調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器的設(shè)計探討

文/楊志宏

一、調(diào)頻廣播發(fā)射機控制系統(tǒng)功能

調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器是監(jiān)控發(fā)射機運行狀態(tài)的重要裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)射機運行狀態(tài)及故障的實時監(jiān)測和保護，主要具有以下幾方面的功能[1]。

(一)開/關(guān)機控制

通過控制器的開關(guān)控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射機的自動開關(guān)機或者手動控制發(fā)射機的開關(guān)機。在自動和手動兩種模式下，發(fā)射機在開機后，發(fā)射功率會自動上升，監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)功率的變化實現(xiàn)對發(fā)射機開關(guān)機狀態(tài)的自動識別和監(jiān)測。同時，用戶還能夠時間參數(shù)控制發(fā)射機進行定時開關(guān)機。

(二)狀態(tài)監(jiān)測

能夠?qū)φ{(diào)頻廣播發(fā)射機各模塊的實時運行狀態(tài)進行在線檢測。包括主電源故障、風(fēng)機故障、開關(guān)電源故障燈故障信號開關(guān)量以及發(fā)射機整機入射、反射功率、電源電壓等模擬量的實時檢測。

(三)數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢主要包括調(diào)頻廣播發(fā)射機實時運行數(shù)據(jù)、歷史運行數(shù)據(jù)以及故障記錄及相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。

(四)參數(shù)設(shè)置

能夠設(shè)置系統(tǒng)的各種運行控制參數(shù)，包括開關(guān)機狀態(tài)參數(shù)、系統(tǒng)密碼、操作權(quán)限等參數(shù)的設(shè)置，另外還包括對模擬量修正系數(shù)及上下限閾值的設(shè)置等。

(五)故障檢測及保護

調(diào)頻廣播發(fā)射機在實際運行時，需要對發(fā)射機發(fā)生的各種故障進行實時檢測，同時將故障的具體類型等信息進行分類處理和保存，從而為維護人員開展檢修工作提供可靠的依據(jù)。

二、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

(一)控制系統(tǒng)總體方案

調(diào)頻發(fā)射機硬件控制系統(tǒng)基于DCS結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，主控單元作為系統(tǒng)的核心單元，其他控制單元則配合主控單元完成系統(tǒng)的監(jiān)控和操作命令[2]。通過這樣的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅使硬件結(jié)構(gòu)更加簡化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也進一步提升，同時還能優(yōu)化配置控制功能，降低主控單元的工作負荷，方便系統(tǒng)后期的維護和擴展。圖1給出了調(diào)頻廣播發(fā)射機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，整個系統(tǒng)包括主控單元以及電源控制、開關(guān)電源檢測、功放控制等輔助控制單元。

(二)主控單元硬件設(shè)計

主控單元是控制器的核心部分，其設(shè)計的合理性將會直接影響到整個控制器的性能。主控單元的主要功能包括實現(xiàn)人機交互、數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)、故障記錄查詢、參數(shù)設(shè)置等。根據(jù)主控單元的功能定位，其硬件應(yīng)該包括數(shù)據(jù)存儲模塊、時鐘模塊、鍵盤驅(qū)動、顯示器和通信模塊。

(三)電源控制單元硬件設(shè)計

電源控制單元的主要功能是通過對開關(guān)電源檢測單元處理后的模擬量和開關(guān)量進行采集和判斷，實現(xiàn)對發(fā)射機開關(guān)電源以及前級功放工作狀態(tài)的監(jiān)測，實現(xiàn)廣播發(fā)射機的自動開關(guān)機控制。根據(jù)其功能要求，需要與控制單元進行通信，接受主控單元的操作指標(biāo)，完成相應(yīng)的操作。

(四)功放控制單元硬件設(shè)計

功放單元主要是對廣播發(fā)射機內(nèi)功放盒的實施運行狀態(tài)進行監(jiān)測，然后對各組功放檢測單元輸出的模擬信號進行循環(huán)采集和轉(zhuǎn)換處理，并將處理之后的信號傳輸?shù)街骺貑卧?/p>

三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

調(diào)頻廣播發(fā)射機控制系統(tǒng)各個控制單元軟件部分的設(shè)計全部采用過程化軟件設(shè)計方法，按照功能對復(fù)雜的控制過程劃分為多個模塊，然后進行多模塊并行開發(fā)設(shè)計。通過這樣的方式不僅能夠使各個模塊的軟件部分進行獨立設(shè)計，提升變成的效率，同時還能保證軟件模塊的通用性和可維護性。

(一)主控單元軟件設(shè)計

根據(jù)控制系統(tǒng)中對主控單元功能的劃分，將主控單元軟件控制過程劃分為初始化、人機交互、通信以及監(jiān)控四個控制過程。每個控制過程能夠劃分為多個獨立的功能模塊，在對主控單元軟件部分進行設(shè)計的過程中，需要對所有功能模塊進行進一步細化。比如人機交互過程的軟件設(shè)計工作量超過主控單元整體軟件設(shè)計工作量的60%，因此，在設(shè)計過程中可能需要經(jīng)常根據(jù)廠方的要求對代碼進行調(diào)整，因此，將其劃分為多個模塊來降低軟件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高軟件的可維護性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

(二)電源控制單元軟件設(shè)計

電源控制單元包括初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及開關(guān)機處理四個過程，完成對開關(guān)電源模擬量、故障信號檢測以及主機開關(guān)機命令等控制功能，圖2給出了電源控制單元軟件模塊。

(三)功放控制單元軟件設(shè)計

功放控制單元包括初始化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理三個控制過程，通過這三個過程檢測調(diào)頻廣播發(fā)射機功放盒輸出的所有模擬量，圖3給出了功放控制單元的軟件模塊。

(四)程序設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件與硬件具有同等重要的地位，軟件部分需要滿足可靠、易懂、準(zhǔn)確、易維護等要求。針對調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器軟件部分的程序設(shè)計采用C語言進行編寫，相對于匯編語言而言，C語言的功能性、結(jié)構(gòu)性、可讀性和可維護性優(yōu)勢較為明顯。通過C語言編寫調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器軟件程序，提升了程序設(shè)計的靈活性，并且憑借C語言提供的多種數(shù)據(jù)存儲類型，能夠自動分配變量物理存儲地址，RAM空間的利用效率得到了進一步的提升[3]。

圖2 電源控制單元軟件模塊

根據(jù)調(diào)頻廣播發(fā)射機控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，各個模塊功能相對獨立。調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器的軟件設(shè)計主要是實現(xiàn)硬件驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。其中硬件的驅(qū)動程序主要包括芯片驅(qū)動和通信接口驅(qū)動程序兩個部分的設(shè)計，應(yīng)用程序部分則是根據(jù)廣播發(fā)射機的功能需求對每個功能模塊進行單獨的程序設(shè)計，比如實現(xiàn)開關(guān)機控制程序、狀態(tài)監(jiān)測、參數(shù)設(shè)置等程序。

四、控制器的測試與聯(lián)機調(diào)試

(一)控制器測試

圖3 功放控制單元軟件模塊

控制器作為調(diào)頻廣播發(fā)射機正常工作的核心部件之一，其在安裝到發(fā)射機之前需要對軟硬件進行測試，保證控制器軟硬件的性能和可靠性。但是在實驗室測試過程中，通常測試的內(nèi)容存在較大的局限性，要想實現(xiàn)控制器的綜合測試，通常需要安裝到廣播發(fā)射機上在進行測試。由于調(diào)頻廣播發(fā)射機功率較大的、現(xiàn)場測試連接難度較大等因素的影響，因此，需要設(shè)計一種高效、方便地測試平臺進行調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器測試工作，從而提高測試的效率和精度，降低測試的成本。

(二)控制器聯(lián)機調(diào)試

廣播發(fā)射機工作的環(huán)境一般面臨強輻射、高電壓、強磁場等因素，因此，廣播發(fā)射機在運行的過程中，不可避免會收到這些干擾因素的影響。因此，需要保證發(fā)射機能夠?qū)ν饨绺蓴_因素具有較強的抵抗能力。在實驗室測試的過程中，通常智能保證控制器在無干擾環(huán)境下的測試結(jié)果，因此，還需要進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試來確保控制器的抗干擾能力，保證控制器在安裝到廣播發(fā)射機之后能夠穩(wěn)定可靠的運行。

五、結(jié)語

調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器主要實現(xiàn)了對廣播發(fā)射機運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和檢測，能夠提前對廣播發(fā)射機可能出現(xiàn)的故障進行預(yù)警，對突發(fā)故障進行及時處理，對于保證廣播發(fā)射機的可靠穩(wěn)定運行，減輕值班、維護人工的工作量具有重要作用。調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器是廣播發(fā)射機自動控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。論文對調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器軟硬件部分進行了設(shè)計，對各個部分的設(shè)計進行了細分，為相關(guān)研究工作提供了簡單的參考。

[1]郭穎.探析調(diào)頻廣播發(fā)射機微控制器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].黑龍江科技信息，2015(16)：6.

[2]劉偉.10kW調(diào)頻發(fā)射機控制器引發(fā)的故障[J].內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)，2013(01)：68-69.

[3]韓燕.淺析調(diào)頻廣播發(fā)射機控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)方法[J].無線互聯(lián)科技，2013(01)：118.