一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及通信基站电源控制及5g基站节能降耗领域，特别是一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着5g时代到来，各类新业务层出不穷、应用场景不断涌现、设备连接向海量连接的发展趋势不可逆转，不断推动移动数据流量爆发式的增长。2010年到2020年，中国移动数据流量增速预计将增长300倍，国内重点城市及其热点地区的移动数据流量增速更大。为了满足未来5g业务及数据流量迅猛增长的发展要求，5g网络不仅需要使用更多的频谱资源、更大的系统带宽，也采用新型多址、大规模天线阵列、超密集组网等新技术来大幅提高移动网的总容量，为国内数字经济发展奠定坚实的基础。
3.随着5g网络建设快速增长，预计2020年底全国建设70万个5g基站，5g单站功耗约和耗电量预计将超过4g单站的3
‑
4倍。预计到2025年，通信行业将消耗全球20%的电力，电费将成为决定运营商经营能力的重要因素。因此，移动通信网络数据增长与高能耗问题之间的矛盾进一步加剧，节能降耗是未来移动通信行业可持续发展的长期存在的首要需求。
4.通信基站电源管理存在几个痛点急需解决：1. 老旧无业务通信设备无业务通信设备，产生不必要的电量，网络中存在大量双层及以上重叠覆盖的情况且常年运行；对于设备部署较为集中的4/5g室外宏站，如多频站点、母局、景观塔等，因为室外宏站aau/rru功耗相对较高，导致单站整体功耗较高，而部分扇区因为由于承载业务的不均衡等原因，导致较多网络资源闲置。
5.异常用电难监管设备用电场景存在偷电、漏电等异常用电现象，传统管理手段无法及时、准确的发现异常用用电行为。
6.潮汐效应场所闲时、无业务时段场所，基站设备仍正常运行，产生不必要用电量。
7.通信基站存在日间高、夜间低，工作日高、周末低，非节假日高、节假日低等日潮汐、周潮汐、季潮汐现象，零业务时段无线设备仍然在上电运行，电量浪费大。
8.初期用户少目前5g基站处于建设阶段，用户量较少，基站多处于闲置状态，经济效益不明显，甚至亏本开通，5g营收端仍在早期增长阶段，行业应用的商业模式尚在探索，5g建设亟待降本增效。
9.蓄电池供电压力大5g基站能耗较高，当市电断电情况下，蓄电池同时保障2g、4g、5g网络设备运行，供电时长不能保证。
10.综上所述，通信基站电源智能控制技术存在较大应用市场，结合蜂窝物联网技术和传感器技术，通过通信基站直流电源控制系统及其工作方法，有望实现通信基站电源的智能管理，实现基站节能降耗。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统及其工作方法，具有蜂窝物联网的广域组网通信的技术优势，可实现远程对基站直流电源进行开关控制。
12.本发明采用以下方案实现：一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统，包括数据采集及开关执行单元、数据处理及传输单元、数据展示及控制应用单元；所述数据处理及传输单元与数据采集及开关执行单元电性连接，用以对数据采集及开关执行单元采集的各种参数和设备信息进行显示、修改及设定；所述数据处理及传输单元与数据展示及控制应用单元通信连接，用以将接收的各种参数和设备信息转换成coap协议数据，并传输到数据展示及控制应用单元进行展示、告警及直流电源输出的远程实时/定时开关控制。
13.进一步地，所述数据采集及开关执行单元包括三组并联连接的输出组即第一输出组、第二输出组和第三输出组，每组输出组均包括依次串联连接的控制板、继电器和三路
‑
48v负极输出，即每组中的控制板与继电器的一端电性相连，用以控制继电器开关，继电器的另一端与
‑
48v负极输出电性相连，每组三个输出端口，所述数据采集及开关执行单元将输入
‑
48v电源负极共分成三组九路；所述三组输出组中的每个控制板均与所述数据处理及传输单元连接。
14.进一步地，所述第一输出组、第二输出组和第三输出组均采用相同的控制板，所述控制板的能够选择包括但不限于gw5g系列智能断路器主控板。
15.进一步地，所述数据处理及传输单元包括mcu模块、rtc时钟模块、变压供电保护电路电源模块、通信模组、显示屏及操作面板；所述rtc时钟模块与所述mcu模块连接，用以为数据处理及传输单元提供时钟功能，并在系统断电时提供不间断时钟；所述通信模组与所述mcu模块连接，用以通过所述通信模组通过蜂窝物联网与所述数据展示及控制应用单元通信；所述变压供电保护电路电源模块与所述mcu模块连接，用以将
‑
48v直流电变压为数据处理及传输单元工作电压+12v；所述显示屏及操作面板与所述mcu模块连接；所述mcu模块还与三组输出组中的每个控制板连接。
16.进一步地，所述数据采集及开关执行单元采集的各种参数包括输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值和功率；所述设备信息包括时钟和编号。
17.进一步地，所述蜂窝物联网支持包括2g/4g/5g/nb
‑
iot多种通讯方式中的任意一种。
18.进一步地，所述数据展示及控制应用单元包括数据编译模块及与数据编译模块分别连接的数据展示及告警推送模块和控制命令模块；所述数据编译模块用于将收到的数据处理及传输单元通过蜂窝物联网发送的包括电流、电压及开关状态数据从coap协议转换为http协议数据；数据展示及告警推送模块用于对转换完的数据包括电流、电压及开关状态数值和阈值进行比较，异常时告警；控制命令模块用于生成和下发各输出组继电器开关控
制命令，对直流电源输出的远程实时/定时开关控制。
19.进一步地，本发明提供一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统的工作方法，包括以下步骤：步骤s1：通过数据采集及开关执行单元中各组控制板采集包括输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值和各输出组开关状态信息，并通过各组控制板上传到数据处理和传输单元；步骤s2：所述数据处理和传输单元将步骤s1所述采集数据以及mcu模块中的继电器开关策略和设备信息，通过通信模组将其转换成蜂窝物联网通信支持的coap协议数据，并通过蜂窝物联网传输到数据展示及控制应用单元；步骤s3:数据展示及控制应用单元将收到的数据，通过数据编译解析模块从coap协议转换为http协议数据，并将解析后的数据输送至数据展示及告警推送模块；步骤s4:数据展示及告警推送模块将收到的数据进行web展示，若超过设定的告警阈值时，会进行告警提示，否则不报警；其中，电压为
‑
45v<x≦
‑
54v为正常，否则异常；电流为0a<x≦30a为正常，否则异常；开关状态为0为关闭异常，1为打开正常。
20.进一步地，本发明一种基于蜂窝物联网的通信基站直流电源控制系统的工作方法，还包括以下步骤：步骤sa:将数据采集及开关执行单元中三组输出组即第一输出组、第二输出组和第三输出组，每组分成三路
‑
48v负极输出端，用以实现多路配电，将一路
‑
48v直流输入分路成九路
‑
48v直流输出；步骤sb:数据展示及控制应用单元中的控制命令模块内部存储继电器开关命令，通过远程手动/自动将对应输出组继电器开关控制命令发送给数据编译解析模块；步骤sc：通过数据编译解析模块，将步骤sb所述命令数据从http协议编译转换成coap协议数据，并通过蜂窝物联网发送给数据处理及传输单元的通信模组；步骤sd：通信模组将收到的coap协议解析后，发送到mcu模块下发执行；步骤se: 若mcu模块收到对应输出组继电器开关控制命令，则mcu模块通过数据采集及开关执行单元对应的控制板控制继电器的开启和关闭，用以实现通信基站直流电源的远程手动/自动开关控制。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明具有蜂窝物联网的广域组网通信的技术优势，可实现远程对基站直流电源进行开关控制，解决了通信基站直流电源管理效率低的问题，同时为基站直流电源策略化节能管理提供了实现手段。
22.2、本发明具有多路配电的技术优势，适应了无线基站设备多扇区多设备的需要，降低了基站电源控制的成本，降低现场安装时的空间需求。
23.3、本发明具有电气参数采集频率和数据精度较高的优势，为基站直流电源安全运行监测提供了较为准确的基础数据，如通过电压、电流的变化异常时进行报警，提升通信基站维护效率，同时通过电能数据采集和统计分析，为针对性制定通信基站电源节能措施提供基础分析数据，为高功耗的5g基站提供了针对性的节能降耗解决方案。
cat1无线通信模块系列，如quectel_ec200s型。
35.在本实施例中,所述数据采集及开关执行单元采集的各种参数包括输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值和功率；所述设备信息包括时钟和编号。
36.在本实施例中,所述蜂窝物联网支持包括2g/4g/5g/nb
‑
iot多种通讯方式中的任意一种。
37.在本实施例中, 所述数据展示及控制应用单元包括数据编译模块及与数据编译模块分别连接的数据展示及告警推送模块和控制命令模块；所述数据编译模块用于将收到的数据处理及传输单元通过蜂窝物联网发送的包括电流、电压及开关状态数据从coap协议转换为http协议数据；数据展示及告警推送模块用于对转换完的数据包括电流、电压及开关状态数值和阈值进行比较，异常时告警；控制命令模块用于生成和下发各输出组继电器开关控制命令，对直流电源输出的远程实时/定时开关控制。
38.较佳的，本实施例基站直流电源控制系统的运行参数（包括输入输出电流、电压、功率、电能及输出组开关状态等）实时采集、分析及异常预警推送的工作方法，包括以下步骤：步骤s1：通过数据采集及开关执行单元中各组控制板采集包括输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值和各输出组开关状态信息，并通过各组控制板上传到数据处理和传输单元；步骤s2：所述数据处理和传输单元将步骤s1所述采集数据以及mcu模块中的继电器开关策略和设备信息，通过通信模组将其转换成蜂窝物联网通信支持的coap协议数据，并通过蜂窝物联网传输到数据展示及控制应用单元；步骤s3:数据展示及控制应用单元将收到的数据，通过数据编译解析模块从coap协议转换为http协议数据，并将解析后的数据输送至数据展示及告警推送模块；步骤s4:数据展示及告警推送模块将收到的数据进行web展示，若超过设定的告警阈值时，，会进行告警提示，否则不报警；其中，电压为
‑
45v<x≦
‑
54v为正常，否则异常；电流为0a<x≦30a为正常，否则异常；开关状态为0为关闭异常，1为打开正常。
39.较佳的，如图3所示，在本实施例中，基站直流电源控制系统的电源开关控制命令下发和执行的工作方法包括以下步骤：步骤sa:将数据采集及开关执行单元中三组输出组即第一输出组、第二输出组和第三输出组，每组分成三路
‑
48v负极输出端，用以实现多路配电，将一路
‑
48v直流输入分路成九路
‑
48v直流输出；步骤sb:数据展示及控制应用单元中的控制命令模块内部存储继电器开关命令，通过远程手动/自动将对应输出组继电器开关控制命令发送给数据编译解析模块；步骤sc：通过数据编译解析模块，将步骤sb所述命令数据从http协议编译转换成coap协议数据，并通过蜂窝物联网发送给数据处理及传输单元的通信模组；步骤sd：通信模组将收到的coap协议解析后，发送到mcu模块下发执行；步骤se: 若mcu模块收到对应输出组继电器开关控制命令，则mcu模块通过数据采集及开关执行单元对应的控制板控制继电器的开启和关闭，用以实现通信基站直流电源的远程手动/自动开关控制。
40.较佳的，本实施例结合蜂窝物联网技术、多路配电、控制板传感监测电流、电压、电
能及开关状态等电气参数等技术，实现了远程开关控制通信基站电源，对
‑
48v通信基站电源进行三组九路输出配电分路，采集输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值、各输出组开关状态等功能，并上报到数据展示及控制应用单元，并结合通信基站用电情况进行异常告警，结合节能需要进行输出组继电器进行定时/远程开关控制，支持远程读取和设定输出组继电器开关策略等。
41.较佳的，本实施例结合蜂窝物联网技术及相关传感器技术对
‑
48v通信基站电源进行三组九路输出配电分路，采集输入电压值、各输出组电压和电流值、各输出组累计电能值、各输出组开关状态等，并上报到数据展示及控制应用单元，并结合通信基站用电情况进行异常告警，结合节能需要进行输出组继电器进行定时/远程开关控制，支持远程读取和设定输出组继电器开关策略等。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。