基于物联网技术的基站移动式油机无线监控系统设计与实践

摘要：文章依托杭州大光明通信系统股份有限公司在研项目，聚焦于传统基站移动式油机管理模式存在的局限性与不足，设计并实现了一种基于物联网的基站移动式油机无线监控系统。该系统通过无线通信技术，能够实时追踪油机的位置、油耗、状态等数据，为提升油机维护保养监管力度、基站发电调度管理力度、基站发电保障力度、发电费用管控精细化程度提供有力的数据支持。通过实际应用，文章验证了该系统的有效性和实用性。

关键词：物联网；基站；油机监控；无线通信技术

中图分类号：TN98 文献标志码：A

0 引言

随着物联网技术的不断发展和5G网络的广泛普及，我国基站建设规模正处于快速增长阶段。基站运行的稳定性是确保通信网络连贯性和服务品质的基石［1］。在此背景下，移动式油机作为市电停电/电网故障时保障基站电力供应的关键后备力量，其作用不容小觑。然而，目前传统油机管理方式还普遍依靠人工进行统计，其最大的弊病是统计随意性大和数据不准确，导致该支付给油机发电代维单位的路费、油机发电费等数据无法核实，造成很大浪费。为了解决移动油机应急发电时这个难题，文章提出了一种基于物联网技术的基站移动式油机无线监控系统设计方案。

1 基站移动式油机概述

基站移动式油机是指专门为通信基站提供的便携式或可移动式发电设备，主要在市电供应中断或市电不稳定时，为通信基站提供应急电力支撑［2］。这类油机通常以柴油或汽油为燃料，具备一定的移动性和快速部署能力，能够在短时间内启动供电，确保基站设施正常运行，保证通信网络的稳定和连续性。

2 系统设计

2.1 系统架构

该系统采用物联网技术，构建了一个包括传感层、网络传输层和平台业务应用层的紧密关联且功能明确的监控系统。系统架构如图1所示。

传感层主要负责实时采集市电状态、油机运行参数、油机液位、监控主机后备电池电压、北斗定位的经纬度。即在底层传感层架构上，系统部署了一系列高性能传感设备，这些传感器能实时、准确地监测各类关键指标［3］。

网络传输层主要是通过4G无线技术实现数据的可靠传输。在网络传输层面上，利用高效的通信协议与技术，确保了从众多分散的传感器节点收集到的大量实时数据能够迅速、安全、稳定地传送到云端或数据中心［4］。

平台业务应用层主要借助大数据处理与智能算法，对收集到的信息进行深度分析与处理，为基站运维管理提供直观、精细且可操作性强的业务洞察与决策支持。

2.2 硬件设计

系统的硬件主要是由6部分组成，分别为双电源供电模块、油机数据监控核心模块、油机液位采集模块、油机参数采集模块、市电检测及RF发射模块、4G无线+北斗定位模块。系统硬件设计如图2所示。

2.2.1 双电源供电模块设计

为了确保系统能够在各种复杂的工作环境下始终保持稳定、连续、高效运作，该系统特别设计了双电源供电方案。

在正常运行状态下，尤其是当油机处于活跃发电作业状态时，该设计巧妙地利用油机自产的交流电能作为首要能量来源，直接为监控组件及通信模块的运行提供动能，实现实时捕获油机性能参数、工作状态等核心数据的传输与分析。

针对油机处于非作业时段，诸如保养存储、转运等时段，该系统建有一套高效、持久的电池储能单元。该单元设计旨在低功耗待机模式下，也能维持基本心跳功能，在转运过程中能触发唤醒定位，间断性记录转运路径。

通过集成主辅双电源供电机制，系统能够极大地提高自身的可靠性和抗风险能力，有效避免因在油机不发电情况下导致的监控盲点和数据丢失，有力保障油机资产的安全管理以及最优化调度决策。

2.2.2 油机数据监控核心模块设计

油机数据监控核心模块采用ST32F103RBT6芯片，用于实现4个方面的功能目标，如图3所示。（1）监控双电源供电模块的电池电压采集SAMP_V3和油机电电压采集SAMP_V1。（2）通过SPI接口连接系统其他各个模块，实现油机发电时油机的电压、频率、电流、功率、发电量、油液位、市电状态、后备电池电压、定位经纬度等数据的采集。（3）当市电断电后再次来电时会有来电提示。（4）油机监控通过MQTT协议及4G无线上中移物联的OneNET平台，最终将信息推送到监控业务应用平台。

2.2.3 油机液位采集

油机液位采集模块的核心功能在于精确获取液位传感器输出的电压信号，并通过精密的转换算法，实现电信号向实际液位读数的无损映射，确保了测量结果的高保真度与准确性。鉴于油机油箱结构设计常呈现非标准异形特征，直接从传感器获取的原始液位信息须经由平台侧的高级算法模型进行深度学习与迭代优化，旨在准确估算出油箱内的实际存油量，为后续的油料管理与维护决策提供坚实的数据支持。

2.2.4 油机发电参数采集模块

油机发电参数采集模块主要采用钜泉光电科技生产的7038型计量集成电路作为核心元件。该模块主要负责采集油机发电过程中的一系列关键指标，如电压、电流强度、频率及累计发电量等。通过SPI串口接口接入监控核心模块，确保数据传输的高效性与实时性。

2.2.5 市电检测及RF发射模块

油机发电作业过程中，确保对外市电恢复供电进行实时、准确地监测，并及时终止油机运行，以缩减不必要的发电开支，是提高能源利用效率与经济效益的关键。

在基站油机切换箱市电输入端，油机市电状态智能判别装置通过采集市电电压，经数据分析后通过RF433射频无线模块将市电状态（有电/无电）信息无线发射到油机监控主机配对的RF433射频无线接收模块，实现近端或远端供电的外市电供电状态的实时准确的监测。油机切换箱市电状态采集原理如图4所示。

2.2.6 4G无线+北斗定位模块

该模块采用高性能的移远EC200 4G通信与北斗定位一体化模块，集成了强大的无线通信与高精度定位功能。它能够高效地收集油机运行的各类数据，并同步获取北斗卫星系统的精确经纬度信息，利用成熟的4G无线传输技术，将采集的数据实时传送至中国移动物联网OneNET平台。4G无线+北斗定位模块原理如图5所示。

3 系统应用案例

为了验证该系统的实际应用效果，在移动通信运营商的基站中进行了部署和测试。经过一段时间的运行，系统表现出良好的稳定性、准确性和可靠性。

首先，通过该系统的实时监控功能，尤其是在基站市电中断紧急情况下，运营商可以通过该系统对基站油机进行及时的远程调度与控制，确保基站的稳定运行，提高了服务质量。

其次，该系统的实时监控与预警机制，有助于运营商实时跟踪油机的液位及油耗。当油机液位降到报警值时，或者市电恢复供应的瞬间，系统会及时上报系统业务管理平台，通知发电运维人员，确保运维的及时性，同时，能够大幅度减少不必要的燃料消耗与相关费用支出。

最后，该系统的数据分析与优化功能能够帮助运营商更好地理解和管理基站油机的运行情况。通过对历史数据的分析和自学习，运营商不仅可以优化油箱液位的准确度，还可以发现油机的使用规律和优化空间，从而制定更加合理的维护计划和管理策略。

4 结语

文章详细介绍了基于物联网技术的基站移动式油机无线监控系统的设计与实践。该系统通过双电源供电设计、油机液位的创新设计、RF433射频无线技术传输市电状态、北斗定位与4G通信技术等，为运营商提供了全面、高效的基站移动式小油机远程监控与管理能力。实际应用案例表明，该系统能够实时追踪油机的位置、油机的实时状态及油耗等数据，为提升油机维护保养监管、基站发电调度管理、发电保障等提供有力的数据支持，具有广阔的应用前景。

参考文献

［1］时晋苏.一种通信局站发电油耗的监管办法［J］.通信电源技，2020（2）：216-217.

［2］康彩云，郭彦军，徐铎，等.油机市电智能判别装置的设计应用：中国通信能源会议论文集［C］.北京：中国通信学会通信电源委员会，2017.

［3］陶乃勇.一种新型基站油机发电方案研究［J］.河山东通信技术，2015（2）：42-44.

［4］黄建丰，毛松苗，陈国盛，等.基于物联网的基站移动油机监控管理系统的研究探讨：中国通信能源会议论文集［C］.南昌：中国通信学会通信电源委员会，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