xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
───────*───────




ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRẠM THU PHÁT
SÓNG DI ĐỘNG BTS








Hà nội, 5 – 2009
Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hƣớng dẫn:
Đoàn Hồng Nhật
Lớp: Hệ thống thông tin – K49
TS Hoàng Minh Thức
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 2

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin về sinh viên:
Họ và tên sinh viên: Đoàn Hồng Nhật
Điện thoại liên lạc: 01699609639 Email:
Lớp: Hệ thống thông tin Hệ đào tạo: Đại học
Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực hiện tại: Công ty cổ phần công nghệ cao Việt Nam
(VHCSoft)
Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 01 / 03 /2009 đến 31 / 05 /2009
2. Mục đích nội dung của ĐATN
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa các trang thiết bị tại nhà trạm thu phát
sóng di động BTS.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của ĐATN
- Tìm hiểu hệ thống trang thiết bị tại nhà trạm thu phát sóng di động
- Đƣa ra giải pháp giám sát, điều khiển từ xa
- Xây dựng phần mềm giám sát và điều khiển
4. Lời cam đoan của sinh viên:
Tôi – Đoàn Hồng Nhật - cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự
hƣớng dẫn của TS Hoàng Minh Thức.
Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ
công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2009
Tác giả ĐATN


Đoàn Hồng Nhật
5. Xác nhận của giáo viên hƣớng dẫn về mức độ hoàn thành của ĐATN và cho phép
bảo vệ:

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2009
Giáo viên hƣớng dẫn


TS Hoàng Minh Thức
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 3

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội dung đồ án tốt nghiệp bao gồm:
Phần mở đầu: Giới thiệu đề tài, xác định mục tiêu, nội dung và phạm vi thực hiện của đồ
án tốt nghiệp
Chƣơng 1 – Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về nhà trạm BTS, hệ thống thiết bị và hiện
trạng giám sát điều khiển nhà trạm hiện nay.
Chƣơng 2 – Khảo sát và phân tích hệ thống: Phân tích những yêu cầu của hệ thống, chỉ
ra đƣợc các chức năng của hệ thống bằng các biểu đồ Usecase, biểu đồ tuần tự của một số
chức năng chính của hệ thống.
Chƣơng 3 – Thiết kế hệ thống: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhà trạm, trình
bày kiến trúc hệ thống, thiết kế cơ sở dữ liệu
Chƣơng 4 – Xây dựng và cài đặt: Giới thiệu các công nghệ sử dụng và kết quả đạt đƣợc
của chƣơng trình.
Kết luận: Đánh giá về đồ án, kết quả đạt đƣợc và các mặt còn hạn chế, từ đó đƣa ra định
hƣớng phát triển hệ thống trong tƣơng lai.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 4

ABSTRACT OF THESIS

Content graduate projects include:
Introduction: About the topic, identifying objectives, content and scope of
implementation of the graduation projects
Chapter 1 - Overview: Introduction Overview of the BTS system and equipment
status monitoring control stations of today.
Chapter 2 - Investigate and analysis system: Analysis of the requirements of the
system, specify the functions of the system with Usecase charts, Sequence charts of
some main functions of the system.
Chapter 3 - System Design: Design monitoring system and the control station,
display system architecture, design database
Chapter 4 - Construction and Installation: About the technology used and results
achieved by the program.
Conclusion: Rating of projects, results achieved and the surface are limited, given
that the development system in the future
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 5

LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong khoa
Công nghệ Thông tin, bộ môn Hệ thống Thông Tin nói riêng đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Hoàng Minh Thức, thầy đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức
bổ ích mà còn học tập đƣợc tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm

túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công
tác sau này.
Đồng thời xin chân thành cảm ơn ông Phùng Anh Tuấn, giám đốc công ty
VHCsoft đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất giúp tôi có một môi trƣờng tốt để
thực hiện đề tài.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án
tốt nghiệp.







Đoàn Hồng Nhật
Lớp Hệ thống thông tin – K49
Khoa Công nghệ thông tin
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2009
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 6

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 5
MỤC LỤC .............................................................................................................. 6
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... 10

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ 11
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 12
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ................................................................................ 14
1.1. Nhà trạm thu phát sóng di động BTS ........................................................ 14
1.2. Các thiết bị hỗ trợ trong nhà trạm ............................................................. 14
1.3. Hiện trạng nhà trạm hiện nay và nhu cầu xây dựng hệ thống giám sát tập
trung 17
CHƢƠNG II. KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ................................. 18
2.1. Yêu cầu của hệ thống ............................................................................... 18
2.1.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống giám sát nhà trạm ............................ 18
2.1.2. Các yêu cầu đối với phần mềm quản lý trên Server ............................ 18
2.2. Giải pháp phần cứng ................................................................................. 19
2.2.1. Giải pháp ........................................................................................... 19
2.2.2. Thiết bị BTS Monitoring System ....................................................... 20
2.2.3. Giao tiếp giữa BMS và SERVER: ...................................................... 25
2.3. Phân tích yêu cầu hệ thống ....................................................................... 28
2.3.1. Yêu cầu chức năng của hệ thống ........................................................ 28
2.3.2. Yêu cầu phi chức năng ....................................................................... 31
2.4. Các biểu đồ phân tích ............................................................................... 32
2.4.1. Biểu đồ ca sử dụng cho module quản lý cấu hình ............................... 34
2.4.2. Biểu đồ ca sử dụng cho module theo dõi giám sát thiết bị: ................. 35
2.4.3. Biểu đồ ca sử dụng cho module điều khiển thiết bị: ........................... 36
2.4.4. Biểu đồ ca sử dụng cho module quản lý lƣu trữ ................................. 37
2.4.5. Biểu đồ ca sử dụng cho module thống kê báo cáo .............................. 38
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 7

2.4.6. Biểu đồ ca sử dụng cho module quản trị hệ thống .............................. 39
2.5. Đặc tả một số ca sử dụng chính ................................................................ 40

2.5.1. Đăng nhập ......................................................................................... 41
2.5.2. Theo dõi, giám sát thiết bị nhà trạm ................................................... 43
2.5.3. Điều khiển thiết bị ............................................................................. 45
CHƢƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................................. 47
3.1. Mô hình thiết kế hệ thống ......................................................................... 47
3.2. Kiến trúc hệ thống .................................................................................... 48
3.2.1. Tầng dữ liệu (Data Layer) .................................................................. 48
3.2.2. Tầng ứng dụng (Application Layer) ................................................... 48
3.2.3. Tầng giao diện (Presentation Layer) .................................................. 49
3.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu ............................................................................... 49
3.3.1. Sơ đồ quan hệ thực thể (Entity Relationship Diagram) ....................... 49
3.3.2. Thiết kế các bảng trong CSDL ........................................................... 50
CHƢƠNG IV. XÂY DỰNG VÀ CÀI ĐẶT ........................................................ 54
4.1. Môi trƣờng và công cụ phát triển .............................................................. 54
4.1.1. Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Java ................................................ 54
4.1.2. Lập trình Socket................................................................................. 55
4.1.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle ......................................................... 56
4.2. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình và hệ quản trị cơ sở dữ liệu.......................... 67
a. Ngôn ngữ lập trình trên Application Services ........................................ 68
b. Ngôn ngữ lập trình trên Web Services ................................................... 68
c. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: Oracle Database 10g Release 2 ..................... 68
4.3. Kết quả chƣơng trình ................................................................................ 68
4.3.1. Các thành phần của chƣơng trình ....................................................... 68
4.3.2. Kết quả .............................................................................................. 70
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 79
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 8

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tủ chuyển nguồn ATS .........................................................................14
Hình 1.2. Đầu đo nhiệt phòng máy ......................................................................15
Hình 1.3. Đầu báo khói và đầu báo nhiệt gia tăng ................................................16
Hình 1.4. Cảm biến cửa mở và cảm biến kính vỡ.................................................16
Hình 1.5. Quạt thông gió .....................................................................................16
Hình 2.1. BTS Monitoring System – Thiết bị giám sát điều khiển hệ thống trang
thiết bị tại mỗi nhà trạm .......................................................................................20
Hình 2.2. Mở rộng các cổng I/O của PLC bằng cách lắp thêm modul nối tiếp nhau
............................................................................................................................21
Hình 2.3. Mô hình kết nối thiết bị của PLC .........................................................21
Hình 2.4. Cổng DI ...............................................................................................22
Hình 2.5. Đấu song song các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng mở ....................22
Hình 2.6. Đấu nối tiếp các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng đóng .....................23
Hình 2.7. Đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính ..........................................................24
Hình 2.8. Gửi điện áp Vdk đến điều khiển thiết bị ...............................................24
Hình 2.9. Các luồng thông tin giữa PLC và SERVER ..........................................27
Hình 2.10. Sơ đồ khung cảnh toàn hệ thống giám sát, điều khiển từ xa nhà trạm .
............................................................................................................................32
Hình 2.11. Biểu đồ phân rã chức năng hệ thống ...................................................33
Hình 2.12. Biểu đồ usecase chức năng quản lý cấu hình ......................................34
Hình 2.13. Biểu đồ usecase chức năng theo dõi giám sát thiết bị .........................35
Hình 2.14. Biểu đồ usecase chức năng điều khiển thiết bị ....................................36
Hình 2.15. Biểu đồ usecase chức năng quản lý lƣu trữ .........................................37
Hình 2.16. Biểu đồ usecase chức năng thống kê báo cáo .....................................38
Hình 2.17. Biểu đồ usecase chức năng quản trị hệ thống .....................................39
Hình 2.18. Biểu đồ tuần tự quá trình đăng nhập hệ thống ....................................41
Hình 2.19. Biểu đồ tuần tự quá trình theo dõi giám sát thiết bị nhà trạm ..............43
Hình 2.20. Biểu đồ tuần tự quá trình điều khiển thiết bị nhà trạm ........................45
Hình 3.1. Mô hình thiết kế hệ thống ....................................................................47

Hình 3.2. Sơ đồ thực thể hệ thống giám sát nhà trạm BTS ...................................49
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 9

Hình 4.1. Kiến trúc Oracle Server ........................................................................57
Hình 4.2. Cấu trúc Share Pool .............................................................................58
Hình 4.3. Database buffer cache ..........................................................................59
Hình 4.4. Redo log buffer ....................................................................................59
Hình 4.5. Database Writer (DBWR) ....................................................................60
Hình 4.6. Log Writer (LGWT) ............................................................................61
Hình 4.7. Cấu trúc database .................................................................................63
Hình 4.8. Quan hệ giữa database, tablespace và datafile ......................................65
Hình 4.9. Application Services ............................................................................68
Hình 4.10. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Lựa chọn trạm mô
phỏng ..................................................................................................................69
Hình 4.11. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Thiết lập IP và cổng
kết nối tới máy chủ ..............................................................................................69
Hình 4.12. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Mô phỏng thiết bị tại
trạm .....................................................................................................................70
Hình 4.13. Màn hình đăng nhập hệ thống ............................................................70
Hình 4.14. Giao diện chƣơng trình ngƣời dùng sau khi đăng nhập .......................71
Hình 4.15. Hiển thị trạng thái kết nối, trạng thái thiết bị ......................................72
Hình 4.16. Nhà trạm BTS: Gửi cảnh báo cháy .....................................................72
Hình 4.17. Màn hình hiển thị cảnh báo cháy cho ngƣời quản lý ...........................73
Hình 4.18. Tình trạng trạm hiện tại ......................................................................74
Hình 4.19. Nhà trạm nhận thông tin điều khiển....................................................75
Hình 4.20. Trạng thái các thiết bị sau khi điều khiển ...........................................76
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 10

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Đặc tả bảng dữ liệu USERS .................................................................50
Bảng 3.2. Đặc tả bảng dữ liệu STATION ............................................................50
Bảng 3.3. Đặc tả bảng dữ liệu ROLE ...................................................................51
Bảng 3.4. Đặc tả bảng dữ liệu DEVICE_TYPE ...................................................51
Bảng 3.5. Đặc tả bảng dữ liệu DEVICES.............................................................52
Bảng 3.6. Đặc tả bảng dữ liệu PARAMETER .....................................................52
Bảng 3.7. Đặc tả bảng dữ liệu STATION_DEVICE ............................................52
Bảng 3.8. Đặc tả bảng dữ liệu LOG_EVENT ......................................................53
Bảng 3.9. Đặc tả bảng dữ liệu ALARM ...............................................................53
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 11

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BTS : Base Transceiver Station
BMS : BTS Monitoring System
PLC : Programmable Logic Controller
ATS : Automaitc Transfer Switch
TCP/IP : Transmission Control Protocol /Internet Protocol
DI : Digital Input
DO : Digital Output
AI : Analog Input
NO : Normal Open
NC : Normal Close
CSDL : Cơ sở dữ liệu
PK : Primary Key

Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 12

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong xu thế cạnh tranh ngày càng mạnh của nền kinh tế mở cửa trong tất cả
các lĩnh vực đặc biệt trong ngành kinh doanh dịch vụ, chất lƣợng phục vụ và giá cả
dịch vụ cung cấp cho khách hàng đƣợc đặt lên hàng đầu.
Ngành dịch vụ viễn thông là một ngành kinh doanh đã có từ lâu, có một hệ
thống cơ sở hạ tầng, hệ thống thiết bị cung cấp dịch vụ đƣợc lắp đặt trên một địa
bàn rộng. Do ngày càng phải xây dựng thêm các nhà trạm, đầu tƣ thêm các hệ thống
thiết bị công nghệ mới để cung cấp các dịch vụ viễn thông theo nhu cầu phát triển
của thị trƣờng nên trị giá tài sản đầu tƣ ngày càng tăng. Để nâng cao chất lƣợng
dịch vụ và giảm tối đa chi phí quản lý, tăng cƣờng việc kiểm soát an ninh đối với
các nhà trạm thiết bị, cần phải có một giải pháp giám sát quản lý nhà trạm tập trung
từ xa, tự động hoá toàn bộ hoạt động của các thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ các
thiết bị chính, giảm bớt nhân tố con ngƣời trông coi, qua đó giảm đƣợc rất nhiều chi
phí quản lý, và tận dụng đƣợc nguồn nhân lực đó để phục vụ các nhu cầu khác. Có
nhƣ vậy mới có thể tăng sức mạnh cạnh tranh trong nền kinh tế mở cửa nhƣ hiện
nay.
Đối với các nƣớc phát triển, các hệ thống giám sát tự động từ xa cho các nhà
trạm thiết bị không ngƣời đã đƣợc sử dụng từ rất lâu trong tất cả các lĩnh vực, trong
khi ở Việt Nam, công nghệ này là tƣơng đối mới mẻ.
Xuất phát từ thực tế trên, em xin chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống giám sát
và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS” để làm đồ án tốt nghiệp.
Mục tiêu của đồ án là: Tìm hiểu hệ thống trang thiết bị tại nhà trạm thu phát
sóng di động BTS để đưa ra giải pháp giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị tại
nhà trạm. Từ đó xây dựng hệ thống phần mềm giám sát và điều khiển tập trung cho
các trạm thu phát sóng di động BTS.

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm phần mở đầu, 4 chƣơng và kết luận.
Phần mở đầu: Giới thiệu đề tài, xác định mục tiêu, nội dung và phạm vi thực hiện
của đồ án tốt nghiệp
Chƣơng 1 – Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về nhà trạm BTS, hệ thống thiết bị
và hiện trạng giám sát điều khiển nhà trạm hiện nay.
Chƣơng 2 – Khảo sát và phân tích hệ thống: Phân tích những yêu cầu của hệ
thống, chỉ ra đƣợc các chức năng của hệ thống bằng các biểu đồ Usecase, biểu đồ
tuần tự của một số chức năng chính của hệ thống.
Chƣơng 3 – Thiết kế hệ thống: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhà trạm,
trình bày kiến trúc hệ thống, thiết kế cơ sở dữ liệu
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 13

Chƣơng 4 – Xây dựng và cài đặt: Giới thiệu các công nghệ sử dụng và kết quả đạt
đƣợc của chƣơng trình.
Kết luận: Đánh giá về đồ án, kết quả đạt đƣợc và các mặt còn hạn chế, từ đó đƣa ra
định hƣớng phát triển hệ thống trong tƣơng lai.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 14

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Nhà trạm thu phát sóng di động BTS
BTS – Base Transceiver Station: là một thành phần mạng của một hệ thống
thông tin liên lạc di động mà từ đó tất cả các tín hiệu đƣợc gửi và nhận.
1.2. Các thiết bị hỗ trợ trong nhà trạm
Ngoài những thiết bị phục vụ cho công việc giữ thông tin liên lạc giữa nhà
cung cấp dịch vụ và thiết bị di động, nhà trạm còn có nhiều thiết bị phụ trợ khác để
đảm bảo nhà trạm có khả năng hoạt động hiệu quả nhất. Các thiết bị trong nhà trạm

bao gồm:
 Thiết bị giám sát hình ảnh để lƣu trữ lại các thông tin cần thiết, phục vụ cho
công việc kiểm tra, theo dõi quá trình làm việc của nhà trạm.
 Thiết bị quản lý vào ra: điều khiển việc đóng mở cửa trạm.
 Tủ chuyển nguồn ATS (Automaitc Transfer Switch): là một thiết bị quan trọng
trong nhà trạm.

Hình 1.1. Tủ chuyển nguồn ATS
Tủ chuyển nguồn ATS có các chức năng sau:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 15

o Giám sát nguồn điện: Tự khởi động máy nổ khi mất điện lƣới và tự động
ngắt máy nổ khi có điện lƣới trở lại.
o Có khả năng cài đặt thời gian trễ đóng điện máy nổ kể từ khi máy nổ bắt
đầu hoạt động, hoặc thời gian đóng điện lƣới từ khi có điện lƣới trở lại.
o Chống dao động điện: Khi nguồn điện ổn định, hệ thống sẽ ngắt điện đến
tải để bảo vệ tải. Khi nguồn điện ổn định trở lại sau một khoảng thời gian
nhất định thì mới đóng điện đến tải.
o Chức năng bảo vệ: Hệ thống có chức năng chống quá / thấp áp, mất pha
điện lƣới: Khi mạng điện lƣới bị mất một trong ba pha, hoặc khi mạng
điện lƣới ba pha xảy ra hiện tƣợng tăng áp hoặc thấp áp vƣợt ra ngoài dải
đã đặt , thì hệ thống tự động ngắt tải ra khỏi mạng điện lƣới và khởi động
máy phát điện để cấp điện cho tải. Khi mạng điện lƣới thực sự ổn định trở
lại sau khoảng thời gian đặt trƣớc tuỳ ý (từ 01 đến 10 phút), thì hệ thống
sẽ tự động tắt máy phát điện và đóng điện lƣới đến tải.
o Chức năng cảnh báo: Cảnh báo tại chỗ và truyền tín hiệu cảnh báo về
trung tâm đối với các sự kiện.
o Các thông số hoạt động cho hệ thống đƣợc cài đặt dễ dàng.

Khi đƣợc tích hợp vào hệ thống giám sát điều khiển từ xa, hệ thống ATS và
các mạch điều khiển máy nổ ngoài khả năng vận hành tự động độc lập (chế độ
Auto), cần phải có thêm chế độ vận hành từ xa (chế độ Remote) và chế độ nhân
công hoàn toàn (chế độ Manual), có nhƣ vậy hệ thống mới có khả năng dự phòng
cao, giảm thiểu rủi ro đƣợc tối đa.
 Hệ thống đèn chiếu sáng và thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng
 Điều hòa: để đảm bảo nhiệt độ trong nhà trạm luôn ổn định giúp cho các thiết bị
trong nhà trạm hoạt động hiệu quả hơn. Để điều khiển điều hòa cần sử dụng một
thiết bị điều khiển có chức năng sau:
o Phát hiện trạng thái bật tắt điều hòa
o Có khả năng cài đặt nhiệt độ, tốc độ gió, tốc độ quạt cho điều hòa.
 Mạch đo điện áp ắc qui
 Đầu đo nhiệt phòng máy: Để đo chính xác nhiệt độ phòng máy, cần phải sử
dụng đầu đo có dải đo phù hợp (khoảng từ 0 - 50
O
C)

Hình 1.2. Đầu đo nhiệt phòng máy
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 16

 Cảm biến khói, cảm biến cháy: Để cảnh báo sớm các nguy cơ cháy, nổ gây thiệt
hại cho các thiết bị trong trạm

Hình 1.3. Đầu báo khói và đầu báo nhiệt gia tăng
 Cảm biến cửa mở và cảm biến kính vỡ: Để phát hiện đột nhập trái phép vào nhà
trạm.

Hình 1.4. Cảm biến cửa mở và cảm biến kính vỡ

 Ẩm kế: Đo độ ẩm trong trạm
 Quạt thông gió: Giữ cho trạm luôn khô thoáng, gia tăng tuổi thọ cho các thiết bị
trong trạm

Hình 1.5. Quạt thông gió
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 17

1.3. Hiện trạng nhà trạm hiện nay và nhu cầu xây dựng hệ thống giám sát
tập trung
Thực tế hiện nay, nhà trạm có hệ thống trang thiết bị rất đa dạng, mỗi thiết bị
lại đƣợc sản xuất ở nhiều hãng khác nhau, có giao diện điều khiển và quản lý khác
nhau nên việc giám sát, điều khiển trang thiết bị rất tốn kém về công sức cũng nhƣ
kinh phí.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra các hệ thống giám sát, điều khiển chuyên
dụng để đáp ứng nhu cầu giám sát từ xa và kiểm soát an ninh nhƣ: camera, thẻ từ,
đầu đọc vân tay, ... Phƣơng tiện truyền dữ liệu giám sát cũng rất khác nhau: đƣờng
điện thoại, GPRS, mạng IP, ... trong đó giải pháp truyền dẫn qua mạng IP đƣợc ƣa
chuộng hơn cả.
Tuy nhiên mỗi hãng sản xuất chỉ làm ra một hệ thống chuyên dùng của mình
(nhƣ hệ thống giám sát qua camera, hệ thống báo động chống trộm, hệ thống điều
khiển thiết bị riêng cho từng thiết bị riêng biệt của hãng, …) để chào bán rộng rãi
chứ chƣa có một hãng nào đƣa ra đƣợc một giải pháp tổng thể có thể tích hợp đƣợc
tất cả các thông tin cần giám sát vào thành một hệ thống đồng nhất.
Trong các trạm thu phát sóng, bản thân hệ thống các thiết bị phụ trợ ở các
nhà trạm (nhƣ máy nổ, điều hoà, ...) cũng không đồng bộ với nhau, không cùng
chung một giao diện quản lý, việc tích hợp vào hệ thống giám sát lại càng trở nên
khó khăn hơn, đồng thời cấu hình thiết bị phụ trợ và quy mô của mỗi trạm lại một
khác nhau.

Từ hiện trạng các hệ thống nhà trạm hiện nay, cần phải quản lý tập trung các
trang thiết bị của nhà trạm. Đây là một nhu cầu thiết yếu để giảm chi phí nhân tố
con ngƣời trông coi và tận dụng đƣợc nguồn nhân lực đó để phục vụ các nhu cầu
khác, tự động hoá toàn bộ hoạt động của các thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ các
thiết bị chính, nâng cao chất lƣợng dịch vụ và giảm tối đa chi phí quản lý, tăng
cƣờng việc kiểm soát an ninh đối với các nhà trạm thiết bị. Có nhƣ vậy nhà cung
cấp dịch vụ mới có cơ hội để tăng sức cạnh tranh trong nền kinh tế mở cửa nhƣ hiện
nay.


Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 18

CHƢƠNG II. KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH
HỆ THỐNG
2.1. Yêu cầu của hệ thống
2.1.1. Yêu cầu chung đối với hệ thống giám sát nhà trạm
Từ nhu cầu thực tế và hiện trạng các hệ thống giám sát thiết bị hiện nay đòi
hỏi hệ thống giám sát cần xây dựng phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau:
 Thông tin giám sát quản lý phải đƣợc truyền từ trạm lên trung tâm qua mạng
IP đã có sẵn, đảm bảo thời gian thực
 Có khả năng quản lý tập trung nhiều nhà trạm trên diện rộng
 Hệ thống phải có độ ổn định và tính chính xác cao
 Hệ thống phải đáp ứng đƣợc các nhu cầu giám sát điều khiển sau:
o Giám sát tức thời các cảnh báo cháy nổ: khói, cháy, nhiệt gia tăng...
o Giám sát tức thời các cảnh báo môi trƣờng: nhiệt độ, độ ẩm, nƣớc
ngập...
o Giám sát tức thời các cảnh báo về nguồn điện: điện lƣới, điện tải, sự
cố điện 3 pha …

o Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị phụ trợ: điều hoà, máy
nổ, ATS...
o Đo đạc chính xác từ xa các thông số: đo nhiệt độ, điện áp DC/AC,
dòng điện, tần số …
o Điều khiển tự động các thiết bị phụ trợ theo đúng quy trình: điều hoà,
ATS, máy nổ…
o Điều khiển từ xa các thiết bị phụ trợ
o Giám sát hình ảnh qua hệ thống camera, tự động ghi hình khi có sự
kiện
o Giám sát cửa ra vào, cảnh báo hiện trạng cửa tự động mở.
 Hệ thống có khả năng tích hợp đƣợc tất cả các nhu cầu giám sát trên vào
cùng một giao diện quản lý
 Hệ thống phải đảm bảo tính mở và độ linh hoạt để thích ứng đƣợc với các
nhà trạm khác nhau và dự phòng mở rộng trong tƣơng lai.
2.1.2. Các yêu cầu đối với phần mềm quản lý trên Server
 Chƣơng trình giám sát phải phân quyền đƣợc đối với ngƣời sử dụng, ngƣời
sử dụng có thể truy cập đƣợc mọi lúc mọi nơi.
 Chƣơng trình giám sát phải tích hợp đƣợc tất cả các công việc nhƣ cài đặt
thông số, điều khiển, giám sát và quản lý trên cùng một giao diện duy nhất.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 19

 Kết nối, truyền nhận dữ liệu với hệ thống bảo vệ điện tử tại các trạm thu phát
sóng thông qua môi trƣờng mạng theo chuẩn TCP/IP.
 Có khả năng khai báo, mở rộng số trạm thu phát sóng.
2.2. Giải pháp phần cứng
2.2.1. Giải pháp
Trong việc giám sát từ xa, có các vấn đề sau đƣợc quan tâm:
 Giám sát cảnh báo: cháy nổ, đột nhập, điều hoà tắt, mất điện, ...

 Đo đạc chính xác các thông số: nhiệt độ, dòng, áp, ...
 Cài đặt thông số cho các thiết bị
 Điều khiển thiết bị từ xa
 Giám sát camera và ghi lại hình ảnh khi có sự kiện
Nhƣ vậy tại mỗi trạm sẽ sử dụng một thiết bị BMS (BTS Monitoring
System) đặc thù để đảm trách đƣợc các chức năng nói trên, đồng thời tất cả đều
phải có khả năng kết nối lên trung tâm qua địa chỉ IP và tích hợp chung vào để quản
lý trên cùng một phần mềm.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 20


Hình 2.1. BTS Monitoring System – Thiết bị giám sát điều khiển hệ thống trang
thiết bị tại mỗi nhà trạm

2.2.2. Thiết bị BTS Monitoring System
Thiết bị BTS Monitoring System là một sản phẩm dựa trên phần cứng điều
khiển logic lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) của hãng Siemens.
PLC thực chất là một thiết bị đƣợc các hãng sản xuất nổi tiếng trong lĩnh vực tự
động hoá (bao gồm Siemens, Omron, Mitsubishi, Honeywell, Allen-Bradley...) sản
xuất ra để thực hiện việc giám sát và điều khiển tự động trong môi trƣờng công
nghiệp.
PLC có cấu trúc nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều cổng có các kiểu giao diện điện khác
nhau cho phép kết nối đến tất cả các chủng loại cảm biến (sensor) và các thiết bị
điều khiển có trên thị trƣờng. Khả năng mở rộng số lƣợng cổng giao tiếp của PLC là
rất tốt, chỉ cần lắp thêm các modul I/O mở rộng nối tiếp nhau dƣới dạng chuỗi là
xong. Tổng số lƣợng cổng giao tiếp đƣợc mở rộng có thể lên đến hàng trăm, thậm
chí hàng ngàn tuỳ theo từng loại PLC:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 21


Hình 2.2. Mở rộng các cổng I/O của PLC bằng cách lắp thêm modul nối tiếp nhau
Dƣới đây sẽ mô tả thiết bị PLC đƣợc sử dụng cho hệ thống phục vụ giải pháp
giám sát điều khiển từ xa cho các nhà trạm không ngƣời trực:

Hình 2.3. Mô hình kết nối thiết bị của PLC
 Cổng DI (Digital Input):
Cổng DI chấp nhận 2 mức tín hiệu điện: 24V tƣơng đƣơng logic "1" và 0V
tƣơng đƣơng logic "0". Việc đấu nối đầu ra tiếp điểm của các cảm biến đến cổng DI
rất đơn giản nhƣ sau:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 22


Hình 2.4. Cổng DI
Trong trƣờng hợp muốn tiết kiệm số cổng DI sử dụng của PLC và không cần
thiết phân biệt chính xác từng sensor chúng ta có thể thực hiện việc đấu nối song
song các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng mở (NO) hoặc đấu nối trực tiếp các
sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng đóng (NC) rồi đƣa vào 1 cổng DI duy nhất nhƣ
hình dƣới đây:

Hình 2.5. Đấu song song các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng mở

Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 23

Hình 2.6. Đấu nối tiếp các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng đóng
 Cổng AI (Analog Input):
Cổng AI của PLC chấp nhận 2 kiểu tín hiệu điện tƣơng tự đƣa đến:
 Kiểu dòng: chấp nhận dòng điện vào trong khoảng từ 0-20mA
 Kiểu áp: chấp nhận điện áp vào trong khoảng từ 0-5V
Khi nối với cảm biến có đầu ra kiểu dòng, PLC đóng vai trò nhƣ một Ampe kế.
Khi nối với cảm biến có đầu ra kiểu áp, PLC đóng vai trò nhƣ một Vôn kế.
PLC thực hiện việc chuyển đổi tƣơng tự sang số (A/D) để chuyển các tín
hiệu điện sang dạng số nguyên trong dải 0-32767 một cách tuyến tính để truyền về
trung tâm (qua giao thức TCP/IP).
Các nhà cung cấp cảm biến đo giá trị chính xác đều có hỗ trợ cổng ra 4 –
20mA hoặc 0 – 5V để tƣơng thích với tất cả các loại PLC khác nhau. Nói chung
việc chuyển đổi giá trị đo sang tín hiệu điện tƣơng tự của đầu ra cảm biến đều là
tuyến tính trên toàn dải đo của cảm biến. Ví dụ: đầu đo nhiệt độ cho dải từ 0 – 50
O
C
cho ra dòng 4 – 20mA sẽ có đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính nhƣ hình dƣới đây:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 24


Hình 2.7. Đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính
Khi trung tâm nhận đƣợc giá trị số hóa mà PLC gửi lên, căn cứ theo đặc tuyến trên,
sẽ có thể tính ngƣợc lại giá trị thực mà cảm biến đo đƣợc. Theo cách này, hệ thống
có khả năng đo đƣợc tất cả các giá trị khác nhau của trạm nhƣ dòng điện, điện áp,
tần số,... miễn là phải có đƣợc cảm biến thích hợp.
 Cổng DO (Digital Output):

Mỗi cổng ra DO của PLC ứng với một cặp tiếp điểm kiểu NO.
Ngƣời lập trình PLC có thể lập trình để điều khiển đóng (ứng với logic 1 của
DO) hay mở (ứng với logic 0 của DO) cặp tiếp điểm này. Thông qua cặp tiếp điểm
DO và có thể qua một vài role trung gian, điện áp điều khiển bất kỳ có thể đƣợc gửi
đến để điều khiển thiết bị với công suất mong muốn. Qua role, thực hiện việc phân
cách hoàn toàn về điện giữa PLC và thiết bị cần điều khiển, do đó bảo vệ đƣợc
PLC. Dƣới đây là hình vẽ mô tả cách thức đấu nối để gửi 1 điện áp điều khiển V
dk

đến thiết bị, V
dk
có thể là điện áp 1 chiều hoặc xoay chiều.

Hình 2.8. Gửi điện áp V
dk
đến điều khiển thiết bị
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 25

Theo cách này, PLC có khả năng điều khiển đƣợc tất cả các thiết bị có giao tiếp
điều khiển bằng điện áp cố định nhƣ: máy nổ, điều hoà, ATS, đèn chiếu sáng, còi
báo động, ... là các thiết bị cần kết nối điều khiển trong nhà trạm.
2.2.3. Giao tiếp giữa BMS và SERVER:
Để PLC đáp ứng đƣợc tất cả các tính năng cần thiết cho việc giám sát và điều
khiển các nhu cầu đã đặt ra, công việc quan trọng nhất là phải tiến hành lập trình
cho PLC. Chƣơng trình điều khiển nạp vào PLC phải đáp ứng đƣợc các nhóm chức
năng cơ bản sau:
 Giao tiếp với trung tâm qua một giao thức xác định trƣớc (chính là giao thức
TCP/IP) để nạp cấu hình cho PLC và điều khiển từ xa

 Tự động gửi sự kiện cảnh báo/xoá cảnh báo lên trung tâm ở tất cả các cổng
DI và AI
 Hỗ trợ chức năng điều khiển tự động và điều khiển từ xa theo cấu hình đã
đƣợc nạp