饋線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

周步新，蔡成煒

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子系，江蘇 蘇州 215104）

微控制理論被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。筆者基于微控制理論，就電視發(fā)射臺(tái)智能化監(jiān)控里的天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)部分加以設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[1]介紹了電機(jī)驅(qū)動(dòng)理論，文獻(xiàn)[2]提供了單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)原理以及接線方法，文獻(xiàn)[3]給出了單片機(jī)的工作原理、硬件接線方法以及有價(jià)值的程序參考，文獻(xiàn)[4]提供了幅度采集模塊的原理以及接線方法。該設(shè)計(jì)依托于上述基礎(chǔ)理論完成。

1 功能描述

天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能分為自檢、控制、結(jié)束3個(gè)階段。系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入自檢階段，默認(rèn)狀態(tài)是1號(hào)發(fā)射機(jī)就位，如果自檢發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障，則通過MCU（微處理器）反饋給上位機(jī)，由上位機(jī)發(fā)出警報(bào)，其他事件掛起；若自檢通過，則進(jìn)入默認(rèn)的1號(hào)發(fā)射機(jī)就位狀態(tài)，如果1號(hào)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障停止播出，則反饋給上位機(jī)由上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)出控制指令讓下位機(jī)執(zhí)行切換作，并將工作狀態(tài)反饋給上位機(jī)，如圖1所示。

2 系統(tǒng)部分電路以及工作原理

天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含中央控制單元、幅度采集模塊、電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及硬件驅(qū)動(dòng)模塊，由這些模塊一起協(xié)同工作完成發(fā)射機(jī)的饋管自動(dòng)切換，以及將切換的狀態(tài)實(shí)時(shí)和系統(tǒng)自身的狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給上位機(jī)，由上位機(jī)判斷并發(fā)出操作指令。

2.1 中央控制單元

系統(tǒng)采用ATMEL公司51系列的單片機(jī)AT89C51做主控器，負(fù)責(zé)控制步進(jìn)電機(jī)切換動(dòng)作，以及將切換狀態(tài)、自我檢測(cè)狀態(tài)向上位機(jī)發(fā)出信號(hào)。自我檢測(cè)功能是通過多路電視調(diào)諧器輸出幅度經(jīng)過限幅電路進(jìn)入比較器比較，幅度不為“0”時(shí)從比較器輸出為低電平，幅度為“0”輸出高電平。MCU檢測(cè)端口P，一旦發(fā)現(xiàn)此端口為高電平，則MCU向上位機(jī)發(fā)出警報(bào)信息，向上位機(jī)報(bào)告天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障。

2.2 幅度采集模塊

幅度采集模塊采用安徽的MD740多路電視調(diào)諧器。其采用專用模塊設(shè)計(jì)制造，PLL（鎖相環(huán)）電控?cái)?shù)字調(diào)諧，接收頻道穩(wěn)定，性能可靠，操作簡(jiǎn)單方便，調(diào)諧器關(guān)機(jī)狀態(tài)具備記憶功能，可接收全頻道電視節(jié)目（包含增補(bǔ)頻道），外形尺寸為1 U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，結(jié)構(gòu)緊湊，非常適用于需要接收多路電視信號(hào)的場(chǎng)合，如圖2所示。

2.3 電機(jī)的選擇與設(shè)置

電機(jī)選擇上海明珠提供的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)成品，如圖3所示。此產(chǎn)品對(duì)外提供了A，B，C，D共4個(gè)輸出口用于連接發(fā)射機(jī)及饋管，其中A，C兩口之間相通；B，D兩口之間相通，按一下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)后，A，D兩口之間相通，B，C兩口之間相通，可以轉(zhuǎn)動(dòng)上方的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至自己需要的通路，也可以通過電動(dòng)開關(guān)選擇各自需要的通路或者通過通信協(xié)議遠(yuǎn)程控制電機(jī)4組繼電器刀2組通和2組斷（如圖4所示），實(shí)現(xiàn)自己需要的通路。

2.4 驅(qū)動(dòng)電路

天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于上位機(jī)與單片機(jī)的電平不平衡性和單片機(jī)低電平不能為4組繼電器提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，因此需要用到兩個(gè)電路，一個(gè)在上位機(jī)到單片機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換接一個(gè)MAX232模塊[6]，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)繼電器需要接一個(gè)達(dá)林頓管陣ULN2003A為4組繼電器刀提供驅(qū)動(dòng)[7]，這里用的成品的集成模塊增強(qiáng)了持續(xù)工作的穩(wěn)定性。

3 軟件系統(tǒng)

天線自動(dòng)切換監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件關(guān)鍵有兩部分：一部分對(duì)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)的通斷編程設(shè)置，即通過串行口與驅(qū)動(dòng)相連，驅(qū)動(dòng)與單片機(jī)相連接，單片機(jī)受控信號(hào)與上位機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制；一部分對(duì)自身電機(jī)是否動(dòng)作作出判斷，如果沒有動(dòng)作則向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由上位機(jī)顯示故障信號(hào)。單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)的工作原理是實(shí)現(xiàn)4組繼電器刀的通斷，所以先需要對(duì)4組繼電器刀編碼，如表1所示。

表1 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)可逆電機(jī)4組繼電器刀編碼表

上位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)到單片機(jī)，由單片機(jī)轉(zhuǎn)換為并行控制通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)每一組繼電器，實(shí)現(xiàn)饋管的切換。當(dāng)由上位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)為“F0”時(shí)，則AC，BD導(dǎo)通；發(fā)出“0F”時(shí)，則AD，BC導(dǎo)通，具體的通信協(xié)議約定為：串行接口參數(shù)，碼率9600 bit/s，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，1位停止位。（aaH）+命令+地址碼+數(shù)據(jù)1～5+異或值校驗(yàn)+字尾（bbH）共11個(gè)字節(jié)，命令=11H，查詢狀態(tài)，命令=22H，倒天線。地址碼：1～6，代表某臺(tái)天線倒換器，異或值＝除字頭外的前8個(gè)字節(jié)異或值。主程序流程見圖5。

4 結(jié)論

該設(shè)計(jì)依托現(xiàn)有硬件，應(yīng)用微控制理論，不但能夠主動(dòng)偵測(cè)發(fā)射機(jī)故障而且可以檢測(cè)系統(tǒng)本身的故障。系統(tǒng)故障分為兩類，一類是發(fā)射機(jī)故障，一類是系統(tǒng)本身故障。發(fā)射機(jī)故障則利用同軸開關(guān)進(jìn)行切換動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)饋線自動(dòng)切換功能，而系統(tǒng)故障則發(fā)出報(bào)警信號(hào)傳回上位機(jī)，完成自我檢測(cè)功能。實(shí)踐證明，其工作穩(wěn)定可靠，而且成本低廉，滿足發(fā)射機(jī)自動(dòng)切換的要求[5－6]。

[1]張愛成，黨瑞鵬，趙京廣.電流法在天線傳動(dòng)系統(tǒng)故障及跟蹤性能分析中的應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，2011，51（2）：90－93.

[2]上海明珠廣播電視科技有限公司同軸開關(guān)技術(shù)說明書[EB/OL].[2011－12－15].http://www.smzbtv.com/index.

[3]徐瑋等.C51單片機(jī)高效入門[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4]朱海霞.發(fā)射機(jī)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2009，33（12）：81－84.

[5]劉煥平.MCS51單片機(jī)與RS－232C串行口連接[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）：27－28.

[6]ULN2003A datasheet[EB/OL].[2011－12－15].http：//www.docin.com/p－261536757.html.