廣播電視天饋?zhàn)詣?dòng)充氣測(cè)控系統(tǒng)

梁達(dá)先

（廣東省信宜732臺(tái)，廣東 信宜 525300）

1 引言

廣播電視天饋線系統(tǒng)在廣播電視的發(fā)射工作中占據(jù)著非常重要的一環(huán)。尤其地處高山的轉(zhuǎn)播臺(tái)，自然環(huán)境惡劣，氣候變化無(wú)常，終年濕度高，晝夜溫差大，完全暴露在自然環(huán)境中，鐵塔上的天饋系統(tǒng)更是發(fā)射與維護(hù)工作的難點(diǎn)。一旦入水腐蝕，將使天線指標(biāo)惡化，嚴(yán)重時(shí)將引起打火燒毀天線，造成災(zāi)難性的事故。廣東省五大高山骨干轉(zhuǎn)播臺(tái)幾年前更換了電視和調(diào)頻充氣天饋系統(tǒng)，而該充氣控制器最大的缺陷在于無(wú)法發(fā)現(xiàn)饋管的早期漏氣，對(duì)于某一饋管的壓力異常，無(wú)法判斷是充氣控制的不穩(wěn)定還是饋管的漏氣所造成，只有在漏氣現(xiàn)象十分嚴(yán)重時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。這對(duì)高山發(fā)射臺(tái)的播出和維護(hù)是很大的隱患。

筆者介紹的天饋?zhàn)詣?dòng)充氣測(cè)控系統(tǒng)采用單片微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理控制，自動(dòng)監(jiān)測(cè)4路饋管的各路充氣壓力：控制相應(yīng)的充氣電磁閥，使4路饋管的充氣壓力自動(dòng)保持在各自的預(yù)定范圍；可方便準(zhǔn)確地設(shè)定某一饋管的充氣壓力，自動(dòng)計(jì)算每一路每次的充氣時(shí)間間隔，保存每路最后10個(gè)充氣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)；4路饋管的充氣壓力及充氣間隔時(shí)間由液晶顯示屏分別顯示，由充氣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)的改變可準(zhǔn)確知道饋管漏氣情況；當(dāng)充氣間隔小于最后設(shè)定范圍，可減少充氣機(jī)的頻繁工作，延長(zhǎng)充氣機(jī)的使用壽命；當(dāng)某一饋管壓力異常并超過(guò)設(shè)定的最高或最低限值時(shí)，發(fā)出報(bào)警；自動(dòng)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐的壓力并控制充氣機(jī)的工作，使儲(chǔ)氣罐的壓力保持在預(yù)設(shè)的范圍。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的組成如圖1所示。系統(tǒng)控制器采用ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)[1]ATmega16作為主控芯片MCU。片內(nèi)有16 kbyte的Flash，有足夠的程序存儲(chǔ)空間，1 kbyte的SDRAM，3個(gè)數(shù)據(jù)指針，512 kbyte的E2PROM，有足夠的數(shù)據(jù)空間和掉電數(shù)據(jù)保存能力。內(nèi)置8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，可為4路饋管及儲(chǔ)氣壓力作數(shù)據(jù)采集。具有上電復(fù)位電路和看門(mén)狗定時(shí)器等，使電路簡(jiǎn)潔且工作穩(wěn)定可靠。

采用美國(guó)DALLAS公司的高性能、低功耗DS1302時(shí)鐘芯片，可獨(dú)立產(chǎn)生“年月日時(shí)分秒”的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，僅需主控芯片MCU按一定的時(shí)間間隔讀入日期和時(shí)間數(shù)據(jù)。31×8的RAM寄存器，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。

采用液晶顯示模塊RT12864-S作為數(shù)據(jù)和狀態(tài)顯示。顯示模塊自帶漢字庫(kù)且支持串行通信，有較大的顯示信息量。內(nèi)部專(zhuān)用的控制芯片將屏幕上的液晶點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，只須按要求送入指令和數(shù)據(jù)即可顯示。LCD顯示屏上的顯示數(shù)據(jù)在不寫(xiě)入時(shí)依然存在，只有在需要更新顯示時(shí)寫(xiě)入更新的數(shù)據(jù)。這樣為主控芯片節(jié)省大量的時(shí)間，使程序簡(jiǎn)潔，降低編程工作量，并可大大提高主控芯片的監(jiān)控運(yùn)行速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)工作原理

采用單片機(jī)ATmega16作為本系統(tǒng)取樣監(jiān)測(cè)和控制處理器MCU。4路饋管充氣壓力和儲(chǔ)氣罐壓力由相應(yīng)的壓力傳感器獲得壓力取樣信號(hào)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯蠛笥蒑CU A口的PA3～PA7的5個(gè)端口作為氣壓模擬量輸入，并由片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為氣壓數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。4路饋管的壓力數(shù)據(jù)分別送往液晶顯示模塊顯示。5路壓力數(shù)據(jù)與各自的預(yù)定值比較，當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)定值的低點(diǎn)時(shí)，由B口的PB0～PB4輸出5路控制信號(hào)。分別控制4路相應(yīng)的充氣電磁閥對(duì)饋管進(jìn)行充氣，當(dāng)充氣壓力達(dá)到預(yù)定的高點(diǎn)時(shí)，停止充氣，使各路天饋管內(nèi)的氣壓自動(dòng)保持在預(yù)定的范圍內(nèi)。同樣由儲(chǔ)氣罐的壓力數(shù)據(jù)與預(yù)定的上下限比較，控制充氣機(jī)的工作。當(dāng)各壓力數(shù)據(jù)超過(guò)相應(yīng)的預(yù)定告警上下限時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，提示系統(tǒng)工作異常。每次充氣時(shí)，自動(dòng)儲(chǔ)存各路最后2個(gè)充氣時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算最后充氣時(shí)間點(diǎn)與相應(yīng)的上次充氣時(shí)間點(diǎn)，得出充氣時(shí)間間隔。當(dāng)前3個(gè)充氣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)的平均值與當(dāng)前充氣時(shí)間間隔之差大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警，表示該饋管有漏氣加大現(xiàn)象。應(yīng)立即對(duì)該天饋進(jìn)行檢修，及時(shí)排除漏氣故障，避免天饋系統(tǒng)進(jìn)水而燒毀的重大事故。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路DS1302用簡(jiǎn)單的同步串行三線接口RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)、SCLK串行時(shí)鐘分別與MCU的PA0，PA1，PA2端口連接。時(shí)鐘或RAM的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)以1個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。處理器MCU只需每隔一定的時(shí)間讀入一次時(shí)間數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8位的用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器，能同時(shí)記錄數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間。利用這一特殊的功能可方便地存儲(chǔ)系統(tǒng)4路充氣的最后各2個(gè)（共8個(gè)）時(shí)間間隔點(diǎn)數(shù)據(jù)。DS1302的RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。允許地址/命令序列送入移位寄存器，RST為低電平時(shí)，終止數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。I/O為雙向串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。SCLK始終是輸入端，為同步時(shí)鐘。當(dāng)控制指令字輸入后的下一個(gè)SLCK時(shí)鐘為上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)從低位開(kāi)始。同樣在緊跟8位的控制指令字后，以下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)。其控制指令字的最高有效位必須是邏輯1，位6如果為0，表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)，位5至位1指示操作單元的地址，最低有效位如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作。

MCU處理器將采集到的饋管壓力數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)及充氣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示組件RT12864-S進(jìn)行顯示。RT12864-S采用兩線串行數(shù)據(jù)傳送方式與處理器MCU連接。SCLK為同步時(shí)鐘線，SID為數(shù)據(jù)線。SCLK和SID分別連接MCU的PC6和PC7端口。串行數(shù)據(jù)傳送分3個(gè)字節(jié)完成。

第1字節(jié)：串口控制格式為11111ABC。A為數(shù)據(jù)傳送方向控制，H表示數(shù)據(jù)從LCD到MCU，L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD，B為數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇，H表示顯示數(shù)據(jù)，L為控制命令。C固定為0。

第 2字節(jié)：（并行）8位數(shù)據(jù)的高 4位，格式為DDDD0000。

第 3字節(jié)：（并行）8位數(shù)據(jù)的低 4位，格式為DDDD0000。

RT12864-S為漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。內(nèi)置8192個(gè)中文漢字 （16×16點(diǎn)陣），128個(gè)字符（8×16 點(diǎn)陣）及 64×256 點(diǎn)陣顯示 RAM（GDRAM）。本系統(tǒng)需顯示“年月日時(shí)分”和4個(gè)通道的充氣壓力及充氣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，如圖1所示。分4行顯示：第1行顯示“年”和A通道的壓力與充氣間隔；第2行顯示“月”和B通道的壓力與充氣間隔；第3行顯示“日”和C通道的壓力與充氣間隔；第4行顯示“時(shí)、分”和D通道的壓力與充氣間隔。壓力數(shù)據(jù)的顯示范圍為0～999（默認(rèn)充氣壓力范圍為 0.15～0.18 kg/cm2），時(shí)間間隔的顯示范圍為 00：00～99：59，數(shù)據(jù)的顯示只需隨秒的冒號(hào)變化每秒刷新2次即可。

為了使干燥的空氣充入天線饋管內(nèi)，最簡(jiǎn)單和有效的方法是對(duì)空氣進(jìn)行加壓，析出水分后獲得較干燥的高壓氣體經(jīng)降壓后充入饋管。本系統(tǒng)采用10個(gè)大氣壓左右的空氣壓縮機(jī)獲得高壓空氣[2]，在儲(chǔ)氣罐里析出水分，即可使充氣氣體的濕度降到大氣濕度的十分之一，這種方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，比采用普通干燥劑的效果要好，而且不用定期烘干干燥劑。提高壓力，有利于降低濕度。當(dāng)壓縮機(jī)壓力大于20個(gè)大氣壓時(shí)，其除濕效果不亞于昂貴的美國(guó)進(jìn)口專(zhuān)用饋管充氣機(jī)ANDREW MT300，而且出氣量大，噪聲低。

4 小結(jié)

由于本系統(tǒng)穩(wěn)定性好，安全可靠，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于廣播電視、微波及無(wú)線通信等天線充氣系統(tǒng)。只要定時(shí)記錄充氣數(shù)據(jù)，即可準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)天饋系統(tǒng)的漏氣情況，防微杜漸，確保安全播出。

[1]李長(zhǎng)林.AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]李明馨.普通化學(xué)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1986.