基于嵌入式系統在廣播發射機的應用探討

摘要本文討論了中短波發射機應用嵌入式系統實現終端智能控制的作用和意義。論述了短波發射機智能終端的主要功能，介紹了智能控制模塊及其性能和使用方法。對嵌入式系統在中短波發射機的開發應用提出設想。

關鍵詞發射機嵌入式智能控制

中圖分類號:G22文獻標識碼:A

智能控制系統(Intelligent Control System，即ICS)采用信息技術、計算機技術、控制技術等手段對傳統發射機運行控制系統進行改造，以達到增強系統運行效率、提高系統智能性和快速性、增加中央控制能力等目的。

ICS總體來說包括四部分:終端信息接收、頻率調度控制、報警保護系統和終端信息服務平臺。其中的每個部分都需要智能控制模塊的參與，比如說:在終端信息采集部分，需要智能控制模塊提供發射機的運行情況信息;在電臺播出頻率方面，智能控制模塊作為控制的接收端，負責接收頻率調度中心的信息;報警保護系統需要智能控制模塊與發射機的控制保護小盒相連，從這給出報警信號;智能控制模塊還是運行信息情況服務的接收平臺，把各個操作信息(如發射機倒頻所需時間等)顯示給頻率調度中心。因此，智能控制模塊是ICS系統中非常重要的組合部分，下面詳細介紹智能控制模塊的功能與設計實現方法。

1 智能控制模塊的功能

根據ICS系統的要求，智能控制模塊應具有如下功能:(1)檢測發射機狀態;(2)終端與ICS控制中心通訊;(3)報警(包括自動報警和自動保護);(4)監聽(發射臺和監測臺監聽);(5)顯示調度信息。

2 智能控制模塊的設計

該終端基于上述各種功能，要求在數據傳輸上，數據采集上，實時控制上，即時保護上做出相應的智能處理。故該智能控制模塊應由下列部分構成:

2.1 主控模塊

采用PCM-9575嵌入式主板，在本系統中作為控制中心，協調各個模塊的工作。以實現系統全部的控制流程，數據采集，界面顯示，實時保護，外界通信等。

PCM-9575是一款專用于工業控制的嵌入式主板，目前已廣泛應用于智能工業控制、金融業終端系統、公安、交通以及市政工程等監測系統之中。其特性如下:集成嵌入式低功耗VIA Eden/Ezra處理器，支持667/800MHz主頻;支持PC/104，PC/104+總線插槽;支持36位1024x768分辨率TFT LCD，支持VGA、音頻接口;支持100/10Base-T以太網接口、兼容802.3U;4串口、USB1.10接口、硬盤、光驅、軟驅、CF卡接口。其連接圖如下

2.2 控制發射機模塊

該部分控制了發射機的倒頻，各路電機位置驅動，各個調諧點的粗細調。它整體工作就是接收到命令后按所編程要求的產生指令對發射機進行倒頻，調諧。在此，我們選用Xilinx公司的較新的一款FPGA芯片，Spartan II家族中的XC2S200PQ208，系統門數為20萬門，208個管腳，程序的編寫基于VHDL語言和原理圖結合的方法，采用Foundation3.1作為軟件平臺，將超大規模集成電路(VLSI)的邏輯集成的優點與用戶可編程的易于設計生產的好處結合在一起使系統易于升級，在改動該系統功能時只需升級軟件，而不需改動硬件。主要分為四部分:嵌入式通信的模塊，實際位置計數模塊，電機控制模塊，電源模塊。

(1) 通信模塊。通信模塊負責接收嵌入式發送過來的命令，包括電機的實際位置、預置位置和現場所需要的一些控制信號，以及向嵌入式發送電機的實際位置，現場的一些狀態等。采用UART通信方式、RS-232通信標準，具有很好的抗干擾能力。

(2)實際位置計數模塊。該模塊通過一系列的脈沖記數，利用脈沖控制計數，利用方向信號控制計數器的加減，從而達到實際的正確位置。

(3)步進電機控制模塊。步進電機控制模塊主要包括步進電機升降速曲線控制邏輯、實際位置和預置位置比較邏輯。

升降速曲線控制邏輯:送出控制電機的脈沖信號，并且控制脈沖的頻率，使電機能夠平穩的升降速。

實際位置和預置位置比較邏輯:是將嵌入式發送過來的電機預置位置和實際位置進行比較，若預置位置大于實際位置，則送出正轉信號，反之送出反轉信號，并且使步進電機曲線控制邏輯送出控制電機的旋轉脈沖。

對于其他控制信號，如粗/細調信號，調諧完成、降功率等信號，是通過嵌入式發送過來的數據進行譯碼得出。

(4)電源模塊。考慮到開關電源設計的復雜性，適用于FPGA的，有三種方案。

通過上面的比較，基于發射臺特殊的工作環境(電磁干擾)，在機器上使用的是專用電源模塊供電方式。

2.3 數據采集部分

對于數據采集處理來說，是一個進程，它包括主線程和輔線程。主線程完成當前發射機狀態信息的讀取、寫入、實時顯示及查詢;輔線程實現一個時鐘以提供用戶當前時間，并定時對發射機上運行時間頻率進行檢測和動態顯示一旦不正確即發出警告。另外 應用程序還可以將該信息(包括發射機號、機器運行狀態、播出頻率以及當前時間)通過OLED 顯示屏提供給用戶，并寫入一個文件進行記錄，同時將文件傳輸到上位機。上一級控制中心就能通過串口和上位機進行通訊從而得到實時信息。該模塊能夠提供給機房實時的發射機運行參數:如頻率，調幅度，播出功率，聲效監聽等，再通過局域網讓監測臺站實時監聽、監測，一旦發現異常，就能通過該系統指示值機員做出相應的處置。

某臺發射機采運PM511P是一塊PC104總線的多功能數據采集板，適用于工業現場、實驗室、嵌入式設備等多種場合，具有16路A/D轉換通道、4路D/A通道、24路可編程開關量輸入輸出、3路計數通道，其AD頻率100KHZ，輸出精度12BIT。布局圖如下:

2.4 自動保護與監測部分

在這里采用的是Xilinx公司的XCS-40控制邏輯芯片 ， 該芯片具有過荷保護的全部邏輯功能，有對過荷動作信號指示及鎖存功能，還具備與微機系統連接的現場總線功能。當發射機出現過荷現象時，該控制部分即使可切斷發射機的高頻，將其封鎖住對發射機實施保護，其次通過外部接口將信息傳送到外部(中央控制室)報警，達到實時監測的目的。

該外部通信口采用100M網卡通過機房多機系統的局域網將電控系統與監控系統以及網絡服務器連接起來，從而實現電控系統的遙控與監測。而內部的通信則是通過RS232串行口連接實現的。

3 智能終端軟件系統的設計

3.1 程序響應的中斷系統

由于單片機與模塊之間的通訊是實時的、不可中斷的通訊，為了保證不出現阻塞情況，系統采用中斷接收方式:把接收到的所有數據在中斷過程中放入對應的循環緩沖區之中，然后由主程序解析接收到的串口數據。單片機還要響應另外兩個中斷:一個是報警按鈕被按下時觸發的中斷;另一個是定時中斷，它每20ms觸發一次，用于檢測模塊的超時應答。

智能終端軟件系統的主要功能是由主程序完成的。主程序采用狀態機的系統結構，其總體結構圖如下所示。

其中，(a)為總體流程框圖，(b)為原定頻率設置流程圖，(c)為臨時頻率設置流程圖。終端可以處于6種狀態:空閑、上傳開機頻率信息、定時上傳開機頻率信息、實時上傳狀態信息、報警、保護。狀態間的切換主要由機房控制中心通過計算機的命令進行控制。先進行初始化工作，然后進入主控制循環。在主控制循環中首先檢查原定頻率設置區中是否有更新的頻率數據包，如果有則進行解析、驗證，并根據協議中的控制命令改變終端所處的狀態(其優先權后于臨時頻率設置區)。接著判斷臨時頻率設置區是否有臨時的頻率數據包，如果有則進行解析、驗證，最后根據終端所處的狀態對終端進行操作。

4 結束語

以上是嵌入式PCM系統在發射機控制系統的實例應用。基于大功率發射機電磁場對遠程檢測部分干擾問題，影響了數據的傳輸的穩定性和準確性，技術上還需要不斷完善。