光耦和直流繼電器在電臺(tái)長(zhǎng)劃保護(hù)器中的嵌入設(shè)計(jì)

宋政達(dá)

摘 要：民航空中交通管制使用的地空通信系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)營(yíng)商傳輸原因造成的傳輸誤碼過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端臺(tái)站中電臺(tái)發(fā)射機(jī)設(shè)備發(fā)生短間隔持續(xù)性長(zhǎng)劃，對(duì)方圓200km半徑內(nèi)同頻的電臺(tái)接收機(jī)造成嚴(yán)重干擾，致使此區(qū)域內(nèi)的機(jī)組無(wú)法與在地面管制建立有效的通信。為了最大程度減小電臺(tái)發(fā)射機(jī)長(zhǎng)劃時(shí)對(duì)周?chē)l電臺(tái)的影響，筆者設(shè)計(jì)了一套能夠自動(dòng)識(shí)別出電臺(tái)長(zhǎng)劃并抑制電臺(tái)長(zhǎng)劃的保護(hù)裝置，在本文中，筆者詳細(xì)介紹此保護(hù)裝置硬件部分的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：Atmel；光電耦合器；繼電器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、設(shè)計(jì)背景

在電臺(tái)發(fā)生長(zhǎng)劃時(shí)，運(yùn)營(yíng)商傳輸線路誤碼過(guò)高的具體情形存在著很大的隨機(jī)性和不確定性，最終導(dǎo)致的結(jié)果就是使得電臺(tái)發(fā)射控制線持續(xù)性頻繁短時(shí)間接地，至少每分鐘30次以上。因此，識(shí)別電臺(tái)長(zhǎng)劃，只需檢測(cè)電臺(tái)發(fā)射控制線每分鐘接地的次數(shù)即可。因?yàn)樵诳罩薪煌ü苤普５牡乜胀ㄐ胚^(guò)程中，管制員發(fā)話形成的電臺(tái)發(fā)射機(jī)接地次數(shù)每分鐘是不可能超過(guò)30次的。當(dāng)識(shí)別出電臺(tái)發(fā)生長(zhǎng)劃后，只需切斷此電臺(tái)發(fā)射控制線，即可抑制電臺(tái)長(zhǎng)劃?；诖怂悸?，筆者選取了當(dāng)前應(yīng)用成熟且成本低廉的Atmel最小系統(tǒng)做為控制平臺(tái)，選取TLP521型光電耦合器作為識(shí)別電臺(tái)發(fā)射控制線接的器件，選取IN4001型直流驅(qū)動(dòng)繼電器作為切斷電臺(tái)發(fā)射控制線的器件。下面筆者詳細(xì)介紹三者的特性及硬件配合使用的方法。

二、Atmel最小系統(tǒng)控制平臺(tái)的搭建

一個(gè)Atmel最小系統(tǒng)，包含以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路及復(fù)位電路。最小系統(tǒng)能夠完成以下功能：1.手動(dòng)復(fù)位功能；2.能夠使用單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；3.具有基本的人機(jī)交互接口，可以進(jìn)行控制輸入和結(jié)果顯示；4.具有一定的可擴(kuò)展性，使單片機(jī)I/O口可以與其他電路連接。為達(dá)到上述要求，筆者選取了以下元器件組成一個(gè)Atmel最小系統(tǒng)。at89c51一片、12MHz晶振一個(gè)、30pf的瓷片電容兩個(gè)、10uf電解電容一個(gè)、10k的電阻一個(gè)、復(fù)位開(kāi)關(guān)一個(gè)。

時(shí)鐘系統(tǒng)是最小系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，程序執(zhí)行就會(huì)發(fā)生紊亂。時(shí)鐘系統(tǒng)是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，晶振兩側(cè)分別接單片機(jī)的x1和x2，晶振和瓷片電容是沒(méi)有正負(fù)的，但是兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地。復(fù)位電路的作用是給單片機(jī)提供一個(gè)一定時(shí)長(zhǎng)的低電平信號(hào)，就能使程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。通過(guò)按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，此時(shí)系統(tǒng)不能正常工作。在這里我們需要注意使用的電容是電解電容，是有正負(fù)的，如果接反了，就會(huì)發(fā)生爆炸。電解電容的大小會(huì)影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。作為核心處理器的at89c51使用的是5V直流電源。一般我們?cè)陔娫碫CC處加一個(gè)0.1uf的瓷片電容，作用是濾掉電源中的高頻雜波，使系統(tǒng)供電更穩(wěn)定。但是在這個(gè)應(yīng)用中，為了便于使用者能夠更直觀地看到每分鐘電臺(tái)發(fā)射控制線接地的次數(shù)，我們還需要添加八段數(shù)碼管作為顯示部分，再添加一些LED燈作為工作狀態(tài)的指示燈，比如正常工作時(shí)某個(gè)燈亮，長(zhǎng)劃時(shí)某個(gè)燈亮等等。

三、光電耦合器和直流驅(qū)動(dòng)繼電器在控制平臺(tái)上的嵌入

在本設(shè)計(jì)中選取的是TLP521型光電耦合器。一般來(lái)說(shuō)，光耦是用來(lái)隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號(hào)。在各種應(yīng)用中，往往有一些遠(yuǎn)距離的開(kāi)關(guān)量信號(hào)需要傳送到控制器，如果直接將這些信號(hào)接到單片機(jī)的I/O上，有以下的問(wèn)題：1.信號(hào)不匹配，輸入的信號(hào)可能是交流信號(hào)、高壓信號(hào)、按鍵等干接點(diǎn)信號(hào)；2.比較長(zhǎng)的連接線路容易引進(jìn)干擾、雷擊、感應(yīng)電等，不經(jīng)過(guò)隔離不可靠。所以需要光耦進(jìn)行隔離后再接入單片機(jī)系統(tǒng)。在當(dāng)前民航系統(tǒng)應(yīng)用的電臺(tái)上，電臺(tái)發(fā)射控制線平時(shí)處于高阻狀態(tài)，起控后處于接地狀態(tài)，其體現(xiàn)出的信號(hào)屬于干結(jié)點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器進(jìn)行隔離，一方面達(dá)到接入單片機(jī)I/O引腳的電氣匹配，另一方面也達(dá)到后端控制系統(tǒng)不會(huì)影響到電臺(tái)發(fā)射控制線的狀態(tài)。TLP521型光電耦合器在系統(tǒng)中一般有兩種接法，如圖1所示。

圖1上所列出的第一種接法，P1.0引腳如果接地，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管導(dǎo)通，右側(cè)R3電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，這個(gè)電壓足以去驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的I/O引腳。如果P1.0引腳處于高阻狀態(tài)，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通，光耦無(wú)輸出，不能驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的I/O引腳。第二種接法P1.0引腳如果接地，則光耦內(nèi)發(fā)光二極管導(dǎo)通，右側(cè)R4電阻下端就能獲得約5V的直流電壓，但輸出引腳上并無(wú)電壓，無(wú)法驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的I/O引腳。因此，在長(zhǎng)劃保護(hù)器這個(gè)系統(tǒng)里，采用第一種接法將TLP521型光電耦合器嵌入到Atmel最小系統(tǒng)中。

將直流驅(qū)動(dòng)的繼電器嵌入到Atmel最小系統(tǒng)。IN4001型直流驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電壓為+5V，在與單片機(jī)連接時(shí)，可以將繼電器供電引腳直接接在at89c51單片機(jī)I/O引腳上，引腳為高電平時(shí)，便能將公共端和常開(kāi)端吸合在一起。所以在將直流繼電器接于電臺(tái)發(fā)射控制線上時(shí)，先將發(fā)射控制線剪斷，一端接于IN4001型直流驅(qū)動(dòng)繼電器的公共端，另一端接于常閉端。當(dāng)電臺(tái)發(fā)生長(zhǎng)劃時(shí)，只需由程序控制與繼電器供電引腳相連的I/O引腳設(shè)置成邏輯“1”，便可驅(qū)動(dòng)繼電器，使公共端和常開(kāi)端吸合在一起，切斷電臺(tái)發(fā)射控制線，對(duì)周?chē)娕_(tái)的干擾就會(huì)立即消失。

結(jié)語(yǔ)

筆者按上述思路將TLP521型光電耦合器和IN4001型直流驅(qū)動(dòng)繼電器與Atmel最小系統(tǒng)整合與一起后，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)邏輯正確，運(yùn)行穩(wěn)定，完全能夠滿足空管地空通信系統(tǒng)運(yùn)行所需，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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