饋線自動切換監測系統設計與應用

周步新，蔡成煒

（蘇州工業職業技術學院 電子系，江蘇 蘇州 215104）

微控制理論被廣泛應用于各行各業。筆者基于微控制理論，就電視發射臺智能化監控里的天線自動切換監測系統中的一個部分加以設計。文獻[1]介紹了電機驅動理論，文獻[2]提供了單相電容運轉可逆電機原理以及接線方法，文獻[3]給出了單片機的工作原理、硬件接線方法以及有價值的程序參考，文獻[4]提供了幅度采集模塊的原理以及接線方法。該設計依托于上述基礎理論完成。

1 功能描述

天線自動切換監測系統功能分為自檢、控制、結束3個階段。系統啟動后進入自檢階段，默認狀態是1號發射機就位，如果自檢發現系統本身出現故障，則通過MCU（微處理器）反饋給上位機，由上位機發出警報，其他事件掛起；若自檢通過，則進入默認的1號發射機就位狀態，如果1號發射機出現故障停止播出，則反饋給上位機由上位機給下位機發出控制指令讓下位機執行切換作，并將工作狀態反饋給上位機，如圖1所示。

2 系統部分電路以及工作原理

天線自動切換監測系統主要包含中央控制單元、幅度采集模塊、電機執行機構以及硬件驅動模塊，由這些模塊一起協同工作完成發射機的饋管自動切換，以及將切換的狀態實時和系統自身的狀態實時反饋給上位機，由上位機判斷并發出操作指令。

2.1 中央控制單元

系統采用ATMEL公司51系列的單片機AT89C51做主控器，負責控制步進電機切換動作，以及將切換狀態、自我檢測狀態向上位機發出信號。自我檢測功能是通過多路電視調諧器輸出幅度經過限幅電路進入比較器比較，幅度不為“0”時從比較器輸出為低電平，幅度為“0”輸出高電平。MCU檢測端口P，一旦發現此端口為高電平，則MCU向上位機發出警報信息，向上位機報告天線自動切換監測系統本身出現故障。

2.2 幅度采集模塊

幅度采集模塊采用安徽的MD740多路電視調諧器。其采用專用模塊設計制造，PLL（鎖相環）電控數字調諧，接收頻道穩定，性能可靠，操作簡單方便，調諧器關機狀態具備記憶功能，可接收全頻道電視節目（包含增補頻道），外形尺寸為1 U標準機箱，結構緊湊，非常適用于需要接收多路電視信號的場合，如圖2所示。

2.3 電機的選擇與設置

電機選擇上海明珠提供的單相電容運轉可逆電機成品，如圖3所示。此產品對外提供了A，B，C，D共4個輸出口用于連接發射機及饋管，其中A，C兩口之間相通；B，D兩口之間相通，按一下點動開關后，A，D兩口之間相通，B，C兩口之間相通，可以轉動上方的轉盤轉至自己需要的通路，也可以通過電動開關選擇各自需要的通路或者通過通信協議遠程控制電機4組繼電器刀2組通和2組斷（如圖4所示），實現自己需要的通路。

2.4 驅動電路

天線自動切換監測系統由于上位機與單片機的電平不平衡性和單片機低電平不能為4組繼電器提供足夠的驅動能力，因此需要用到兩個電路，一個在上位機到單片機之間的電平轉換接一個MAX232模塊[6]，單片機驅動單相電容運轉可逆電機繼電器需要接一個達林頓管陣ULN2003A為4組繼電器刀提供驅動[7]，這里用的成品的集成模塊增強了持續工作的穩定性。

3 軟件系統

天線自動切換監測系統的軟件關鍵有兩部分：一部分對單相電容運轉可逆電機的通斷編程設置，即通過串行口與驅動相連，驅動與單片機相連接，單片機受控信號與上位機相連接，實現單片機對電機的控制；一部分對自身電機是否動作作出判斷，如果沒有動作則向上位機發出報警信號，由上位機顯示故障信號。單相電容運轉可逆電機的工作原理是實現4組繼電器刀的通斷，所以先需要對4組繼電器刀編碼，如表1所示。

表1 單相電容運轉可逆電機4組繼電器刀編碼表

上位機發出控制信號到單片機，由單片機轉換為并行控制通過驅動器驅動每一組繼電器，實現饋管的切換。當由上位機發出控制信號為“F0”時，則AC，BD導通；發出“0F”時，則AD，BC導通，具體的通信協議約定為：串行接口參數，碼率9600 bit/s，無奇偶校驗，8位數據，1位停止位。（aaH）+命令+地址碼+數據1～5+異或值校驗+字尾（bbH）共11個字節，命令=11H，查詢狀態，命令=22H，倒天線。地址碼：1～6，代表某臺天線倒換器，異或值＝除字頭外的前8個字節異或值。主程序流程見圖5。

4 結論

該設計依托現有硬件，應用微控制理論，不但能夠主動偵測發射機故障而且可以檢測系統本身的故障。系統故障分為兩類，一類是發射機故障，一類是系統本身故障。發射機故障則利用同軸開關進行切換動作，實現發射機饋線自動切換功能，而系統故障則發出報警信號傳回上位機，完成自我檢測功能。實踐證明，其工作穩定可靠，而且成本低廉，滿足發射機自動切換的要求[5－6]。

[1]張愛成，黨瑞鵬，趙京廣.電流法在天線傳動系統故障及跟蹤性能分析中的應用[J].電訊技術，2011，51（2）：90－93.

[2]上海明珠廣播電視科技有限公司同軸開關技術說明書[EB/OL].[2011－12－15].http://www.smzbtv.com/index.

[3]徐瑋等.C51單片機高效入門[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]朱海霞.發射機智能控制系統設計[J].電視技術，2009，33（12）：81－84.

[5]劉煥平.MCS51單片機與RS－232C串行口連接[J].石家莊職業技術學院學報，2002（2）：27－28.

[6]ULN2003A datasheet[EB/OL].[2011－12－15].http：//www.docin.com/p－261536757.html.