民航空管設備機房環境監測方案

張云帆

民航內蒙古空管分局，內蒙古呼和浩特 010070

民航空管設備機房環境監測方案

張云帆

民航內蒙古空管分局，內蒙古呼和浩特 010070

本文論述了機場導航設備工作環境的監控技術。利用多種傳感器與核心控制器AVR單片機AT90S8535通信，并且通過VB語言開發的上位機軟件將所測得各參數顯示在PC機，進行各參數的監視。此設計包含信息量大，操作簡便，人機界面友好，視覺效果生動直觀。

傳感器；串口通信；軟件開發

0 引言

民航內蒙古空管分局是華北空管局管轄面積最大的空管分局，內蒙古地區地域廣闊，航線眾多，是飛向蒙古、俄羅斯和歐洲的重要空中交通樞紐之一。導航設備能否正常工作直接關系到飛機能否正常飛行。機房的溫度、濕度、電源的電壓、電流，機房漏水以及機房的門窗開關等環境因素，對導航設備正常工作與否起著非常大的作用。當機房情況出現異常，由于采集的信息全面，導航人員可以立即做出全面分析判斷，提高準確性，爭取了時間，使導航人員對設備管理由原來的被動方式轉為主動管理。

1 導航設備機房監視系統組成

該監視終端需要對不同工作方式的傳感器所采集到的信息進行分析和處理。如圖1所示。終端核心部件的指標參數以及可靠性直接決定了整個系統的性能，因此，在核心部件的選擇上，充分考慮到可靠性與價格比，根據總體設計選用ATMEL公司AVR系列的AT90S8535芯片。溫度傳感器選擇了美國MAXIM公司的一款SPI/三線串口的數字溫度傳感器DS1722，其無需外圍組件即可以完成對環境溫度的檢測。濕度傳感器選擇了瑞士Scnsirion公司推出的一款數字式芯片SHT11，提供二線數字符串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高。電壓電流采集部分選擇電子式電壓互感器和電流互感器，用來監測機房穩壓源電源的電壓和電流。漏水傳感器選用的是深圳市向量科技有限公司生產的一款產品，它適用于機房、空調房等場所的漏水檢測。

圖1 監視系統的整體框圖

系統工作原理：溫度、濕度傳感器發出的數字信號；電壓、電流互感器發出的模擬信號和門窗、水淹傳感器的開關信號均進行電路轉換后送到AT90S8535芯片，通過RS232接口實現與上位機進行串行通信，通過用VB語言專門開發的軟件在電腦屏幕上進行顯示。如果出現異常情況系統就會發出告警信息。同時，充分考慮了不同系統擴展性的需要，采用模塊化結構并留富余的I/O口，具有足夠的靈活性以適應不同規模的系統和不同數量的監控對象的需要，當終端需要擴展時，可以方便的擴充硬設備，而且留有供通訊的RS232接口。

2 系統的軟件開發

2.1 系統下位機軟件開發

本監控系統直接對機房內環境進行監控，對實時性要求較高。軟件編制中適當的采用了中斷方式進行控制，以提高監控終端的實時響應速度。該軟件設計遵循結構化和模塊化的原則，將軟件劃分為若干個獨立的功能模塊，各模塊通過軟件接口連接，連接力求模塊內部數據結構的緊湊性以及模塊之間數據關系的松散性，盡可能減少各功能模塊的相互影響。系統的程序主要包括：主程序、DS1722溫度采集與讀取程序、SHT11溫濕度采集與讀取程序、電壓電流采集子程序、門/窗開關與漏水次數讀取程序和串行通信程序。

2.2 系統上位機軟件開發

2.2.1串行通信協議

本系統采取的是RS232接口實現串行通信，串口波特率9 600bps。該監控系統由上位機與下位機組成，上下位機之間的通信不是主從式，正常情況下每一次通信均由上位機發起，但是當下位機檢測到有故障時就會主動發送報警幀到上位機。通過VB語言開發的軟件，利用電腦對該監控終端進行調試。由于發送的數據較多且類型不同，因此該通信協議的制定十分重要。每次通訊開始計算機向單片機發送命令，單片機收到PC機命令后，先辨別命令是否正確，然后依據命令內容作相應處理。協議格式與內容如下：

每幀包括1個起始位，8個數據位，1個停止位，無校驗位。系統的預設指令如下所示：

1）讀取某點溫、濕度的方式:發送0x10～0x20給系統后，等待系統返回相應的溫度或濕度。系統返回溫度或濕度數據為兩個字節，前12位為整數部分，后4位為小數部分；

2）讀取電壓、電流的方式:向系統發送0x30～0x31可讀取電壓和電流值。系統返回的數據為兩個字節，前12位為整數部分，后4位為小數部分；

3）讀門、窗或地面狀態的方式:向系統發送0x40～0x42可以檢測門窗狀態或是否進水，系統會返回單字節狀態量0或1，狀態量的意義如0x40～0x42的定義所示；

4）讀門、窗打開次數或地面進水次數的方式:向系統發送0x50～0x52可以讀取讀門、窗打開次數或地面進水次數，系統會返回一個無符號整型數；

5）發送wait讓系統等待，發送resume后系統返回0XC0，表示可以繼續接收或發送數據；發送error1表示傳輸錯誤，系統會把上次發送的數據再發送一次；

6）系統復位后，主動發送error2代表溫度或溫濕度傳感器初始化錯誤，可能是傳感器連接錯誤或損壞。接下來傳送的一個字節數據表示產生錯誤的傳感器的個數。如果所有傳感器均正常，系統會發送0xc0；

7）向系統發送握手信號，系統會返回握手信號；

8）向系統發送讀取系統序列號的指令，系統返回一個兩字節的序列號；

9）向系統發送0xff，系統復位；

10）向系統發送其他指令，系統將返回0xb0。

溫度的單位為℃，濕度的單位為助%，電壓的單位為V，電流的單位為A。溫、濕度均用兩個字節的有符號整型數表示，其中前12位是溫、濕度的整數部分，后4位是溫、濕度的小數部分。例如20.25=0b000000010100(整數分)}0100(小數部分)，考慮到傳感器的精度問題，建議顯示數據時只取1位小數。如果向系統發送指令的時間間隔太短，可能會得不到響應或響應滯后，或是造成傳感器自身的溫升，影響測量精度。

3.2.2上位機軟件

圖2 系統軟件監視界面

在該設計中，用VB語言開發了專用軟件利用電腦進行系統調試。該語言提供了直觀可視化程序設計方法，還提供了一個具有串行通信功能的MSC0nun組件，運用它非常方便。程序員只需要對VB提供組件的屬性、事件進行編程，然后再由這些組件對相應的事件進行響應。這樣就使得各個事件彼此完全獨立，可以大大提高程序的穩定性和可靠性，同時簡化了程序編碼過程。

軟件界面如圖2所示：上位機軟件主要有如下功能：顯示5處地點的溫度和平均溫度、機房內的濕度，三項交流電的電壓、電流；門/窗開關狀態和打開的次數；地面狀態和進水次數以及失火情況等。設有保存、退出、刷新等按鍵。

4 結論

本監控系統以圖文并茂的形式給出導航設備機房狀態信息，使操作人員對機房內各種情況了如指掌，如果出現異常本系統馬上告知操作人員，可準確判斷出現的情況，及時做出處理，這完全符合民航安全的需要，成為導航設備的守護神。

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1674-6708（2011）53-0057-02