廣播電視天饋自動充氣測控系統

梁達先

（廣東省信宜732臺，廣東 信宜 525300）

1 引言

廣播電視天饋線系統在廣播電視的發射工作中占據著非常重要的一環。尤其地處高山的轉播臺，自然環境惡劣，氣候變化無常，終年濕度高，晝夜溫差大，完全暴露在自然環境中，鐵塔上的天饋系統更是發射與維護工作的難點。一旦入水腐蝕，將使天線指標惡化，嚴重時將引起打火燒毀天線，造成災難性的事故。廣東省五大高山骨干轉播臺幾年前更換了電視和調頻充氣天饋系統，而該充氣控制器最大的缺陷在于無法發現饋管的早期漏氣，對于某一饋管的壓力異常，無法判斷是充氣控制的不穩定還是饋管的漏氣所造成，只有在漏氣現象十分嚴重時才能發現。這對高山發射臺的播出和維護是很大的隱患。

筆者介紹的天饋自動充氣測控系統采用單片微型計算機進行處理控制，自動監測4路饋管的各路充氣壓力：控制相應的充氣電磁閥，使4路饋管的充氣壓力自動保持在各自的預定范圍；可方便準確地設定某一饋管的充氣壓力，自動計算每一路每次的充氣時間間隔，保存每路最后10個充氣時間間隔數據；4路饋管的充氣壓力及充氣間隔時間由液晶顯示屏分別顯示，由充氣時間間隔數據的改變可準確知道饋管漏氣情況；當充氣間隔小于最后設定范圍，可減少充氣機的頻繁工作，延長充氣機的使用壽命；當某一饋管壓力異常并超過設定的最高或最低限值時，發出報警；自動檢測儲氣罐的壓力并控制充氣機的工作，使儲氣罐的壓力保持在預設的范圍。

2 系統組成

本系統的組成如圖1所示。系統控制器采用ATMEL公司的AVR系列單片機[1]ATmega16作為主控芯片MCU。片內有16 kbyte的Flash，有足夠的程序存儲空間，1 kbyte的SDRAM，3個數據指針，512 kbyte的E2PROM，有足夠的數據空間和掉電數據保存能力。內置8通道10位A/D轉換器，可為4路饋管及儲氣壓力作數據采集。具有上電復位電路和看門狗定時器等，使電路簡潔且工作穩定可靠。

采用美國DALLAS公司的高性能、低功耗DS1302時鐘芯片，可獨立產生“年月日時分秒”的實時時鐘，僅需主控芯片MCU按一定的時間間隔讀入日期和時間數據。31×8的RAM寄存器，能實現數據與出現數據的時間同時記錄。

采用液晶顯示模塊RT12864-S作為數據和狀態顯示。顯示模塊自帶漢字庫且支持串行通信，有較大的顯示信息量。內部專用的控制芯片將屏幕上的液晶點驅動，只須按要求送入指令和數據即可顯示。LCD顯示屏上的顯示數據在不寫入時依然存在，只有在需要更新顯示時寫入更新的數據。這樣為主控芯片節省大量的時間，使程序簡潔，降低編程工作量，并可大大提高主控芯片的監控運行速度和系統穩定性。

3 系統工作原理

采用單片機ATmega16作為本系統取樣監測和控制處理器MCU。4路饋管充氣壓力和儲氣罐壓力由相應的壓力傳感器獲得壓力取樣信號，經過適當的放大后由MCU A口的PA3～PA7的5個端口作為氣壓模擬量輸入，并由片內的A/D轉換器轉換為氣壓數字數據。4路饋管的壓力數據分別送往液晶顯示模塊顯示。5路壓力數據與各自的預定值比較，當低于預設定值的低點時，由B口的PB0～PB4輸出5路控制信號。分別控制4路相應的充氣電磁閥對饋管進行充氣，當充氣壓力達到預定的高點時，停止充氣，使各路天饋管內的氣壓自動保持在預定的范圍內。同樣由儲氣罐的壓力數據與預定的上下限比較，控制充氣機的工作。當各壓力數據超過相應的預定告警上下限時，發出聲光報警，提示系統工作異常。每次充氣時，自動儲存各路最后2個充氣時間點，計算最后充氣時間點與相應的上次充氣時間點，得出充氣時間間隔。當前3個充氣時間間隔數據的平均值與當前充氣時間間隔之差大于設定值時，發出報警，表示該饋管有漏氣加大現象。應立即對該天饋進行檢修，及時排除漏氣故障，避免天饋系統進水而燒毀的重大事故。

實時時鐘集成電路DS1302用簡單的同步串行三線接口RES復位、I/O數據、SCLK串行時鐘分別與MCU的PA0，PA1，PA2端口連接。時鐘或RAM的讀寫數據以1個字節或多達31個字節的字符組方式通信。處理器MCU只需每隔一定的時間讀入一次時間數據。DS1302內部有一個31×8位的用于臨時存放數據的RAM寄存器，能同時記錄數據與出現該數據的時間。利用這一特殊的功能可方便地存儲系統4路充氣的最后各2個（共8個）時間間隔點數據。DS1302的RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。允許地址/命令序列送入移位寄存器，RST為低電平時，終止數據傳送，I/O引腳變為高阻態。I/O為雙向串行數據輸入/輸出端。SCLK始終是輸入端，為同步時鐘。當控制指令字輸入后的下一個SLCK時鐘為上升沿時，數據被寫入DS1302，數據從低位開始。同樣在緊跟8位的控制指令字后，以下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據。其控制指令字的最高有效位必須是邏輯1，位6如果為0，表示存取日歷時鐘數據，為1表示存取RAM數據，位5至位1指示操作單元的地址，最低有效位如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。

MCU處理器將采集到的饋管壓力數據和時間數據及充氣時間間隔數據傳送到液晶顯示組件RT12864-S進行顯示。RT12864-S采用兩線串行數據傳送方式與處理器MCU連接。SCLK為同步時鐘線，SID為數據線。SCLK和SID分別連接MCU的PC6和PC7端口。串行數據傳送分3個字節完成。

第1字節：串口控制格式為11111ABC。A為數據傳送方向控制，H表示數據從LCD到MCU，L表示數據從MCU到LCD，B為數據類型選擇，H表示顯示數據，L為控制命令。C固定為0。

第 2字節：（并行）8位數據的高 4位，格式為DDDD0000。

第 3字節：（并行）8位數據的低 4位，格式為DDDD0000。

RT12864-S為漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。內置8192個中文漢字 （16×16點陣），128個字符（8×16 點陣）及 64×256 點陣顯示 RAM（GDRAM）。本系統需顯示“年月日時分”和4個通道的充氣壓力及充氣時間間隔數據，如圖1所示。分4行顯示：第1行顯示“年”和A通道的壓力與充氣間隔；第2行顯示“月”和B通道的壓力與充氣間隔；第3行顯示“日”和C通道的壓力與充氣間隔；第4行顯示“時、分”和D通道的壓力與充氣間隔。壓力數據的顯示范圍為0～999（默認充氣壓力范圍為 0.15～0.18 kg/cm2），時間間隔的顯示范圍為 00：00～99：59，數據的顯示只需隨秒的冒號變化每秒刷新2次即可。

為了使干燥的空氣充入天線饋管內，最簡單和有效的方法是對空氣進行加壓，析出水分后獲得較干燥的高壓氣體經降壓后充入饋管。本系統采用10個大氣壓左右的空氣壓縮機獲得高壓空氣[2]，在儲氣罐里析出水分，即可使充氣氣體的濕度降到大氣濕度的十分之一，這種方法經濟實用，比采用普通干燥劑的效果要好，而且不用定期烘干干燥劑。提高壓力，有利于降低濕度。當壓縮機壓力大于20個大氣壓時，其除濕效果不亞于昂貴的美國進口專用饋管充氣機ANDREW MT300，而且出氣量大，噪聲低。

4 小結

由于本系統穩定性好，安全可靠，使用維護簡單，可廣泛應用于廣播電視、微波及無線通信等天線充氣系統。只要定時記錄充氣數據，即可準確、及時地發現天饋系統的漏氣情況，防微杜漸，確保安全播出。

[1]李長林.AVR單片機應用設計[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]李明馨.普通化學[M].北京：中央廣播電視大學出版社，1986.