機場導航設備監控系統設計與實現

周鵬欒寶寬 茹東生

1.中國海洋大學信息科學與工程學院，青島 266000；

2.海軍航空工程學院青島分院，青島 266041

機場導航設備監控系統設計與實現

周鵬1.2欒寶寬2茹東生2

1.中國海洋大學信息科學與工程學院，青島 266000；

2.海軍航空工程學院青島分院，青島 266041

本文在綜合分析機場常規導航設備信號體制的基礎上，針對機場孚航設備監控系統的現實需求，介紹一種網絡技術、數據傳輸與數據采集等技術相結合構成的導航設備監控系統設計方案。

導航設備；數據采集；監控系統

引言

隨著航空導航技術的發展，導航設備生產制造廠不斷推出新技術產品，機場也逐漸引進新設備，各類導航設備工作狀態、故障檢測自動化程度不統一，這就對維護人員的技術力量提出了更高的要求，所需配置的儀表也要相應的增加。集先進的計算機技術、有線／無線數據傳輸技術、網絡技術、智能數據采集等技術于一體的機場導航設備監控系統，可實現對各設備主要性能監控，系統反映各導設備的“動態”情況，確保導航工作的迅速、準確、可靠，大大提高導航設備的飛行安全保障能力。

1 系統整體設計方案

該系統是由設備監控單元、機場監控管理中心組成的多層次計算機網絡。

1.1 設備監控單元

設備監控單元與導航設備放置在一起，通過通信線路與機場監控管理中心相連接，對采集的導航設備參數進行預處理，之后傳送機場監控管理中心，接收機場監控管理中心的控制、測量指令，與機場監控管理中心相互配合完成對導航設備的監控。設備監控單元以微處理器為核心，主要由檢測單元、控制單元、調制解調器、傳輸線路及電源等部分組成。

1.2 機場監控管理中心

機場監控管理中心是整套系統實現監控的中心。為適應監控系統的需求，主控計算機選澤工業控制計算機（簡稱工控機），另外包括大顯示屏、打印機、告警裝置、UPS電源等外圍設備。主控計算機通過專線方式、電話撥號方式、無線方式接收來自設備臨控單元的數據，并利用監控軟什進行分析處理，將采集到的數據進行分類存儲、顯示、打印等，還可根據需要傳送控制命令給設備監控單元，對設備進行控制。系統出現故障時，工控計算機主動報警，隨時提醒監控人員對故璋進行排查。為允分利用現有資源，避免重復投資，盡量采用現有通信線路進行數據傳輸，用調制解調器作為通信接口。

2 系統軟硬件實現

2.1 硬件實現

2.1.1 設備監控單元硬件實現

設備監控單元以MCS-51系列單片機89C52為核心，主要包括：主機部分、接口部分、數據傳輸部分以及電源部分。

（1）主機部分89C52單片機、6264數據存儲器、74LS373鎖存器、兩片擴展I/O接口電路8255、模／數轉換器ADC0809及晶振、復位電路構成。

（2）接口部分包括I／O接口電路、模擬信號輸入電路、溫度測量電路、控制電路等。

① I/O接口電路

由于數字量信號經過數字信號采集板處理，可以直接與8255的A 口或B口相連。開關量信號采集與處理電路后變成TTL電平，也可以直接與8255的A口、B口或C口低4位直接相連。8255C口高4位可直接與數字信號采集板相連，進行通信。

② 溫度測量電路

溫度測量電路的傳感器部分采用數字式溫度傳感器DSI820，它直接將被測溫度轉換為數字脈沖信號，通過對脈沖計數、處理獲得相應的溫度數值。測最溫度范圍在-550℃至+1250℃之間。

③ 控制電路

改備監控單元(ESU)對被控對象采用閉環控制方式。設備控制單元接收機場監控中心命令，按要求從Pl 口輸出控制信號，通過繼電器控制導航設備的電源控制柜，完成開機、關機、主備機轉換或旁路監控器，同時利用控制繼電器的一組觸點提供一個問訊信號，作為控制狀態的監視信號，提高了控制系統的有效性。

④ 模擬信號輸入電路

模擬信號輸入采用多路采/保電路共享A/D轉換器方式，即各通道都設置一個采/保電路。而且IN0-IN3通道的采／保電路受同一信號8255的PC4控制，TN4-TN6通道的采/保電路受同一信號8255的PC5控制，擴展通道的采/保電路受同一信號8255的PC6控制，在控制信號控制下，接通所控制的采/保電路，采集相應通道的模擬輸入信號并保持之，這樣可以保證必要時各通道參數在同一時刻被采樣，也可根據需要隨機進行采樣或按通道順序進行采樣。

（3）數據傳輸部分

該部分是實現遠距離控制系統中的一個重要環環，它的主要組成部分就是MAX232、調制解調器和防雷電保護裝置。通訊線路以有線通訊為主，無線通訊為輔，通訊方式為異步串行通信。

MAX232是電平轉換電路，完成單片機與調制解調器之間的電平轉換，使之符合RS232標準。機場監控管理中心的監控計算機也通過R2S232與調制解調器相連。調制解調器從發送方串行接收數據，然后經過調制，將數字信號轉換為模擬信弓，傳送到接收方后經過解調將模擬信號轉換為數字信號。調制解調器采用FSK調制方式，在操作指令方面，以HAYES制定的AT指令集為標準

2.1.2 機場監控管理中心硬件實現

機場監控管理中心主要包括主控計算機、大顯示屏、打印機、MODEM、無線數傳機、告警裝置、UPS電源等。主控計算機是檢測和控制的核心，選用工控機根據數據處理和數據存儲的需要，合理配置內存和硬盤。機場監控管理中心監控的導航設備較多，有的通信采用專線方式，這就要求一個導航臺對應一個MODEM，MODEM與計算機的連接通過串口擴展卡完成。

2.2 軟件實現

軟件實現采用模塊化結構。該單元系統軟主要有主程序、2個中斷服務程序和其他子程序組成。

2.2.1 主程序

主程序主要完成對系統的初始化、讀取本站地址、溫度測量、對被控沒備進行巡檢等。

系統加電后，89C52、8255等自動上電復位，從0000H開始執行主程序。初始化程序包括以下主要部分：

（1）設置串行口控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON的波特率選擇位SMOD，發送和接收波特率設為2400.。

（2）初始化兩片8255。

（3）開中斷，且允許串口中斷。

初始化完成后，循環執行測量程序。

溫濕度測量主要是利用了89C52的定時/計數器T0，通過T0對溫度脈沖計數，從而得出溫度值。在測量出干濕溫度值后，按照氣象常用表的計算方法計算出相對濕度。

在巡檢設備程序中，對模擬量的測量充分利用了數字濾波技術和零位補償技術，處理過程主要包括：

對每路模擬量采集2；

對20個數據進行排序；

剔除最大和最小各5個數，其余10個取算術平均值；

對每路測量結果進行零位補償；

對測量結果再進行標尺變換，得出實際值。

2.2.2 串行口中斷服務程序

設備監控單元同機場監控中心之間的通信采用中斷方式，這樣可提高系統控制、監視的實時性。但是這樣做還存在一個問題，那就是當設備監控單元正在測量時，機場監控中心發來命令，這就可能出現回送機場監控中心的測量數據不正確。可采用在主程序的不同位置設置若干個標志位，串行中斷服務程序通過對標志位的判斷，即可知道中斷位置。若正在測量，則回送的數據是上一次測量的結果；若剛好測完，則發回最新數據。由于兩次測量時間間隔很短，因而完全滿足系統的要求。

設備監控單元發生串行口中斷后，首先進行幀的幀頭、幀尾判斷，之后還要CRC校驗，若接收正確，則根據命令執行相應的操作；若接收不正確，則轉入錯誤處理程序。

軟件設計還包括定時器中斷程序，主要完成看門狗功能，溫度測量子程序、巡檢設備程序、數據回送程序等。

［1］李朝青.PC機與單片機數據通信技術［M］.北京:北京航空航天大學出版社.2000

［2］余錫存，曹國華.單片機原理與接口技術［M］.西安:北京電子科技大學出版社.2001

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.196