空管席位機柜內部多點位溫度監控及報警系統設計研究

孫瑩濤

摘 要：針對空管席位機柜內設備運行的特點和安全性考慮，提出設計一套能夠同時對多點位，即多席位進行溫度監控并報警的軟硬件系統，該系統能夠同時采集分布于管制大廳不同席位機柜的溫度，在溫度超過設定值前進行預告警，并在超過時進行告警、提示并產生聲音報警。

關鍵詞：空管席位機柜；溫度；監視報警系統；軟硬件系統

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-02

0 引 言

隨著中國民用航空事業的飛速發展，空管需要為民航提供可靠、有效的空中交通管制服務，這離不開空管行業內設備的安全運行。通訊、監視、導航等設備的穩定安全運行對于優質的空中交通管制服務起到了基礎性作用。因此，空管行業的設備運行對于運行環境的要求也明顯比其他行業嚴格，空管管制大廳席位內部安裝的設備很多，有主備用自動化系統、內話系統、綜合信息顯示系統、遙控盒等，在一個狹小的空間內，安裝多套設備，并且要保障24小時安全運行，環境溫度對于其穩定性就顯得尤為重要，我國對計算機設備工作環境制定的國家標準GB 2887-89，分為a級、b級和c級。為了確保設備運行的溫度范圍，空管管制席位內通常配備了下送風系統，即從席位底下向機柜內輸送適宜的冷風，但是，一般的下送風系統沒有席位機柜內部溫度檢測功能，一旦下送風系統出現故障或者其他原因導致機柜內溫度過高，維護人員無法第一時間得知，而在一個狹窄相對密閉的空間里，多套設備的不間斷散熱會讓席位機柜內的溫度急劇升高，這非常容易導致設備主機運行異常和故障。因此，設計一套能夠實時對多點位，即多席位進行溫度監控并報警的軟硬件系統成為當務之急。

1 一般溫度監控報警系統的結構

設計一套溫度監控報警系統，硬件結構上需要具有的模塊有溫度傳感器、數據采集模塊、時鐘模塊、數據轉換模塊、數據處理控制模塊、輸出模塊等。每一個模塊都有配套的相關輔助電路設計。

溫度傳感器以及其采集模塊主要是通過溫度傳感器進行溫度的采集，并且將溫度信息轉換成電子信號，溫度傳感器有模擬傳感器和數字傳感器等。考慮到空管席位機柜的現狀，采取AD590溫度傳感器，它是單片集成兩端感溫電流源，它能將溫度轉換為電流，且電流與絕對溫度成正比，可測量范圍-55 ℃～+150 ℃，具有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1 ℃，其電流增加1 μA；時鐘模塊為系統提供準確的時間信息；數據轉換模塊主要考慮不同接口設備之間的傳輸方式，通常有AD或者DA轉換，串口到并口的轉換，或者不同接口協議的轉換；數據處理控制模塊可以使用單片機、DSP（數字信號處理器）、FPGA（現場可編程門陣列）等，考慮到單片機足以完成該設計的控制功能，DSP和FPGA的成本較高，且編程難度比單片機大，故單片機的選型上采用STC12C5A60S2 單片機，該單片機與傳統的 8051 單片機相比，指令代碼完全兼容，但是處理速度遠遠大于傳統的 8051 單片機，而且具有功耗低，抗干擾能力強等優點；輸出模塊主要考慮到和電腦主機的對接和接口轉換。

通常情況下，主要有三種硬件架構可以實現溫度監控報警系統功能。

第三種：無線型，主要是電腦監控主機和監控點位之間通過無線傳輸的方式進行數據交互和通信。

2 空管席位機柜內溫度監控報警系統硬件架構選擇

空管席位機柜內溫度監控報警系統架構的選擇主要考慮安全、穩定性方面， 第三種無線型架構有可能會對空中交通管制服務造成信號干擾，因此不適宜采用。

第一種RS 485總線型結構和第二種網絡型結構都可以滿足和適用于空管席位機柜內的溫度監控報警系統設計，然而考慮到開發難度、 開發周期以及開發成本，本設計采用第一種架構，其具體的優點有：RS 485總線傳輸速度快、抗干擾能力強、信號傳輸穩定、傳輸距離遠，最遠傳輸距離達1 200 m，滿足空管管制大廳最遠席位位置和監控主機的距離，同時RS 485總線可支持多點通信，最多能支持接入32 個監測節點。按照目前西安管制席位的配置情況，完全滿足需求。且各節點之間連接簡易，組網靈活，RS 485總線的成本低，因此RS 485總線型溫度監控報警系統結構成為首選方案。

3 控制程序及人機交互界面設計

單片機作為硬件電路信號處理的核心，以及作為溫度傳感器信號的處理控制，在整個設計中非常重要，對于單片機程序的設計，首要考慮的是穩定性和可靠性，在設計中可以考慮給單片機設置外部按鍵模塊，在系統出現問題的時候，既能夠通過單片機進行自動復位，也可以通過手動方式復位。

人機交互界面程序可以方便、簡單的對席位監控節點進行控制、數據提取并顯示。該界面主要和用戶打交道，通過該界面，監控人員可以在界面上對控制對象進行操作，可以設置預告警溫度閾值、告警溫度閾值、及溫度顯示方式。程序界面的呈現部分需要盡可能地符合現場的實際位置和感官感受。

4 結 語

本文首先簡單闡述了環境溫度對于空管行業設備安全運行的重要性，以及對于環境溫度進行實時監控的必要性，由此出發，在三種不同架構都可以實現此項功能的情況下，進行了認知分析，最后結合空管席位機柜和空管管制大廳的實際，闡述了RS 485總線型架構的溫度監控報警系統軟硬件設計思路和方法。

參考文獻

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