基于物聯網技術的基站移動式油機無線監控系統設計與實踐

摘要：文章依托杭州大光明通信系統股份有限公司在研項目，聚焦于傳統基站移動式油機管理模式存在的局限性與不足，設計并實現了一種基于物聯網的基站移動式油機無線監控系統。該系統通過無線通信技術，能夠實時追蹤油機的位置、油耗、狀態等數據，為提升油機維護保養監管力度、基站發電調度管理力度、基站發電保障力度、發電費用管控精細化程度提供有力的數據支持。通過實際應用，文章驗證了該系統的有效性和實用性。

關鍵詞：物聯網；基站；油機監控；無線通信技術

中圖分類號：TN98 文獻標志碼：A

0 引言

隨著物聯網技術的不斷發展和5G網絡的廣泛普及，我國基站建設規模正處于快速增長階段。基站運行的穩定性是確保通信網絡連貫性和服務品質的基石［1］。在此背景下，移動式油機作為市電停電/電網故障時保障基站電力供應的關鍵后備力量，其作用不容小覷。然而，目前傳統油機管理方式還普遍依靠人工進行統計，其最大的弊病是統計隨意性大和數據不準確，導致該支付給油機發電代維單位的路費、油機發電費等數據無法核實，造成很大浪費。為了解決移動油機應急發電時這個難題，文章提出了一種基于物聯網技術的基站移動式油機無線監控系統設計方案。

1 基站移動式油機概述

基站移動式油機是指專門為通信基站提供的便攜式或可移動式發電設備，主要在市電供應中斷或市電不穩定時，為通信基站提供應急電力支撐［2］。這類油機通常以柴油或汽油為燃料，具備一定的移動性和快速部署能力，能夠在短時間內啟動供電，確保基站設施正常運行，保證通信網絡的穩定和連續性。

2 系統設計

2.1 系統架構

該系統采用物聯網技術，構建了一個包括傳感層、網絡傳輸層和平臺業務應用層的緊密關聯且功能明確的監控系統。系統架構如圖1所示。

傳感層主要負責實時采集市電狀態、油機運行參數、油機液位、監控主機后備電池電壓、北斗定位的經緯度。即在底層傳感層架構上，系統部署了一系列高性能傳感設備，這些傳感器能實時、準確地監測各類關鍵指標［3］。

網絡傳輸層主要是通過4G無線技術實現數據的可靠傳輸。在網絡傳輸層面上，利用高效的通信協議與技術，確保了從眾多分散的傳感器節點收集到的大量實時數據能夠迅速、安全、穩定地傳送到云端或數據中心［4］。

平臺業務應用層主要借助大數據處理與智能算法，對收集到的信息進行深度分析與處理，為基站運維管理提供直觀、精細且可操作性強的業務洞察與決策支持。

2.2 硬件設計

系統的硬件主要是由6部分組成，分別為雙電源供電模塊、油機數據監控核心模塊、油機液位采集模塊、油機參數采集模塊、市電檢測及RF發射模塊、4G無線+北斗定位模塊。系統硬件設計如圖2所示。

2.2.1 雙電源供電模塊設計

為了確保系統能夠在各種復雜的工作環境下始終保持穩定、連續、高效運作，該系統特別設計了雙電源供電方案。

在正常運行狀態下，尤其是當油機處于活躍發電作業狀態時，該設計巧妙地利用油機自產的交流電能作為首要能量來源，直接為監控組件及通信模塊的運行提供動能，實現實時捕獲油機性能參數、工作狀態等核心數據的傳輸與分析。

針對油機處于非作業時段，諸如保養存儲、轉運等時段，該系統建有一套高效、持久的電池儲能單元。該單元設計旨在低功耗待機模式下，也能維持基本心跳功能，在轉運過程中能觸發喚醒定位，間斷性記錄轉運路徑。

通過集成主輔雙電源供電機制，系統能夠極大地提高自身的可靠性和抗風險能力，有效避免因在油機不發電情況下導致的監控盲點和數據丟失，有力保障油機資產的安全管理以及最優化調度決策。

2.2.2 油機數據監控核心模塊設計

油機數據監控核心模塊采用ST32F103RBT6芯片，用于實現4個方面的功能目標，如圖3所示。（1）監控雙電源供電模塊的電池電壓采集SAMP_V3和油機電電壓采集SAMP_V1。（2）通過SPI接口連接系統其他各個模塊，實現油機發電時油機的電壓、頻率、電流、功率、發電量、油液位、市電狀態、后備電池電壓、定位經緯度等數據的采集。（3）當市電斷電后再次來電時會有來電提示。（4）油機監控通過MQTT協議及4G無線上中移物聯的OneNET平臺，最終將信息推送到監控業務應用平臺。

2.2.3 油機液位采集

油機液位采集模塊的核心功能在于精確獲取液位傳感器輸出的電壓信號，并通過精密的轉換算法，實現電信號向實際液位讀數的無損映射，確保了測量結果的高保真度與準確性。鑒于油機油箱結構設計常呈現非標準異形特征，直接從傳感器獲取的原始液位信息須經由平臺側的高級算法模型進行深度學習與迭代優化，旨在準確估算出油箱內的實際存油量，為后續的油料管理與維護決策提供堅實的數據支持。

2.2.4 油機發電參數采集模塊

油機發電參數采集模塊主要采用鉅泉光電科技生產的7038型計量集成電路作為核心元件。該模塊主要負責采集油機發電過程中的一系列關鍵指標，如電壓、電流強度、頻率及累計發電量等。通過SPI串口接口接入監控核心模塊，確保數據傳輸的高效性與實時性。

2.2.5 市電檢測及RF發射模塊

油機發電作業過程中，確保對外市電恢復供電進行實時、準確地監測，并及時終止油機運行，以縮減不必要的發電開支，是提高能源利用效率與經濟效益的關鍵。

在基站油機切換箱市電輸入端，油機市電狀態智能判別裝置通過采集市電電壓，經數據分析后通過RF433射頻無線模塊將市電狀態（有電/無電）信息無線發射到油機監控主機配對的RF433射頻無線接收模塊，實現近端或遠端供電的外市電供電狀態的實時準確的監測。油機切換箱市電狀態采集原理如圖4所示。

2.2.6 4G無線+北斗定位模塊

該模塊采用高性能的移遠EC200 4G通信與北斗定位一體化模塊，集成了強大的無線通信與高精度定位功能。它能夠高效地收集油機運行的各類數據，并同步獲取北斗衛星系統的精確經緯度信息，利用成熟的4G無線傳輸技術，將采集的數據實時傳送至中國移動物聯網OneNET平臺。4G無線+北斗定位模塊原理如圖5所示。

3 系統應用案例

為了驗證該系統的實際應用效果，在移動通信運營商的基站中進行了部署和測試。經過一段時間的運行，系統表現出良好的穩定性、準確性和可靠性。

首先，通過該系統的實時監控功能，尤其是在基站市電中斷緊急情況下，運營商可以通過該系統對基站油機進行及時的遠程調度與控制，確保基站的穩定運行，提高了服務質量。

其次，該系統的實時監控與預警機制，有助于運營商實時跟蹤油機的液位及油耗。當油機液位降到報警值時，或者市電恢復供應的瞬間，系統會及時上報系統業務管理平臺，通知發電運維人員，確保運維的及時性，同時，能夠大幅度減少不必要的燃料消耗與相關費用支出。

最后，該系統的數據分析與優化功能能夠幫助運營商更好地理解和管理基站油機的運行情況。通過對歷史數據的分析和自學習，運營商不僅可以優化油箱液位的準確度，還可以發現油機的使用規律和優化空間，從而制定更加合理的維護計劃和管理策略。

4 結語

文章詳細介紹了基于物聯網技術的基站移動式油機無線監控系統的設計與實踐。該系統通過雙電源供電設計、油機液位的創新設計、RF433射頻無線技術傳輸市電狀態、北斗定位與4G通信技術等，為運營商提供了全面、高效的基站移動式小油機遠程監控與管理能力。實際應用案例表明，該系統能夠實時追蹤油機的位置、油機的實時狀態及油耗等數據，為提升油機維護保養監管、基站發電調度管理、發電保障等提供有力的數據支持，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

［1］時晉蘇.一種通信局站發電油耗的監管辦法［J］.通信電源技，2020（2）：216-217.

［2］康彩云，郭彥軍，徐鐸，等.油機市電智能判別裝置的設計應用：中國通信能源會議論文集［C］.北京：中國通信學會通信電源委員會，2017.

［3］陶乃勇.一種新型基站油機發電方案研究［J］.河山東通信技術，2015（2）：42-44.

［4］黃建豐，毛松苗，陳國盛，等.基于物聯網的基站移動油機監控管理系統的研究探討：中國通信能源會議論文集［C］.南昌：中國通信學會通信電源委員會，2012.

Design and implementation of wireless monitoring system for mobile oil enginebased on Internet of Things

Abstract： Based on the research project of Hangzhou Great Guangming Communication System Co.， Ltd.， this paper focuses on the limitations and deficiencies of the traditional base station mobile oil machine management mode， and designs and realizes a wireless monitoring system of base station mobile oil machine based on the Internet of Things. Through wireless communication technology， the system can track the location， fuel consumption， status and other data of the oil engine in real time， providing strong data support for improving the maintenance supervision， the power generation dispatching management of base station， the guarantee of base station power generation， and the refined degree of power generation cost control. Finally， the system is effective and practical.

Key words： Internet of Things; base station; oil machine monitoring; wireless communication technology