中波發(fā)射機(jī)狀態(tài)顯示屏的設(shè)計與實現(xiàn)

劉珠明

（福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心一零三臺，福建 福州 350001）

0 引言

為實現(xiàn)中波發(fā)射機(jī)“三滿”播出要求，發(fā)射機(jī)必須以發(fā)射天線作為負(fù)載才能有效地對外輻射能量[1]。為滿足維護(hù)需求，每部發(fā)射機(jī)均裝有假負(fù)載，并配有同軸切換開關(guān)，實現(xiàn)發(fā)射機(jī)負(fù)載的切換，但該狀態(tài)量的指示在發(fā)射機(jī)前不容易直觀地分辨。目前，大多數(shù)中波發(fā)射臺站均承擔(dān)著多個頻率、多部機(jī)器的播出任務(wù)，且已配備軟硬件高度融合的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。雖然遠(yuǎn)程監(jiān)控界面有報警提示音，還有醒目的彈窗告警，但是一旦其中一部發(fā)射機(jī)未開機(jī)或者發(fā)生故障倒機(jī)，即使值班員趕到發(fā)射機(jī)房，仍很難快速、準(zhǔn)確地判別是哪個頻率的哪部發(fā)射機(jī)發(fā)生了故障。因此，在發(fā)射臺已配備自動化監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)多機(jī)多頻率發(fā)射機(jī)狀態(tài)的直觀顯示，需要嵌入LED 狀態(tài)顯示屏。采用LED 滾動屏的形式，可以直觀地判別發(fā)射機(jī)的開機(jī)、關(guān)機(jī)、故障狀態(tài)以及天線、假負(fù)載的在位狀態(tài)，為值班員爭取寶貴的應(yīng)急操作時間。

1 總體框架設(shè)計

自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用的是上、下位機(jī)遠(yuǎn)程通信模式。下位機(jī)主要完成數(shù)據(jù)的采集和硬件處理，也稱為采集器[2]。上位機(jī)完成用戶交互界面的搭建，進(jìn)而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制功能。主用和備用發(fā)射機(jī)各配有一套采集器，每套采集器配有2 個通信口。主發(fā)射機(jī)的采集器通過串口1 與上位機(jī)進(jìn)行RS-422 通信，主發(fā)射機(jī)與備發(fā)射機(jī)進(jìn)行RS-422 通信，主發(fā)射機(jī)采集器串口1 的RS-422 通信口有5個輸出引腳，分別為422_RXD+、422_RXD-、422_TXD+、422_RXD-及地線，通過RS-422 通信線與轉(zhuǎn)換管理器相連，串口轉(zhuǎn)化為網(wǎng)口后與交換機(jī)相連。主機(jī)采集器串口2 直接與備機(jī)采集器的串口1相連，靈活實現(xiàn)雙機(jī)通信與控制。LED 狀態(tài)顯示屏利用主發(fā)射機(jī)采集器的串口1 進(jìn)行通信。通過采集器原有的串口讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)既定格式的數(shù)據(jù)包協(xié)議解析數(shù)據(jù)幀中相關(guān)的狀態(tài)量信息。在軟件設(shè)計上，通過協(xié)議幀格式進(jìn)行相應(yīng)狀態(tài)位的匹配和讀取。讀取的狀態(tài)量信息通過LED 狀態(tài)顯示屏直觀顯示[3]。

本裝置只采集并顯示天線在位和播出狀態(tài)信息，并沒有對采集器反饋狀態(tài)信息，LED 控制主板實時接收主采集器上傳的數(shù)據(jù)并進(jìn)行發(fā)射機(jī)狀態(tài)判斷。當(dāng)發(fā)射機(jī)狀態(tài)發(fā)生變化，LED 控制主板給LED 驅(qū)動顯示屏發(fā)送相應(yīng)指令使LED 顯示發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，所以在硬件連接上，主采集器的COM1口只連接發(fā)送通信線，即422_TXD+、422_TXD-、地線。LED 控制主板的422_RXD+、422_RXD-、地線對應(yīng)接主采集器COM1 口的422_TXD+、422_TXD-、地線，COM1 口分別并兩對接收通信線用于主發(fā)射機(jī)和備用發(fā)射機(jī)相關(guān)狀態(tài)量的接收，并通過傳輸通信協(xié)議和接口轉(zhuǎn)換實現(xiàn)LED 顯示屏的狀態(tài)量信息顯示。本驅(qū)動電路設(shè)計為RS-485 輸出，LED 顯示屏采用半成品通用模塊，通信接口為RS-232，需通過RS-485 轉(zhuǎn)RS-232 接口來實現(xiàn)狀態(tài)信息的發(fā)送和顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 設(shè)計分析及實現(xiàn)

2.1 單片機(jī)的選型及電路設(shè)計

本裝置選用的單片機(jī)為基于51 指令集的嵌入式芯片C8051F340，與原監(jiān)控系統(tǒng)的采集器主控電路采用同一系列單片機(jī)，其指令集和51 系列單片機(jī)兼容，速度快、功能多，其引腳功能和外圍擴(kuò)展電路如圖2 所示。該芯片是帶有64 kB Flash 存儲器的8 位微處理器，內(nèi)含256 Byte 的片內(nèi)RAM 和16 個中斷源，每個中斷源有兩個優(yōu)先級，并且具有全速的在線式系統(tǒng)調(diào)試接口[4]，具有看門狗定時器功能和5 個捕捉/比較模塊。40 個I/O 端口的電壓均為5 V，是可以獨(dú)立運(yùn)行的片上微處理器系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)集RAM、Flash、串行、I/O 和A/D 轉(zhuǎn)換為一體，只需配置少量的擴(kuò)展模塊，就可以完成狀態(tài)顯示屏驅(qū)動電路的設(shè)計，在一定程度上節(jié)省了硬件資源消耗，也使得電路設(shè)計更加簡潔。該裝置擴(kuò)展模塊只包括靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器、具有讀寫功能的存儲器芯片以及通信接口模塊。

圖2 單片機(jī)引腳功能和接線

該系列微控制單元（Micro Control Unit，MCU）端口多，可同時提供滿足功能需求的地址和數(shù)據(jù)總線，不需要外擴(kuò)地址鎖存器，片外直接擴(kuò)展靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。該裝置所使用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器為61LV256，該靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器總共采用15根地址線，地址范圍為0000H—7FFFH。單片機(jī)的RD（P1.6）腳作為存儲器的讀允許信號線，WR（P1.7）腳作為存儲器的寫允許信號線，接入靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的讀選通和寫選通信號。10 腳VDD 輸入輸出腳為2.7～3.6V的電壓輸入，3.3V穩(wěn)壓輸出。11 腳REGIN 為片內(nèi)穩(wěn)壓器的5 V 電源輸入。12 腳VBUS接地表示無外接USB。13 腳RST/C2CK 為內(nèi)部上電復(fù)位，和VDD 監(jiān)視器的漏級開路輸出，該腳輸出通過跳線復(fù)位X5043 讀寫芯片，復(fù)位寫入數(shù)據(jù)。14腳表示調(diào)試接口的雙向數(shù)據(jù)信號，通過硬件電路跳線，選擇調(diào)試模式和運(yùn)行模式。P0.0～P0.3 的數(shù)據(jù)I/O 口與讀寫芯片進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，RS-422 口讀取到的采集信息通過雙向通信寫入X5043。RXD，TXD 通過收發(fā)器75176 將I/O 口輸入輸出的TTL電平轉(zhuǎn)化為適用于多點(diǎn)總線傳輸?shù)碾p向數(shù)據(jù)通信集成電路。該電路采用平衡傳輸設(shè)計，符合EIARS-422 規(guī)范。該422 接口與發(fā)射機(jī)采集器相連，負(fù)責(zé)接收發(fā)射機(jī)狀態(tài)信號。Ttx、Trx 采用單片的75176 電路即半雙工通信方式，輸出RS-485 接口，負(fù)責(zé)向LED 顯示屏發(fā)送命令[6]。

2.2 軟件設(shè)計

本裝置串口的通信協(xié)議與發(fā)射機(jī)采集器的串口通信協(xié)議采用相同的協(xié)議幀格式[7]。通信協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式如表1 所示。TS 系列PDM 中波發(fā)射機(jī)的模擬量區(qū)占用16 字節(jié)，狀態(tài)量區(qū)占用1 字節(jié)。

表1 通信協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式

顯示屏串口所要匹配和讀取的相應(yīng)狀態(tài)位的字長和位置等信息如表2 所示。故障狀態(tài)由采集器燒錄程序?qū)Πl(fā)射機(jī)功率進(jìn)行判定。

表2 顯示屏狀態(tài)量數(shù)據(jù)幀格式

本裝置主要調(diào)用了以下函數(shù)：

程序流程如圖3 所示。函數(shù)Com_Rev_ proc 主要完成發(fā)射機(jī)狀態(tài)的接收及判斷，根據(jù)主采集器上傳數(shù)據(jù)的通信協(xié)議實時判斷發(fā)射機(jī)各個狀態(tài)所對應(yīng)的字段位，當(dāng)相應(yīng)字段位的值發(fā)生變化（0 跳變?yōu)?或1 跳變?yōu)?），說明發(fā)射機(jī)的播出狀態(tài)或者天線在位狀態(tài)有新的變化，此時LED 控制主板給LED 驅(qū)動顯示屏發(fā)送相應(yīng)指令，使LED 顯示發(fā)射機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。發(fā)射機(jī)的6 種工作狀態(tài)分別是播音（天線）、開機(jī)（假負(fù)載）、待播（天線）、待機(jī)（假負(fù)載）、故障（天線）以及故障（假負(fù)載），故障狀態(tài)的LED 顯示屏呈閃爍指示[5]。

圖3 執(zhí)行程序流程圖

主函數(shù)調(diào)用LED 控制程序，向LED 顯示屏發(fā)送狀態(tài)改變的命令。發(fā)射機(jī)的每種工作狀態(tài)均有16 條命令，根據(jù)LED 顯示屏自身的協(xié)議，命令中包含字體顯示的大小、位置等相關(guān)信息，每條命令延時60 ms，當(dāng)命令沒有完全發(fā)送完成而發(fā)射機(jī)的狀態(tài)又發(fā)生改變，則寫入讀寫芯片的命令將逐條顯示發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)信息[8]。

3 結(jié)語

福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心一零三臺在播的所有發(fā)射機(jī)目前已經(jīng)全部安裝該LED 狀態(tài)顯示屏，運(yùn)行半年，正常顯示發(fā)射機(jī)的各種工作狀態(tài)。值班員能直觀地判斷天線在位狀態(tài)和發(fā)射機(jī)的開機(jī)、關(guān)機(jī)、故障狀態(tài)，為和諧“三滿”播出提供了堅實的技術(shù)保障。