合成器N—1備份伺服系統的設計與實現

汪哲愷

摘 要：文章介紹如何通過單片機設計、制作N-1備份伺服系統實現當合成器N-1時關鍵元器件發生異常時，如何跳過異態部分，快速切到備份N-1調諧、調載電容，實現N-1播出。

關鍵詞：N-1模式；伺服；單片機；調諧；調載；合成器

中圖分類號：TN838 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0097-02

Abstract： This paper introduces how to design and make N-1 backup servo system by single chip microcomputer to realize how to skip the abnormal parts when the key components of the synthesizer N-1 are abnormal， fast enough switch to backup N-1 tuning capacity， load adjustment， and realize N-1 broadcast.

Keywords： N-1 mode； servo； microcontroller； tuning； load adjusting； synthesizer

1 概述

DX-600中波發射機在實際工作中能夠實現N-0模式與N-1模式兩種工作，機器無異態時工作在N-0即三并機模式，當某個PB異態時機器可以切換至N-1即二并機模式，但伺服系統只有一套，當N-1伺服系統中出現故障，如合成器調諧、調載電容，調諧、調載馬達，反饋電位器，皮帶等關鍵元器件發生異常時，設備將出現停播，需要較長時間處理才能恢復播音，如果有一套備用裝置可以跳過這些處理，就能極大地縮短處理時間，快速恢復播音。

2 總體思路

根據以上的要求，我們可以設計加裝一套N-1模式時的備用調諧、調載電容，并產生N-1時的反饋到位信號送合成器，就能跳過上述異常的關鍵元器件處理，設計原理如圖1。

該設計方案以89C52單片機為核心，完成整個時序邏輯控制功能。將自制的備用N-1伺服切換控制器串接入調諧、調載傳動控制系統，當原機系統正常時，切換控制器內的固態繼電器反接點將控制信號與狀態信號直通，切換刀閘則接通原機調諧、調載電容；當N-1工作原機調諧、調載無法到位時，通過備用N-1伺服切換控制器一鍵切換按鈕，切斷TCU送來的控制信號和送回TCU的狀態信號，給切換刀閘控制板送24V電源，并將切換刀閘切換至備用調諧、調載電容，當監測到刀閘切換到位時，切斷切換刀閘控制板的24V電源，切換器內部產生N-1工作時的到位反饋狀態信號，使發射機允許在N-1工作模式下開機播出。整個控制過程由89C52單片機進行邏輯控制，可在10秒內快速切換，20秒內恢復播出，極大地縮短了處理此類故障的時間，保障了安全播出。

3 伺服反饋信號的產生

TCU要檢測伺服馬達是否調整到位，是通過監測馬達聯動的電位器對10V電源的分壓值，當合成器切換到N-1模式時，分壓出調諧電壓為7.31V，調載電壓為8.58V，把這兩個電壓送到TCU控制板與預設的基準值進行比較，在正負1%范圍內，就說明調整到位了，允許設備開機，那么我們就需要在外部產生兩個穩定的直流電壓，來說明備份N-1系統調整完成，允許發射機開機。可以用控制小盒內的+24V電源進行分壓，因為此電壓對運行中的設備很重要，所以我們采用MC34063的DC/DC集成芯來實現。

該器件本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價格便宜。它由具有溫度自動補償功能的基準電壓發生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發器和大電流輸出開關電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件。該電路是在低靜態電流典型的降壓電路上，用開關變壓器取代自感線圈實現的。利用開關變壓器以獲取隔離直流電源的能量供給。在確定的硬件系統中，用于向數字系統供電的VCC電源負荷是穩定的，通過開關變壓器的交變方波的占空比也是穩定的，因此，可獲得與供電電源、數字電路電源VCC隔離的+8.58V、+7.31V直流輸出。另一路產生的+5V直流電源供給單片機使用。

4 電路切換時序的控制原理

控制芯片采用89C52，它是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了CMOS的高速和高密度技術及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統，屬于89C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數器等更多的功能。89C52內置8位中央處理單元、512字節內部數據存儲器RAM、8k片內程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出（I/O）口、3個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。根據單片機特性設計出時序控制原理圖如圖2。

89C52的P2端口設置為繼電器控制口，P1.0與P1.1作為工作位置指示信號，P1.4與P1.5作為工作狀態確認信號，P0.0與P0.1作為切換器控制信號，P3.3的中斷信號作為控制觸發信號。當需要切換備份N-1工作時，關閉發射機后，按下控制板上S2觸發開關，使單片機P3.3腳產生一個中斷信號，單片機響應中斷后，在P2.0腳上送一個低電平，使K6繼電器吸合，將24VDC電源送至TB6-1、TB6-2上供切換伺服電路板上電源。讀P1.4與P1.5腳上的電平信號判斷切換伺服電路當前的工作位置；如果切換伺服電路工作在正常（B）01位置，則給P2.2、P2.1、P2.4和P2.3腳送低電平，讓Q0-Q3反相輸出高電平，使K1、K2、K3和K4繼電器吸合，其作用是斷開伺服調諧電路上TB1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4及伺服調載電路上B1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4的信號； 給單片機P0.0送一個1秒鐘的低電平信號，使伺服切換開關動作，使其倒至備用N-1電容工作。延時5秒后，單片機P0.2或P0.3檢測切換到位時，在P2.0腳上送高電平，使K8繼電器斷開，切斷伺服切換電路板源，使伺服切換板不會誤動作。給P2.5腳上送一個高電平，使K5繼電器吸合，其作用是將兩個34063集成電路產生的調載8.58V與調諧7.31V的N-1取樣電壓送合成器的伺服控制板。發射機檢測伺服到位，就可以在發射機上進行N-1模式開機。

反之，故障處理完成后切換伺服電路工作在備用N-1位置需要切回原機狀態工作時，則給單片機P0.1送一個1秒鐘的低電平信號，使伺服切換開關動作，使其倒至正常調諧、調載工作模式；同時給P2.3腳上送一個低電平，使K5繼電器斷開，其作用是將兩個34063集成電路產生的調載8.58V與調諧7.31V的N-1取樣電壓斷開，給P2.2、P2.1、P2.4和P2.3腳送低電平，使K1、K2、K3和K4繼電器斷開，其作用是將伺服調諧電路上TB1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4及伺服調載電路上B1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4的信號；通過4個繼電器的反接點直接送合成器的伺服控制板。延時2秒后單片機P0.2或P0.3檢測切換到位時，在P2.0腳上送高電平，使K6繼電器斷開，切斷伺服切換電路板源，使伺服切換板不會誤動作。此時切換過程完成，發射機合成器操作到三并機模式開機。

5 安裝調試與實際應用效果

此系統在我臺投入使用的安裝方法與步驟：（1）將原機伺服電容C91、C90與電感的連接銅管拆除后，把自制的4根銅管分別連接切換器與電感、切換器與電容。做好可靠連接。（2）將備份N-1伺服調諧電容與調載電容分別連接到切換器的另一端。（3）將自制的5根電纜線接到控制器對應的航空插頭上。（4）將合成器CCU控制小盒中的伺服控制板用轉接板轉接上。（5）送發射機合成器電源，進入伺服控制菜單，同時調整伺服控制板上的R32，使N-0時調載電容的負載設定值達到6.7，此時C91的電容值為1269P（原機值為1241P），調整伺服控制板上的R31，使N-1時的調載電容的負載設定值達到9.00，原機預設值為此時C91的電容值為486P（原機值為554P）。（6）將備份N-1調諧電容調為420P，調載電容調為486P。

做好如上調整后，在原機狀態下能正常N-0與N-1模式開啟發射機房，三大發射機指標與改進前無變化，均能達到甲級，N-1時一鍵切換到備份伺服系統工作只需要10秒鐘，發射機就能順利開啟播音。播出效果與原機的N-1模式相同。

參考文獻：

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