广播电视天馈自动充气测控系统

梁达先

（广东省信宜732台，广东 信宜 525300）

1 引言

广播电视天馈线系统在广播电视的发射工作中占据着非常重要的一环。尤其地处高山的转播台，自然环境恶劣，气候变化无常，终年湿度高，昼夜温差大，完全暴露在自然环境中，铁塔上的天馈系统更是发射与维护工作的难点。一旦入水腐蚀，将使天线指标恶化，严重时将引起打火烧毁天线，造成灾难性的事故。广东省五大高山骨干转播台几年前更换了电视和调频充气天馈系统，而该充气控制器最大的缺陷在于无法发现馈管的早期漏气，对于某一馈管的压力异常，无法判断是充气控制的不稳定还是馈管的漏气所造成，只有在漏气现象十分严重时才能发现。这对高山发射台的播出和维护是很大的隐患。

笔者介绍的天馈自动充气测控系统采用单片微型计算机进行处理控制，自动监测4路馈管的各路充气压力：控制相应的充气电磁阀，使4路馈管的充气压力自动保持在各自的预定范围；可方便准确地设定某一馈管的充气压力，自动计算每一路每次的充气时间间隔，保存每路最后10个充气时间间隔数据；4路馈管的充气压力及充气间隔时间由液晶显示屏分别显示，由充气时间间隔数据的改变可准确知道馈管漏气情况；当充气间隔小于最后设定范围，可减少充气机的频繁工作，延长充气机的使用寿命；当某一馈管压力异常并超过设定的最高或最低限值时，发出报警；自动检测储气罐的压力并控制充气机的工作，使储气罐的压力保持在预设的范围。

2 系统组成

本系统的组成如图1所示。系统控制器采用ATMEL公司的AVR系列单片机[1]ATmega16作为主控芯片MCU。片内有16 kbyte的Flash，有足够的程序存储空间，1 kbyte的SDRAM，3个数据指针，512 kbyte的E2PROM，有足够的数据空间和掉电数据保存能力。内置8通道10位A/D转换器，可为4路馈管及储气压力作数据采集。具有上电复位电路和看门狗定时器等，使电路简洁且工作稳定可靠。

采用美国DALLAS公司的高性能、低功耗DS1302时钟芯片，可独立产生“年月日时分秒”的实时时钟，仅需主控芯片MCU按一定的时间间隔读入日期和时间数据。31×8的RAM寄存器，能实现数据与出现数据的时间同时记录。

采用液晶显示模块RT12864-S作为数据和状态显示。显示模块自带汉字库且支持串行通信，有较大的显示信息量。内部专用的控制芯片将屏幕上的液晶点驱动，只须按要求送入指令和数据即可显示。LCD显示屏上的显示数据在不写入时依然存在，只有在需要更新显示时写入更新的数据。这样为主控芯片节省大量的时间，使程序简洁，降低编程工作量，并可大大提高主控芯片的监控运行速度和系统稳定性。

3 系统工作原理

采用单片机ATmega16作为本系统取样监测和控制处理器MCU。4路馈管充气压力和储气罐压力由相应的压力传感器获得压力取样信号，经过适当的放大后由MCU A口的PA3～PA7的5个端口作为气压模拟量输入，并由片内的A/D转换器转换为气压数字数据。4路馈管的压力数据分别送往液晶显示模块显示。5路压力数据与各自的预定值比较，当低于预设定值的低点时，由B口的PB0～PB4输出5路控制信号。分别控制4路相应的充气电磁阀对馈管进行充气，当充气压力达到预定的高点时，停止充气，使各路天馈管内的气压自动保持在预定的范围内。同样由储气罐的压力数据与预定的上下限比较，控制充气机的工作。当各压力数据超过相应的预定告警上下限时，发出声光报警，提示系统工作异常。每次充气时，自动储存各路最后2个充气时间点，计算最后充气时间点与相应的上次充气时间点，得出充气时间间隔。当前3个充气时间间隔数据的平均值与当前充气时间间隔之差大于设定值时，发出报警，表示该馈管有漏气加大现象。应立即对该天馈进行检修，及时排除漏气故障，避免天馈系统进水而烧毁的重大事故。

实时时钟集成电路DS1302用简单的同步串行三线接口RES复位、I/O数据、SCLK串行时钟分别与MCU的PA0，PA1，PA2端口连接。时钟或RAM的读写数据以1个字节或多达31个字节的字符组方式通信。处理器MCU只需每隔一定的时间读入一次时间数据。DS1302内部有一个31×8位的用于临时存放数据的RAM寄存器，能同时记录数据与出现该数据的时间。利用这一特殊的功能可方便地存储系统4路充气的最后各2个（共8个）时间间隔点数据。DS1302的RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。允许地址/命令序列送入移位寄存器，RST为低电平时，终止数据传送，I/O引脚变为高阻态。I/O为双向串行数据输入/输出端。SCLK始终是输入端，为同步时钟。当控制指令字输入后的下一个SLCK时钟为上升沿时，数据被写入DS1302，数据从低位开始。同样在紧跟8位的控制指令字后，以下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据。其控制指令字的最高有效位必须是逻辑1，位6如果为0，表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据，位5至位1指示操作单元的地址，最低有效位如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作。

MCU处理器将采集到的馈管压力数据和时间数据及充气时间间隔数据传送到液晶显示组件RT12864-S进行显示。RT12864-S采用两线串行数据传送方式与处理器MCU连接。SCLK为同步时钟线，SID为数据线。SCLK和SID分别连接MCU的PC6和PC7端口。串行数据传送分3个字节完成。

第1字节：串口控制格式为11111ABC。A为数据传送方向控制，H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD，B为数据类型选择，H表示显示数据，L为控制命令。C固定为0。

第 2字节：（并行）8位数据的高 4位，格式为DDDD0000。

第 3字节：（并行）8位数据的低 4位，格式为DDDD0000。

RT12864-S为汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形。内置8192个中文汉字 （16×16点阵），128个字符（8×16 点阵）及 64×256 点阵显示 RAM（GDRAM）。本系统需显示“年月日时分”和4个通道的充气压力及充气时间间隔数据，如图1所示。分4行显示：第1行显示“年”和A通道的压力与充气间隔；第2行显示“月”和B通道的压力与充气间隔；第3行显示“日”和C通道的压力与充气间隔；第4行显示“时、分”和D通道的压力与充气间隔。压力数据的显示范围为0～999（默认充气压力范围为 0.15～0.18 kg/cm2），时间间隔的显示范围为 00：00～99：59，数据的显示只需随秒的冒号变化每秒刷新2次即可。

为了使干燥的空气充入天线馈管内，最简单和有效的方法是对空气进行加压，析出水分后获得较干燥的高压气体经降压后充入馈管。本系统采用10个大气压左右的空气压缩机获得高压空气[2]，在储气罐里析出水分，即可使充气气体的湿度降到大气湿度的十分之一，这种方法经济实用，比采用普通干燥剂的效果要好，而且不用定期烘干干燥剂。提高压力，有利于降低湿度。当压缩机压力大于20个大气压时，其除湿效果不亚于昂贵的美国进口专用馈管充气机ANDREW MT300，而且出气量大，噪声低。

4 小结

由于本系统稳定性好，安全可靠，使用维护简单，可广泛应用于广播电视、微波及无线通信等天线充气系统。只要定时记录充气数据，即可准确、及时地发现天馈系统的漏气情况，防微杜渐，确保安全播出。

[1]李长林.AVR单片机应用设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]李明馨.普通化学[M].北京：中央广播电视大学出版社，1986.