基于A R M的飛機導航測距儀L D B-1 0 2監控系統

寧波機場與物流發展集團有限公司 陳增杰

基于A R M的飛機導航測距儀L D B-1 0 2監控系統

寧波機場與物流發展集團有限公司 陳增杰

本文針對測距儀LDB102監控數據輔助輸入輸出接口，設計了以ARM7核心的LPC2103芯片進行采集、傳輸、接收、顯示處理，數據傳輸采用FSK編碼的電纜及串口數據轉光信號的兩種通信方式。該遠程監控系統得到了良好應用。

導航設備；遠程監控通信；ARM；FSK

0.引言

飛機導航測距儀是一種目前廣泛應用的測距設備（以下簡稱DME），DME設備的作用是提供飛機與地面導航臺站的距離，基本原理為通過電磁波傳播時間差來測量距離。下滑設備配套的DME設備一般放置在無人值守的導航臺站，提供飛機著陸的距離指示。若由于設備故障信息反饋不及時，會引起空中交通安全和航班正點率，因此必須建立可靠的遠程監控系統，尤其需保證安全穩定的數據傳輸通信方式。

1.監控系統的結構及原理

針對上述情況，結合導航臺的實際情況，本文給出了實現導航設備測距儀（LDB-102）監控系統的方法，該系統通過光纜或電話線纜建立通信，保障對導航設備DME的控制和監視。導航設備DME（LDB-102）監控系統構成如圖1。

圖1 導航設備D ME輔助監控系統構成圖

導航設備DME（LDB-102）監控系統由導航臺和遠程監控中心兩部分組成。在導航臺的下位機主要負責：1、針對導航設備DME（LDB-102），進行狀態信號（工作模式、發射狀態、電源狀態、電池狀態等）的采集、控制信號傳遞；2、針對上位機，進行數據通信。遠程監控中心由上位機和監視計算機組成。上位機負責電纜的數據傳輸、負責向監視計算機傳送數據、進行控制信號（開機、主備機切換、關機）的采集、狀態信號的顯示以及在設備告警時發出聲光報警等。監視計算機負責接收數據，保存數據到數據庫系統，并在軟件界面進行狀態顯示，以及設備告警時發送短信息至技術人員手機。

此次通過電纜傳輸的數據信號以頻移鍵控FSK方式進行。FSK（Frequency-shift keying）：頻移鍵控，就是用數字信號去調制載波的頻率，是信息傳輸中使用得較成熟的一種調制方式。它是利用基帶數字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數字調制技術。最常見的是用兩個頻率承載二進制1和0的雙頻FSK系統，它的主要優點是∶ 實現起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用。

2.監控系統的硬件

2.1 監視控計算機系統

現在的計算機性能在處理速度和穩定度上都達到了較好的水平，所以監視計算機用一般的PC機來建立。發送告警短信息的GSM MODEM器件采用華為GTM900 無線模塊，此器件是一款三頻段 GSM/ GPRS無線模塊，它支持標準的 AT命令及增強 AT 命令，提供豐富的語音和數據業務等功能，是數據傳輸等各種應用的理想解決方案。

2.2 上位機

上位機以ARM7為核心的LPC2103作為中央處理器，包括串口電平轉換電路、FSK編碼傳輸電路、狀態顯示電路、聲光告警電路、設備控制電路。LPC2103做串行口的TTL電平需要經過轉換才能與RS232接口進行通信，電平轉換采用MAX232芯片來實現。電路的FSK編碼使用TCM3105芯片進行調制解調。

LPC2103是一個基于16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并帶有32KB的嵌入高速FLASH存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，較小的封裝和很低的功耗使LPC2103特別適合于通信網關和協議轉換，它內置了寬范圍的串行通信接口（2個UART、SPI、SSP和2個I2C）和8KB的片內SRAM[1]。

圖2 芯片L P C 2 1 0 3的外圍電路及串口電平轉換電路

TCM3105芯片是美國TEXASINSTRUMENTS公司生產的單片CMOS工藝的Modem，符合CCITT V.23和BELL202標準，內含基本的調制解調、定時、載波檢測，以及群延時均衡等[2]，可工作于全雙工方式,廣泛應用于中、低速數據通信。

表1 T C M3 1 0 5工作模式設置表

系統中設置的FSK編解碼工作模式如表1所示，TRS、TXR1和TXR2設置為低電平，即通信波特率為1200的全雙工方式，頻率1300HZ和2100HZ分別代表“1”、“0”進行編解碼。有源濾波器由LM324組成，功能是放大有效信號，過濾無用信號。在電路中采用T1變壓器和C7、C8電容，起到隔離直流成分、耦合交流信號功能。具體電路實現如圖3所示。

圖3 編解碼通信電路

2.3 下位機

根據系統功能需要，下位機同樣使用LPC2103作為中央處理器，包括串口電平轉換電路、FSK編碼傳輸電路、狀態采集電路、設備控制信號傳輸電路。

在信號采集電路中用光電耦合器P521進行電氣隔離，采集到的信號通過LPC2103來進行處理。控制設備的接口電路同樣通過光電耦合器進行電氣隔離和信號放大。串行口的電平轉換電路與上位機相同，采用MAX232芯片來實現。

3.程序設計

3.1 下位機的程序實現

在設計中，LPC2103開發選擇Keil uVision3平臺的編譯環境。它是一款集成開發環境，由KeilSoftware公司所推出，擁有靈活的源代碼、功能導航器、模板編輯等功能，豐富的配置向導功能以及高速的啟動代碼和配置文件生成能力。下位機LPC2103的程序流程如圖4所示：

圖4 下位機程序流程示意圖

下位機的程序有兩部分組成：①主程序執行DME設備狀態信號的采集分析；②串口中斷程序則實時監視串口接收的數據，根據通信的協議判斷接收的數據為控制設備的數據還是要求傳送當前設備狀態的請求信號。對于控制設備的數據則經過轉換處理后傳送控制信號發送至控制端口；對于請求獲取當前設備狀態的信號則傳送當前DME設備狀態。

3.2 上位機軟件實現

遠程監控中心的LPC2103程序設計與下位機相似，主程序執行設備開關機或轉換機控制信號的采集，并以FSK編碼方式進行通信。在中斷接收程序中，把下位機傳送的狀態數據通過串口發送至PC機，并體現到LED顯示電路，必要時發出聲光報警。

3.3 監視計算機軟件系統

在PC機上運行的監視軟件，采用VC++.NET編程語言開發。軟件啟動時首先發送信息與下位機進行連接，并顯示監視系統主界面。在監視系統主界面視圖中，顯示當前設備狀態和設備歷史記錄視圖。當監視系統收到設備告警信息后，調整設備狀態顯示界面同時保存記錄至ORACLE數據庫，發出聲音告警，并且通過監控中心的GSM MODEM發送短信息到技術人員手機。短信息告警通知，由監視軟件向GSM MODEM使用AT指令來發送。

4.結語

本系統實現了對導航設備DME（LDB-102）的實時監控。在通信方式上采用光纜和電纜兩種傳輸路徑，使得監控系統的數據傳輸通道互為主備。此監控系統經過實踐檢驗，運行基本穩定可靠，通信距離達五公里以上。同時利用GSM MODEM的短信息功能, 使系統在設備告警時自動發送告警短信息給技術員的功能，大大提高了工作效率，減少了人工逐個電話通知的工作量。

[1]周立功．LPC2101_2102_2103中文指南[EB/OL]． http：//www．zlgmcu．com,2009(3)．

[2]房燦新,張爾楊．基于單片機的低成本遠程監控系統[J]．信息化研究,2002,28 (7)：17-19．