新一代多普勒天气雷达远程控制器

2013-12-07林忠南张伟红陈荣华

浙江气象 2013年1期

林忠南张伟红徐才陈荣华

(舟山市气象局，浙江舟山316021)

0 引言

次，多的达到4～5次。这些小故障经常只需手动重启RDASC计算机，或伺服计算机、伺服总电源就可以解决。为此，舟山站自行研制了远程控制器，实现了RDASC计算机、伺服计算机、伺服总电源等的远程控制，一些相关的停机故障无须上雷达站就能解决，使CINRAD达到了无人值守的要求。

1 控制器结构原理

1.1 控制器原理框图(图1)

控制器主要由隔离器、锁存器、缓冲器、驱动器、继电器或电子开关组成。

图1 控制器原理框图

新一代多普勒天气雷达(CINRAD)是一种具有全遥控功能的雷达，理论上可以实现无人值守。但强大的功能不可避免的使雷达软硬件都更加的复杂化，从而导致雷达的稳定性、可靠性难以达到无人值守的要求。特别是CINRAD至今仍存在一些经常反复发生的小故障，更是给实现无人值守带来极大的障碍。

经过统计，我们发现绝大多数的CINRAD停机故障都是一些小故障，主要发生在RDASC计算机通讯和伺服控制部分，最常发生的是“天线座I/O错”，舟山市气象雷达站每月都有2～3

1.2 控制器方案

控制器功能简单，对响应速度也没有很高的要求，但考虑到天气雷达的重要性，控制器必须非常稳定可靠，因此我们排除了相对较为复杂的采用单片机的制作方法，直接采用计算机作为通讯和控制软件的工作平台。

在近距离、低速通讯和控制接口数量少的情况下，并口通讯比串口通讯、USB通讯更为简洁可靠，不需要昂贵的专用设备就可以开发制作，控制软件也相对简单。因此选择计算机的并口作为控制器的通讯接口。而且空出来的两个串口还可以用于CINRAD测试时的“天控模拟”和“DAU模拟”，一举两得。

1.3 控制器组成

1.3.1 接口隔离

由于计算机并口约有20 mA的输出电流(数据口、控制口接TLP521光耦后，实测输出电流约11 mA)，状态口输入端内有上拉电阻，因此可以直接在并口的输入、输出端口串接光耦，无须再在光耦与并口间外加电源，使计算机与控制器后续部分达到了完全的隔离，提高了控制器的抗干扰能力和安全性。

不同的计算机并口的输出电流可能会有所不同，为保证光耦的正常工作，可调整输出端口与光耦间的限流电阻，把电流控制在一定范围。对于TLP521系列光耦，可控制在5～10 mA，即保证工作，又可延长工作寿命。

1.3.2 数据接口

计算机并口在EPP模式下，其端口可分为8路双向数据口(第2—9脚)、4路控制输出口(第1，14，16，17 脚)、5 路状态读入口(第 15，13，12，10，11脚)，第18—25脚为公共接地端(如表1)。控制器用了其中的16路，即8路双向数据口、4路控制输出口、4路状态读入口。

表1 EPP模式并口针脚定义

用并口的8路数据端口输出雷达设备控制信号，可以同时控制八路电源或按键信号，足够CINRAD的控制要求。如果有更多的控制需求，则可以复用并口的8路数据端口。

用并口的4路控制端口输出3位的锁存控制编码信号和一位的译码器使能信号，通过3～8译码器控制锁存器和缓冲器，输出、读入雷达设备控制信号。与直接控制相比，用编码方式不但提高了控制器的抗干扰性，而且使控制器具有很大的扩展性。如果不考虑控制命令的验证，可以输出64路的控制信号。

用并口的4路状态输入端口读入当前雷达设备控制信号状态。状态读入采用时分复用方式，通过控制缓冲器的选通，分两次读入8位的当前雷达设备控制信号状态，并与输出控制命令作比较，监测控制器是否工作正常。进一步提高了控制器的可靠性。

1.3.3 其它主要器件

放大驱动采用达林顿管驱动器uln2803，包含8个NPN达林顿管，高耐压，输出电流达500 mA，可直接驱动小型继电器。与晶体管相比，大大简化了电路，降低了故障率。

继电器采用负载为交流220 V－10 A、控制电压为5或12 V的小型通用功率继电器。如果控制信号是小电流直流信号，比如按键信号，则可换用电子开关，以改善输出控制信号的波形和响应速度。

伺服总电源是大电流的三相电源，因此在继电器后再加一个三相交流接触器。

在各继电器和交流接触器上并联手动开关，使得在雷达不停机情况下，就可以随时把控制器从雷达系统中脱离，进行维护检查，保证了气象探测的连续性。

手动开关和交流接触器电压高、电流大，而且体形较大，因此安装在专用的配电箱内，进一步提高了设备的安全性和可操作性。

1.4 控制器外部连接框图(图2)

位于雷达站的控制器一端连接需控制的雷达设备电源或按键信号，另一端连接专用的计算机。山下遥控计算机只要通过遥控软件，控制的专用计算机，就可以对与其相连的控制器进行操作，从而控制相关的雷达设备。

图2 控制器外部连接框图

2 控制器相关软件

2.1 遥控程序

遥控程序可随意选择流行的成熟产品，但由于遥控程序是复用从CINRAD的RPG计算机和RDASC计算机之间的通讯线路，必须保证不能影响正常的雷达数据传送，因此遥控程序应该选择占用带宽少的。舟山站采用的是PCANYWHERE10，这款产品数据量小、CPU占用率低、操作简洁、功能丰富，经实际检测，可同时应用于RDASC计算机的远程控制。

2.2 控制程序

2.2.1 并口操作

控制程序工作前需要确认计算机BIOS中的并口设置，并口通常可以选择使用3BCh，378h和278h这3个基地址，工作模式可选EPP模式或EPP+ECP模式。基地址对应并口的数据寄存器，基地址+1对应并口的状态寄存器，基地址+2对应并口的控制寄存器。控制程序就是通过虚拟驱动程序读写这3个寄存器，与控制器进行通讯，控制继电器动作，从而控制相应的雷达设备。

2.2.2 虚拟驱动程序

虚拟驱动程序可选用WINIO，WINIO是一个全免费的、无需注册的、含源程序的端口操作驱动程序组件。它能在VB，DELPHI，VC等其它环境下使用，性能特别优异。

2.2.3 控制程序界面如图3。