Разработка прототипа устройства для управления электропитанием телекоммуникационного оборудования на узле связи с некруглосуточным дежурством через сеть GSM

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматриваются возможные варианты применения аппаратно-вычислительных платформ в качестве устройства дистанционного управления электропитанием телекоммуникационного оборудования. В статье идет детальное рассмотрение устройств различного класса и рода выполняемых задач для необходимых целей, определяемых администратором сети удаленного доступа. Рассматривается пример реализации дистанционного управления с помощью DTMF декодера. Предложенный вариант дистанционного управления оборудования будет использоваться на объектах связи с не круглосуточным дежурством.

ABSTRACT

In this paper, we consider possible applications of hardware-computing platforms as a device for remote power management of telecommunications equipment. The article provides a detailed review of devices of various classes and types of tasks performed for the necessary purposes defined by the administrator of the remote access network. An example of implementing remote control using a DTMF decoder is considered. The proposed version of remote control equipment will be used in communication facilities with non-round-the-clock duty.

Ключевые слова: платформа Arduino Uno, некруглосуточное дежурство, аппаратура ОАО «Супертел», узел связи, сеть GSM, мобильное устройство Dexp larus m8.

Keywords: platform Arduino Uno, non-round-the-clock duty, «Supertel» technical equipment, communication center, GSM network, mobile device Dexp larus m8.

Дистанционное управление электропитанием телекоммуникационного оборудования может сократить время, требующееся для контроля и эксплуатации различных систем [1]. Рассмотрим несколько примеров.

На данный момент широко распространены объекты связи, где технический персонал находится не круглосуточно на дежурстве, или отсутствует вообще. Однако на таких объектах бывают случаи, когда необходимо оперативно включить или выключить оборудование, что требует прибытия персонала на данный объект связи, и сотрудник соответственно тратит время на это. Бывают случаи, что оборудование «зависает», и сотруднику приходится ехать некоторое время до объекта связи для перезагрузки всей системы.

Чтобы избежать подобных ситуаций, для экономии времени и сил сотрудников на бессмысленные многочасовые переезды и применяется дистанционное управление электропитанием телекоммуникационного оборудования, которое можно реализовано различными способами, например при помощи GSM.

Сеть GSM состоит из четырех отдельных частей, которые работают вместе, чтобы функционировать как единое целое: само мобильное устройство, подсистема базовой станции, подсистема коммутации сети и подсистема управления и поддержки. Мобильное устройство подключается к базовой сети, далее базовая сеть передают информацию на контроллер базовой станции [3]. После обработки информации на контроллере информация передается на мобильный коммутационный центр, где вызов передается на нужного абонента.

Для реализации прототипа нам необходимо само мобильное устройство, и мы остановили свой выбор на Dexp larus m8. Внешний вид телефона представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид телефона Dexp larus m8

Вторым шагом необходимо выбрать платформу, на которой будет реализован прототип. Есть множество платформ, на которых можно реализовать нашу задачу. Среди них Arduino, Raspberry Pi и другие. Но мы остановили свой выбор на Arduino, так как фактически электронный блок Arduino является аналогом материнской платы современного компьютера. На нем имеются разъемы для подключения внешних устройств, а также разъем для связи с компьютером, по которому и осуществляется программирование микроконтроллера. Особенности используемых микроконтроллеров ATmega фирмы Atmel позволяют производить программирование без применения специальных программаторов. Все, что нужно для создания нового электронного устройства, – это плата Arduino, кабель связи и компьютер. Нет надобности и в создании законченных плат и модулей. Разработчик может использовать готовые платы расширения или просто напрямую подключить к Arduino необходимые элементы. Все остальные усилия будут направлены на разработку и отладку управляющей программы на языке высокого уровня. У семейства Arduino есть множество различных платформ, рассмотрим основные из них для решения нашей задачи.

Плата Arduino Uno построена на платформе ATmega 328, имеющей 14 цифровых входов/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи [2].

Arduino Mega 2560 построена на микроконтроллере ATmega 2560. Плата имеет 54 цифровых входа/выходов (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов,4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопка перезагрузки.

Arduino Leonardo – контроллер на базе ATmega 32u4. Платформа имеет 20 цифровых вход/выходов (7 из которых могут использоваться как выходы ШИМ и 12 как аналоговые входы), кварцевый генератор 16 МГц, разъем микро–USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки.

Из всех представленных выше платформ наиболее подходящей для решения поставленной задачи является Arduino Uno, так как в ней имеется достаточное количество входов/выходов, она не дорогая и ее легко найти в любом магазине, где продаются радиодетали.

Одним из основных элементов разработанного прототипа является DTMF декодер. Сигнал DTMF может быть декодирован на цифровой ЭВМ с использованием алгоритма Гёрцеля. Существуют также готовые микросхемы DTMF–декодера: MT8860, MT8870, MT88E43, HT9170, MC145436, SM8223, CSC9270 и другие. Внешний вид DTMF декодера на основе микросхемы МТ8870 представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Внешний вид DTMF декодера на основе микросхемы МТ8870

Для включения потребителей 220 Вольт в разработанном прототипе устройства управления электропитанием по сети GSM c использованием DTMF декодера используется блок реле (рисунок 3).

Рисунок 3. Блок реле на 220 Вольт

На рисунке 4 представлена функциональная схема разработанного прототипа по управлению электропитанием телекоммуникационного оборудования через сеть GSM.

Второй частью проекта Arduino является программное обеспечение для создания управляющих программ. Оно объединило в себе простейшую среду разработки и язык программирования, представляющий собой вариант языка С/С++ для микроконтроллеров. В него добавлены элементы, позволяющие создавать программы без изучения аппаратной части. Так что для работы с Arduino практически достаточно знания только основ программирования на С/С++. Создано для Arduino и множество библиотек, содержащих код, работающий с различными устройствами.

Рисунок 4. Функциональная схема разработанного прототипа по управлению электропитанием  телекоммуникационного оборудования на узлах связи с некруглосуточным дежурством через сеть GSM с использованием платы Arduino Uno

Для этого необходимо определиться с выбором программы, где можно это сделать. Есть огромный выбор программ такие как Arduino IDE, ArduBloсk, PlatformIO и другие. Мы выбрали среду разработки Arduino IDE, так как она более проста в использовании и является наиболее популярной среди разработчиков аппаратно-программных компонентов. Фрагмент скетча для разработанного макета представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Фрагмент скетча для разработанного прототипа в программной среде Arduino IDE

Таким образом, разработанный прототип устройства для управления электропитанием телекоммуникационного оборудования на узле связи с некруглосуточным дежурством через сеть GSM позволит:

• функционировать в режиме управления;
• дистанционно управлять (включение и выключение) любой нагрузкой посредством команд с телефона;
• осуществлять контроль за климатом в помещении и поддерживать необходимый температурный режим;
• выполнить экстренное отключение электропитания нагрузки при необходимости;
• функционировать в режиме мониторинга.

Список литературы:
1. Прототипирование [Электронный ресурс] // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Прототипирование (дата обращения: 17.01.20).
2. Arduino BoardUno [Электронный ресурс] // Arduino.cc URL: https://www.arduino.cc/en/Main/Arduino_BoardUno (дата обращения: 26.01.20).
3. GSM [Электронный ресурс] // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/GSM (дата обращения: 20.01.20)