、空调的开关控制，利用风机、空调联动系统从而使温、湿度得到控制，达到控制机房内外的温湿度的效果，也起到了节能减排的作用。
2.3系统总体方案结构图
图2-1系统总体方案结构图
2.4系统各模块概述
1、数据采集模块
此模块主要由传感器组成，温度传感器使用DS18B20，湿度传感器使用HS1101，因为这两个传感器可以直接实现数据采集、A/D信号转换、数字信号输出等功能，所以只需要简单的辅助电路，就可以实现温湿度的采集和转换。
2、键盘显示模块
键盘模块采用的是最简单的非编码键盘，不仅可以使按键数增加，还可节省硬件消耗，使电路变得简单。
单片机通过行扫描确定键值，然后采取相应操作，具体过程见以下键盘模块的具体介绍。
传感器将采集的温湿度模拟信号转换为数字信号，并输送给单片机处理，再送到P2口，最后在LCD-1602中动态显示。
温度和湿度分别会在液晶屏上标明。
3、中央处理模块
本控制系统用的单片机是89C51单片机，下文会详细介绍89C51，这里不多加介绍。
4、温湿度控制模块
根据要求，本文采用风机和空调的联动操作原理，使两者协同工作，单片机把控制信号输送到相应三极管放大电路，来完成对继电器的控制，从而实时控制风机和空调运作方式，维持室内温湿度的稳定和正常。
5、通信报警模块
基站中所有设备的运行情况都需要自动检测、诊断、修复，因为基站的设备运行都是在无人的情况下。
引入SIM900模块便于完成单片机与控制中心的通讯，保持系统运行的安全性和稳定性。
还引入了报警电路，当温度或湿度过高时，报警模块启动，并通过SIM900模块发送报警短信到控制中心，以通知工作人员进行及时地检修。
第3章硬件设计
3.1电路总体设计
本系统硬件电路的设计采用分模块的思想，各个子模块单独设计，并提供合适的接口，整个系统通过各自的接口连接为一个整体。
这样做，首先可以保证每个模块的独立性，方便灵活的组装，另一方面，在系统维护阶段，可以在不影响整体性能的前提下，对系统中某个模块进行修改或者升级。
考虑到本系统的要求，自动调整基站温湿度，则要求系统中必须包含温湿度数据采集电路，空调、风扇控制驱动电路，还有最重要的核心控制模块电路；同时，为了方便维护人员维护，在现场增加液晶显示模块与异常报警电路来提醒温湿度的异常。
而基站通常是无人值守的，所以为了在这种情况下能够及时发现环境异常，本系统中加入了GPRS蜂窝无线通信模块电路，用来定时将温湿度数据上传至服务器，并在出现异常的情况下，将异常提醒短信发送至设备维护人员，保证系统及时得到维护。
电路主要可以分以下几个模块：
1温湿度采集模块
温湿度采集模块的功能就是使用温湿度传感器，采集基站的温湿度信息，该模块的设计本着精度与成本兼顾的最优化思想，采用了比较成熟稳定的温湿度传感器，以此给系统提供可靠的数据源。
2键盘显示模块
键盘显示模块中包含了键盘输入模块电路与液晶显示电路。
作为系统的人机接口模块，考虑到现场环境的需要与实时的系统的调整，本系统采用了非编码的矩阵键盘作为输入，能够提供较为丰富的按键功能；液晶显示器采用了成熟稳定的液晶显示器，能够满足现场实时显示的要求。
3中央处理模块
中央处理模块是系统正常运行必不可少的控制中枢。
为了保证系统的高可靠性，可维护性及可扩展性，本系统选用了工业微型控制器作为控制中枢，该控制器成熟稳定，且使用方便，接口丰富，便于扩展。
4温湿度控制模块
温湿度控制模块的任务就是驱动执行机构对温湿度进行调节。
本系统利用基站中已经存在的风机和空调，作为控制执行机构，系统主要设计了驱动电路来驱动风机和空调的运行与停止，使得系统的温湿度调节自动化、智能化。
5通讯报警模块
通讯报警模块的主要任务是通过互联网上传实时的温湿度数据，并在发生异常的情况下进行报警，包括现场蜂鸣报警与远程短信报警。
让工作人员随时了解基站的健康状况，使得基站的管理透明化、智能化。
总体电路原理图如图3-1所示：
图3-1总体电路图
3.2温湿度采集模块电路设计
3.2.1温度采集模块设计
一般基站是建立在野外的中的，环境温度变化比较大，因此温度传感器的选型要满足宽温度变化范围，同时要保证准确性。
基于这种思想，本系统选择了DS18B20数字温度计作为温度传感器。
1、DS18B20的特点：
·单总线接口，只要一个端口引脚线就可以通信
·每个器件的ROM都有一个独特的64位串行码
·具有多点能力
·不需要其他外围元件
·可以使用数据线供电，电压范围是3.0V～5.5V
·能够测量的温度范围：
-55℃～+125℃
·用户可以设定分辨率（从9-12位中选择）
·内部设有温度上下限和报警装置
2、DS18B20引脚说明
DS18B20的引脚图如下图3-2所示：
图3-2DS18B20引脚排列
DS18B20引脚功能描述如下表3-1所示：
表3-1DS18B20引脚功能描述
序号
名称
引脚功能
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
对于单线操作：
漏极开路。
当工作在寄生电源模式模式时用来提供电源。
3
VDD
可选用的VDD引脚。
工作与寄生电源模式时VDD必须接地。
3、DS18B20的使用方法
因为DS18B20采用的是一根数据线实现双向传输，因此，它对读写数据位的时序要求十分严格。
DS18B20采用的时序协议是：
初始化时序、读时序、写时序。
下面我对时序协议简单介绍下：
DS18B20初始化时序
图3-3DS18B20初始化时序
DS18B20读时序
图3-4DS18B20读时序
DS18B20的写时序
图3-5DS18B20的写时序
4、DS18B20的内部结构
DS18B20的内部结构如图3-6所示：
图3-6DS18B20的内部结构
DS18B20有4个主要的数据部件：
（1）64位激光Rom。
（2）温度灵敏元件。
（3）非易失性温度报警触发器TH和TL。
（4）配置寄存器。
DS18B20在0时序按此寄存器将温度转换成相应的数值，其各位定义如下表3-2所示：
表3-2配置寄存器结构
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
MSB
DS18B20配置寄存器结构
LSB
其中TM（测试模式标志位），在出厂前被写入0，不可以被改变。
R0、R1（温度计分辨率设置位），它的对应四种分辨率如下表3-3所示：
表3-3置配寄存器与分辨率关系表
R0
R1
温度计分辨率/bit
最大转换时间/us
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
730
高速暂存存储器
当温度转换命令发布后，温度值会以二进制补码的形式存放在高速暂存存储器中，单片机可以通过单线接口读到数据，读取时低位在前，高位在后。
对应的温度计算：
S=0时，直接将二进制转换成十进制；S=1时，先将补码转换成原码，再转换成十进制。
表3-4温度值格式图DS18B20温度数据表
温度
低位
温度
高位
TH
TL
配置
保留
保留
保留
8位CRC
LSB
DS18B20存储影像图
MSB
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
MSB
LSB
S
S
S
S
S
26
25
24
表3-5典型对应的温度值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125↓
+25.0625↓
+10.125↓
+0.5↓
0↓
-0.5↓
-10.
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