民航空管設(shè)備機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)方案

張?jiān)品?/p>

民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070

民航空管設(shè)備機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)方案

張?jiān)品?/p>

民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070

本文論述了機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)備工作環(huán)境的監(jiān)控技術(shù)。利用多種傳感器與核心控制器AVR單片機(jī)AT90S8535通信，并且通過VB語(yǔ)言開發(fā)的上位機(jī)軟件將所測(cè)得各參數(shù)顯示在PC機(jī)，進(jìn)行各參數(shù)的監(jiān)視。此設(shè)計(jì)包含信息量大，操作簡(jiǎn)便，人機(jī)界面友好，視覺效果生動(dòng)直觀。

傳感器；串口通信；軟件開發(fā)

0 引言

民航內(nèi)蒙古空管分局是華北空管局管轄面積最大的空管分局，內(nèi)蒙古地區(qū)地域廣闊，航線眾多，是飛向蒙古、俄羅斯和歐洲的重要空中交通樞紐之一。導(dǎo)航設(shè)備能否正常工作直接關(guān)系到飛機(jī)能否正常飛行。機(jī)房的溫度、濕度、電源的電壓、電流，機(jī)房漏水以及機(jī)房的門窗開關(guān)等環(huán)境因素，對(duì)導(dǎo)航設(shè)備正常工作與否起著非常大的作用。當(dāng)機(jī)房情況出現(xiàn)異常，由于采集的信息全面，導(dǎo)航人員可以立即做出全面分析判斷，提高準(zhǔn)確性，爭(zhēng)取了時(shí)間，使導(dǎo)航人員對(duì)設(shè)備管理由原來的被動(dòng)方式轉(zhuǎn)為主動(dòng)管理。

1 導(dǎo)航設(shè)備機(jī)房監(jiān)視系統(tǒng)組成

該監(jiān)視終端需要對(duì)不同工作方式的傳感器所采集到的信息進(jìn)行分析和處理。如圖1所示。終端核心部件的指標(biāo)參數(shù)以及可靠性直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此，在核心部件的選擇上，充分考慮到可靠性與價(jià)格比，根據(jù)總體設(shè)計(jì)選用ATMEL公司AVR系列的AT90S8535芯片。溫度傳感器選擇了美國(guó)MAXIM公司的一款SPI/三線串口的數(shù)字溫度傳感器DS1722，其無(wú)需外圍組件即可以完成對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)。濕度傳感器選擇了瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字式芯片SHT11，提供二線數(shù)字符串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高。電壓電流采集部分選擇電子式電壓互感器和電流互感器，用來監(jiān)測(cè)機(jī)房穩(wěn)壓源電源的電壓和電流。漏水傳感器選用的是深圳市向量科技有限公司生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，它適用于機(jī)房、空調(diào)房等場(chǎng)所的漏水檢測(cè)。

圖1 監(jiān)視系統(tǒng)的整體框圖

系統(tǒng)工作原理：溫度、濕度傳感器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)；電壓、電流互感器發(fā)出的模擬信號(hào)和門窗、水淹傳感器的開關(guān)信號(hào)均進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換后送到AT90S8535芯片，通過RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行串行通信，通過用VB語(yǔ)言專門開發(fā)的軟件在電腦屏幕上進(jìn)行顯示。如果出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出告警信息。同時(shí)，充分考慮了不同系統(tǒng)擴(kuò)展性的需要，采用模塊化結(jié)構(gòu)并留富余的I/O口，具有足夠的靈活性以適應(yīng)不同規(guī)模的系統(tǒng)和不同數(shù)量的監(jiān)控對(duì)象的需要，當(dāng)終端需要擴(kuò)展時(shí)，可以方便的擴(kuò)充硬設(shè)備，而且留有供通訊的RS232接口。

2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)

2.1 系統(tǒng)下位機(jī)軟件開發(fā)

本監(jiān)控系統(tǒng)直接對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。軟件編制中適當(dāng)?shù)牟捎昧酥袛喾绞竭M(jìn)行控制，以提高監(jiān)控終端的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。該軟件設(shè)計(jì)遵循結(jié)構(gòu)化和模塊化的原則，將軟件劃分為若干個(gè)獨(dú)立的功能模塊，各模塊通過軟件接口連接，連接力求模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的緊湊性以及模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系的松散性，盡可能減少各功能模塊的相互影響。系統(tǒng)的程序主要包括：主程序、DS1722溫度采集與讀取程序、SHT11溫濕度采集與讀取程序、電壓電流采集子程序、門/窗開關(guān)與漏水次數(shù)讀取程序和串行通信程序。

2.2 系統(tǒng)上位機(jī)軟件開發(fā)

2.2.1串行通信協(xié)議

本系統(tǒng)采取的是RS232接口實(shí)現(xiàn)串行通信，串口波特率9 600bps。該監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)與下位機(jī)組成，上下位機(jī)之間的通信不是主從式，正常情況下每一次通信均由上位機(jī)發(fā)起，但是當(dāng)下位機(jī)檢測(cè)到有故障時(shí)就會(huì)主動(dòng)發(fā)送報(bào)警幀到上位機(jī)。通過VB語(yǔ)言開發(fā)的軟件，利用電腦對(duì)該監(jiān)控終端進(jìn)行調(diào)試。由于發(fā)送的數(shù)據(jù)較多且類型不同，因此該通信協(xié)議的制定十分重要。每次通訊開始計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)收到PC機(jī)命令后，先辨別命令是否正確，然后依據(jù)命令內(nèi)容作相應(yīng)處理。協(xié)議格式與內(nèi)容如下：

每幀包括1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)校驗(yàn)位。系統(tǒng)的預(yù)設(shè)指令如下所示：

1）讀取某點(diǎn)溫、濕度的方式:發(fā)送0x10～0x20給系統(tǒng)后，等待系統(tǒng)返回相應(yīng)的溫度或濕度。系統(tǒng)返回溫度或濕度數(shù)據(jù)為兩個(gè)字節(jié)，前12位為整數(shù)部分，后4位為小數(shù)部分；

2）讀取電壓、電流的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x30～0x31可讀取電壓和電流值。系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)為兩個(gè)字節(jié)，前12位為整數(shù)部分，后4位為小數(shù)部分；

3）讀門、窗或地面狀態(tài)的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x40～0x42可以檢測(cè)門窗狀態(tài)或是否進(jìn)水，系統(tǒng)會(huì)返回單字節(jié)狀態(tài)量0或1，狀態(tài)量的意義如0x40～0x42的定義所示；

4）讀門、窗打開次數(shù)或地面進(jìn)水次數(shù)的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x50～0x52可以讀取讀門、窗打開次數(shù)或地面進(jìn)水次數(shù)，系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)無(wú)符號(hào)整型數(shù)；

5）發(fā)送wait讓系統(tǒng)等待，發(fā)送resume后系統(tǒng)返回0XC0，表示可以繼續(xù)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送error1表示傳輸錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)把上次發(fā)送的數(shù)據(jù)再發(fā)送一次；

6）系統(tǒng)復(fù)位后，主動(dòng)發(fā)送error2代表溫度或溫濕度傳感器初始化錯(cuò)誤，可能是傳感器連接錯(cuò)誤或損壞。接下來傳送的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示產(chǎn)生錯(cuò)誤的傳感器的個(gè)數(shù)。如果所有傳感器均正常，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送0xc0；

7）向系統(tǒng)發(fā)送握手信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)返回握手信號(hào)；

8）向系統(tǒng)發(fā)送讀取系統(tǒng)序列號(hào)的指令，系統(tǒng)返回一個(gè)兩字節(jié)的序列號(hào)；

9）向系統(tǒng)發(fā)送0xff，系統(tǒng)復(fù)位；

10）向系統(tǒng)發(fā)送其他指令，系統(tǒng)將返回0xb0。

溫度的單位為℃，濕度的單位為助%，電壓的單位為V，電流的單位為A。溫、濕度均用兩個(gè)字節(jié)的有符號(hào)整型數(shù)表示，其中前12位是溫、濕度的整數(shù)部分，后4位是溫、濕度的小數(shù)部分。例如20.25=0b000000010100(整數(shù)分)}0100(小數(shù)部分)，考慮到傳感器的精度問題，建議顯示數(shù)據(jù)時(shí)只取1位小數(shù)。如果向系統(tǒng)發(fā)送指令的時(shí)間間隔太短，可能會(huì)得不到響應(yīng)或響應(yīng)滯后，或是造成傳感器自身的溫升，影響測(cè)量精度。

3.2.2上位機(jī)軟件

圖2 系統(tǒng)軟件監(jiān)視界面

在該設(shè)計(jì)中，用VB語(yǔ)言開發(fā)了專用軟件利用電腦進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。該語(yǔ)言提供了直觀可視化程序設(shè)計(jì)方法，還提供了一個(gè)具有串行通信功能的MSC0nun組件，運(yùn)用它非常方便。程序員只需要對(duì)VB提供組件的屬性、事件進(jìn)行編程，然后再由這些組件對(duì)相應(yīng)的事件進(jìn)行響應(yīng)。這樣就使得各個(gè)事件彼此完全獨(dú)立，可以大大提高程序的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)簡(jiǎn)化了程序編碼過程。

軟件界面如圖2所示：上位機(jī)軟件主要有如下功能：顯示5處地點(diǎn)的溫度和平均溫度、機(jī)房?jī)?nèi)的濕度，三項(xiàng)交流電的電壓、電流；門/窗開關(guān)狀態(tài)和打開的次數(shù)；地面狀態(tài)和進(jìn)水次數(shù)以及失火情況等。設(shè)有保存、退出、刷新等按鍵。

4 結(jié)論

本監(jiān)控系統(tǒng)以圖文并茂的形式給出導(dǎo)航設(shè)備機(jī)房狀態(tài)信息，使操作人員對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)各種情況了如指掌，如果出現(xiàn)異常本系統(tǒng)馬上告知操作人員，可準(zhǔn)確判斷出現(xiàn)的情況，及時(shí)做出處理，這完全符合民航安全的需要，成為導(dǎo)航設(shè)備的守護(hù)神。

[1]張軍.AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例，2007.

[2]邵貝貝.單片機(jī)系統(tǒng)可靠性技術(shù)發(fā)展[J].電子產(chǎn)品世界，1999.

[3]江勇，SHTn構(gòu)成的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電子制作，2007.

[4]耿德根.AVR高速嵌入式單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[5]姜連祥，許培培.溫濕度傳感器SHTll的感測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007.

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1674-6708（2011）53-0057-02