馈线自动切换监测系统设计与应用

周步新，蔡成炜

（苏州工业职业技术学院 电子系，江苏 苏州 215104）

微控制理论被广泛应用于各行各业。笔者基于微控制理论，就电视发射台智能化监控里的天线自动切换监测系统中的一个部分加以设计。文献[1]介绍了电机驱动理论，文献[2]提供了单相电容运转可逆电机原理以及接线方法，文献[3]给出了单片机的工作原理、硬件接线方法以及有价值的程序参考，文献[4]提供了幅度采集模块的原理以及接线方法。该设计依托于上述基础理论完成。

1 功能描述

天线自动切换监测系统功能分为自检、控制、结束3个阶段。系统启动后进入自检阶段，默认状态是1号发射机就位，如果自检发现系统本身出现故障，则通过MCU（微处理器）反馈给上位机，由上位机发出警报，其他事件挂起；若自检通过，则进入默认的1号发射机就位状态，如果1号发射机出现故障停止播出，则反馈给上位机由上位机给下位机发出控制指令让下位机执行切换作，并将工作状态反馈给上位机，如图1所示。

2 系统部分电路以及工作原理

天线自动切换监测系统主要包含中央控制单元、幅度采集模块、电机执行机构以及硬件驱动模块，由这些模块一起协同工作完成发射机的馈管自动切换，以及将切换的状态实时和系统自身的状态实时反馈给上位机，由上位机判断并发出操作指令。

2.1 中央控制单元

系统采用ATMEL公司51系列的单片机AT89C51做主控器，负责控制步进电机切换动作，以及将切换状态、自我检测状态向上位机发出信号。自我检测功能是通过多路电视调谐器输出幅度经过限幅电路进入比较器比较，幅度不为“0”时从比较器输出为低电平，幅度为“0”输出高电平。MCU检测端口P，一旦发现此端口为高电平，则MCU向上位机发出警报信息，向上位机报告天线自动切换监测系统本身出现故障。

2.2 幅度采集模块

幅度采集模块采用安徽的MD740多路电视调谐器。其采用专用模块设计制造，PLL（锁相环）电控数字调谐，接收频道稳定，性能可靠，操作简单方便，调谐器关机状态具备记忆功能，可接收全频道电视节目（包含增补频道），外形尺寸为1 U标准机箱，结构紧凑，非常适用于需要接收多路电视信号的场合，如图2所示。

2.3 电机的选择与设置

电机选择上海明珠提供的单相电容运转可逆电机成品，如图3所示。此产品对外提供了A，B，C，D共4个输出口用于连接发射机及馈管，其中A，C两口之间相通；B，D两口之间相通，按一下点动开关后，A，D两口之间相通，B，C两口之间相通，可以转动上方的转盘转至自己需要的通路，也可以通过电动开关选择各自需要的通路或者通过通信协议远程控制电机4组继电器刀2组通和2组断（如图4所示），实现自己需要的通路。

2.4 驱动电路

天线自动切换监测系统由于上位机与单片机的电平不平衡性和单片机低电平不能为4组继电器提供足够的驱动能力，因此需要用到两个电路，一个在上位机到单片机之间的电平转换接一个MAX232模块[6]，单片机驱动单相电容运转可逆电机继电器需要接一个达林顿管阵ULN2003A为4组继电器刀提供驱动[7]，这里用的成品的集成模块增强了持续工作的稳定性。

3 软件系统

天线自动切换监测系统的软件关键有两部分：一部分对单相电容运转可逆电机的通断编程设置，即通过串行口与驱动相连，驱动与单片机相连接，单片机受控信号与上位机相连接，实现单片机对电机的控制；一部分对自身电机是否动作作出判断，如果没有动作则向上位机发出报警信号，由上位机显示故障信号。单相电容运转可逆电机的工作原理是实现4组继电器刀的通断，所以先需要对4组继电器刀编码，如表1所示。

表1 单相电容运转可逆电机4组继电器刀编码表

上位机发出控制信号到单片机，由单片机转换为并行控制通过驱动器驱动每一组继电器，实现馈管的切换。当由上位机发出控制信号为“F0”时，则AC，BD导通；发出“0F”时，则AD，BC导通，具体的通信协议约定为：串行接口参数，码率9600 bit/s，无奇偶校验，8位数据，1位停止位。（aaH）+命令+地址码+数据1～5+异或值校验+字尾（bbH）共11个字节，命令=11H，查询状态，命令=22H，倒天线。地址码：1～6，代表某台天线倒换器，异或值＝除字头外的前8个字节异或值。主程序流程见图5。

4 结论

该设计依托现有硬件，应用微控制理论，不但能够主动侦测发射机故障而且可以检测系统本身的故障。系统故障分为两类，一类是发射机故障，一类是系统本身故障。发射机故障则利用同轴开关进行切换动作，实现发射机馈线自动切换功能，而系统故障则发出报警信号传回上位机，完成自我检测功能。实践证明，其工作稳定可靠，而且成本低廉，满足发射机自动切换的要求[5－6]。

[1]张爱成，党瑞鹏，赵京广.电流法在天线传动系统故障及跟踪性能分析中的应用[J].电讯技术，2011，51（2）：90－93.

[2]上海明珠广播电视科技有限公司同轴开关技术说明书[EB/OL].[2011－12－15].http://www.smzbtv.com/index.

[3]徐玮等.C51单片机高效入门[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]朱海霞.发射机智能控制系统设计[J].电视技术，2009，33（12）：81－84.

[5]刘焕平.MCS51单片机与RS－232C串行口连接[J].石家庄职业技术学院学报，2002（2）：27－28.

[6]ULN2003A datasheet[EB/OL].[2011－12－15].http：//www.docin.com/p－261536757.html.