100KW短波發射機過荷取樣數字化升級

國家新聞出版廣電總局七二三臺　梁　戈

100KW短波發射機過荷取樣數字化升級

國家新聞出版廣電總局七二三臺梁戈

本文使用模數轉換芯片MAX187，8路模擬量選擇芯片CD4051和8951單片機，設計一套多路模擬信號采集、模數轉換及顯示系統，以便對發射機的過荷取樣進校數字化升級。

模數轉換；過荷取樣；單片機

1.緒論

我臺機房運行100KW短波發射機，在日常維護中，其末前過荷，高末簾柵過荷及高末陰流過荷是危害性很大的三種故障，嚴重時會造成元器件的損壞。基于此，本人設計此方案，對上述3信號進行數字化監控，在發生過荷時，將過荷電流值定量地抓捕，顯示出來，為故障處理的分析判斷提供依據。

2.硬件電路設計

本方案所使用的硬件設備主要有電流互感器，差分放大電路，模數轉換芯片MAX187，8路模擬量選擇芯片CD4051，8951單片機，LCM1602等等。電流互感器使用561臺自動化自帶的電流互感器。

2.1差分放大電路

從電流互感器送來的電信號是一組差分信號，其2條信號線容易受到發射機內部高頻高壓信號以及環境溫度的影響造成失真。這些影響對2條信號線的影響是相同的，所以可以使用差分電路將干擾信號一并刪除。此電路分2級，第一級是差動放大器，第二是增益放大器。電流互感器輸出的模擬信號是0-5伏，經本電路處理后，輸出的模擬信號即圖2中IOUTX信號的范圍是0-5伏。

2.2多通路模擬信號選擇芯片CD4051

因為本方案要監測3個過荷電流信號，所以后續電路中AD芯片MAX187要對著3個信號分別進行模數轉換，MAX187在每一時刻只能對一路模擬量進行轉換，而現在有3路模擬量，如果每一路都配備一個MAX187，將使得成本上升。為此本方案選擇多通路模擬信號選擇芯片CD4051，對3路模擬信號進行循環選取，這樣就保證了每路模擬信號都可以被檢測到，而且每一時刻僅有一路被選中。CD4051與單片機的接口電路如圖1所示。

圖1　CD4051與單片機的接口電路

2.3模數轉換

信號由CD4051芯片送到MAX187模數轉換器，進行AD轉換，將模擬量變成數字量。與單片機的接口電路如圖1所示。MAX187的引腳1是電源接口，外接5伏電源，同時通過一個陶瓷電容和電解電容接地，起到穩壓濾波的效果。引腳2作為模擬量的輸入口， 與CD4051的輸出腳相連，引腳3接地保證芯片正常工作，引腳4是電壓參考端通過一個電解電容接地，當接通電源20ms后電解電容充電完畢，可以進行正常的模數轉換，引腳5接地，引腳6是MAX187的輸出端，與單片機的P34腳相連，引腳7是片選信號與單片機的P32腳相連，引腳8是時鐘信號與單片機的P33腳相連。

3.軟件設計

本方案中的軟件設計主要包括以下部分：MAX187模數轉換器的驅動程序，LCM1602液晶顯示器的驅動程序，過荷信號的處理程序。下面列出這些程序的關鍵代碼并解釋。

3.1MAX187驅動程序

此程序是MAX187的驅動程序，完成模數轉換，作為子函數被主函數調用，每調用一回就進行一次轉換。

#include＜reg52.h＞

#include＜intrins.h＞

sbit bCS=P3^2；//設P32腳為片選信號

sbit bCLK=P3^3；//設P33腳為時鐘信號

sbit bOUT=P3^4；//設P34腳為數字輸出信號

unsigned int ReceiveData （）

｛ unsigned char i； unsigned int RecData=0；

bSCLK=0； bCS=0； OutDelay（35）； bSCLK=1； //時鐘上升沿，芯片開始模數轉換

for（i=0；i＜13；i++） ｛ RecData＜＜=1；

if（Clock（）） RecData+=1； ｝//將MAX187的12位數據寄存器存滿

bSCLK=1； OutDelay（1）； bSCLK=0； OutDelay（1）； bSCLK=1；

OutDelay（5）； bCS=1； OutDelay（5）；

bCS=1； bSCLK=1； bDOUT=1；//結束此次模數轉換

return（RecData）；｝//將轉換結果送到上級調用函數

3.2LCM1602驅動程序

下面的程序是液晶屏的程序，包含驅動程序和顯示程序，分為幾個小函數。

void write_com（uchar com）//發送控制字的子程序

｛P2=com；//將單片機的P2口作為發送數據的端口

rs=0；lcden=0；delay（10）；//rs位置0，表示此次傳輸控制字給LCM

lcden=1；delay（10）；lcden=0；｝//lcden產生上升沿，使得P2口的數據傳給LCM

void write_date（uchar date） //發送待顯示數據的子程序

｛P2=date； //將單片機的P2口作為發送數據的端口

rs=1；lcden=0；delay（10）； //rs位置1，表示此次傳輸待顯示數據給LCM

lcden=1；delay（10）；lcden=0；｝ //lcden產生上升沿，使得待顯示的數據傳給LCM

void init（）//LCM的初始化程序，該函數會在主函數中被調用

｛write_com（0x38）；delay（20）；

write_com（0x0f）；delay（20）；

write_com（0x06）；delay（20）；

write_com（0x01）；delay（20）；｝

3.3CD4051的地址選擇程序

void add（int i）//i表示要選擇的通道，可以從1-8

｛ int a，b，c；//定義a，b，c3個臨時變量用于對i編碼

add2=i/4； a=（int）（add2）*4； b=（int）（a）*2； c=（int）（i-a）*2；對i進行編碼

add1=（int）c/4； add0=（i+2）%2；｝//對地址位進行賦值

4.結語

本設計方案可以將瞬間過荷值有效抓捕，且測量結果精確到千分之一安培，誤差比模擬采集系統降低1-2個數量級，為維護人員檢查處理故障提供了可靠的數據，同時為今后抑制瞬間過荷值做出前期準備。