光耦和直流繼電器在電臺長劃保護器中的嵌入設計

宋政達

摘 要：民航空中交通管制使用的地空通信系統在實際運行過程中，由于運營商傳輸原因造成的傳輸誤碼過高，會導致遠端臺站中電臺發射機設備發生短間隔持續性長劃，對方圓200km半徑內同頻的電臺接收機造成嚴重干擾，致使此區域內的機組無法與在地面管制建立有效的通信。為了最大程度減小電臺發射機長劃時對周圍同頻電臺的影響，筆者設計了一套能夠自動識別出電臺長劃并抑制電臺長劃的保護裝置，在本文中，筆者詳細介紹此保護裝置硬件部分的設計思路。

關鍵詞：Atmel；光電耦合器；繼電器

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

一、設計背景

在電臺發生長劃時，運營商傳輸線路誤碼過高的具體情形存在著很大的隨機性和不確定性，最終導致的結果就是使得電臺發射控制線持續性頻繁短時間接地，至少每分鐘30次以上。因此，識別電臺長劃，只需檢測電臺發射控制線每分鐘接地的次數即可。因為在空中交通管制正常的地空通信過程中，管制員發話形成的電臺發射機接地次數每分鐘是不可能超過30次的。當識別出電臺發生長劃后，只需切斷此電臺發射控制線，即可抑制電臺長劃。基于此思路，筆者選取了當前應用成熟且成本低廉的Atmel最小系統做為控制平臺，選取TLP521型光電耦合器作為識別電臺發射控制線接的器件，選取IN4001型直流驅動繼電器作為切斷電臺發射控制線的器件。下面筆者詳細介紹三者的特性及硬件配合使用的方法。

二、Atmel最小系統控制平臺的搭建

一個Atmel最小系統，包含以下幾個部分：單片機、晶振電路及復位電路。最小系統能夠完成以下功能：1.手動復位功能；2.能夠使用單片機的片內程序存儲器；3.具有基本的人機交互接口，可以進行控制輸入和結果顯示；4.具有一定的可擴展性，使單片機I/O口可以與其他電路連接。為達到上述要求，筆者選取了以下元器件組成一個Atmel最小系統。at89c51一片、12MHz晶振一個、30pf的瓷片電容兩個、10uf電解電容一個、10k的電阻一個、復位開關一個。

時鐘系統是最小系統正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統將會不能工作；假如振蕩器運行不規律，系統執行程序的時候就會出現時間上的誤差，程序執行就會發生紊亂。時鐘系統是由一個晶振和兩個瓷片電容組成的，晶振兩側分別接單片機的x1和x2，晶振和瓷片電容是沒有正負的，但是兩個瓷片電容相連的那端一定要接地。復位電路的作用是給單片機提供一個一定時長的低電平信號，就能使程序從頭開始執行。通過按鈕接通低電平給系統復位，如果手按著一直不放，系統將一直復位，此時系統不能正常工作。在這里我們需要注意使用的電容是電解電容，是有正負的，如果接反了，就會發生爆炸。電解電容的大小會影響單片機的復位時間，容值越大需要的復位時間越短。作為核心處理器的at89c51使用的是5V直流電源。一般我們在電源VCC處加一個0.1uf的瓷片電容，作用是濾掉電源中的高頻雜波，使系統供電更穩定。但是在這個應用中，為了便于使用者能夠更直觀地看到每分鐘電臺發射控制線接地的次數，我們還需要添加八段數碼管作為顯示部分，再添加一些LED燈作為工作狀態的指示燈，比如正常工作時某個燈亮，長劃時某個燈亮等等。

三、光電耦合器和直流驅動繼電器在控制平臺上的嵌入

在本設計中選取的是TLP521型光電耦合器。一般來說，光耦是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號。在各種應用中，往往有一些遠距離的開關量信號需要傳送到控制器，如果直接將這些信號接到單片機的I/O上，有以下的問題：1.信號不匹配，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號；2.比較長的連接線路容易引進干擾、雷擊、感應電等，不經過隔離不可靠。所以需要光耦進行隔離后再接入單片機系統。在當前民航系統應用的電臺上，電臺發射控制線平時處于高阻狀態，起控后處于接地狀態，其體現出的信號屬于干結點信號，經過光電耦合器進行隔離，一方面達到接入單片機I/O引腳的電氣匹配，另一方面也達到后端控制系統不會影響到電臺發射控制線的狀態。TLP521型光電耦合器在系統中一般有兩種接法，如圖1所示。

圖1上所列出的第一種接法，P1.0引腳如果接地，則光耦內發光二極管導通，右側R3電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，這個電壓足以去驅動單片機的I/O引腳。如果P1.0引腳處于高阻狀態，則光耦內發光二極管不會導通，光耦無輸出，不能驅動單片機的I/O引腳。第二種接法P1.0引腳如果接地，則光耦內發光二極管導通，右側R4電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，但輸出引腳上并無電壓，無法驅動單片機的I/O引腳。因此，在長劃保護器這個系統里，采用第一種接法將TLP521型光電耦合器嵌入到Atmel最小系統中。

將直流驅動的繼電器嵌入到Atmel最小系統。IN4001型直流驅動繼電器的驅動電壓為+5V，在與單片機連接時，可以將繼電器供電引腳直接接在at89c51單片機I/O引腳上，引腳為高電平時，便能將公共端和常開端吸合在一起。所以在將直流繼電器接于電臺發射控制線上時，先將發射控制線剪斷，一端接于IN4001型直流驅動繼電器的公共端，另一端接于常閉端。當電臺發生長劃時，只需由程序控制與繼電器供電引腳相連的I/O引腳設置成邏輯“1”，便可驅動繼電器，使公共端和常開端吸合在一起，切斷電臺發射控制線，對周圍電臺的干擾就會立即消失。

結語

筆者按上述思路將TLP521型光電耦合器和IN4001型直流驅動繼電器與Atmel最小系統整合與一起后，經過反復測試，發現該系統邏輯正確，運行穩定，完全能夠滿足空管地空通信系統運行所需，具有很大的實際應用價值。

參考文獻

[1]劉亦松.數字電路邏輯設計[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]申鳳琴.電子電工技術應用[M].北京：機械工業出版社，2005.