AWA DVOR/DME设备远程监视系统的设计

黄鸿生

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.139

摘 要：AWA DVOR/DME設备是航路中常用的近程导航设备，主要为飞机提供方向和距离信息。它的正常工作、可靠运行与否，直接关系到飞行的安全。本文所介绍的AWA DVOR/DME设备远程监视系统以单片机为控制核心，自动采集AWA DVOR/DME设备运行状态信息，通过GSM短信方式传输到预设手机中，及时准确反馈AWA DVOR/DME设备的运行状态，帮助技术人员及时发现故障，变被动为主动，确保所有的导航设施正常运转。

关键词：AWA DVOR/DME 单片机 信号采集 短信

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0139-03

AWA DVOR/DME导航设备为航路飞机提供方向和距离信息，航路上的导航设备大部分建在航站或边远地区，由航站机场技术人员或当地人员代维。由于各种原因，外站设备维护力度有待进一步加强。基于单片机和GSM短信技术的应用，系统使异地的值班固定手机变成被监视的DVOR/DME设备的报警接收器。外站的DVOR/DME设备一旦发生异常，系统就会及时给预设的值班固定手机发出报警短信，也可以软件设置每日定时查询，发送DVOR/DME设备的当前运行状态。这有助于提高外站DVOR/DME设备的安全系数，使值班员第一时间掌握外站设备的运行状态，收到异常短信，及时组织技术人员赶赴现场处理突发事件，有效降低潜在的安全风险。

1 系统硬件设计

系统采用STC12C5A60S2单片机（简称STC12单片机，下同）作为中央微处理器，由信号采集模块、外部中断扩展模块、显示模块、短信控制模块以及晶振电路、复位电路等构成一个单片机控制系统。STC12单片机芯片指令速度为1T，采用11.0592MHz频率。STC12单片机有两个UART全双工串行通信接口：COM1（RxD/P3.0、TxD/P3.1）和COM2（RxD/P1.2、TxD/P1.3），使用MAX3232芯片作为电平转换芯片。系统使用DC5V1A开关电源供电，电源要求稳定可靠，电源容量偏小或电源波纹过大，会使系统工作不稳定。硬件结构图如图1所示。

1.1 设备状态信息的分析

AWA DVOR的状态信息是开关量，由DVOR CTL模块的组件输出一个高电平驱动继电器动作，使24V电压导通，驱动相应的LED灯点亮，表明对应的事件发生。DVOR的状态信号有7个：（1）DVOR 1号机开 灭（亮）；（2）DVOR 2号机开 亮（灭）；（3）DVOR正常 亮（灭）；（4）DVOR换机 灭（亮）；（5）DVOR关闭 灭（亮）；（6）DVOR电池充电正常 亮（灭）；（7）DVOR AC正常 亮（灭）。

对DVOR的7个状态信息进行采集，转换为TTL电平。前3个是读取状态信息，后4个是中断源。DVOR电池充电正常与DVOR AC正常经过反相器后作为中断源接入8259A。

AWA DME的状态信息是高电平有效，导通三极管，推动后级驱动电路电亮发光二极管，表征对应状态。DME的7个状态信息是：（1）DME 1号机开启 亮（灭）；（2）DME 2号机开启 灭（亮）；（3）DME 设备工作正常 亮（灭）；（4）DME 转机 灭（亮）；（5）DME 关机 灭（亮）；（6）DME 电池充电正常 亮（灭）；（7）DME AC正常 亮（灭）。

对DME的7个状态信息进行采集，转换为TTL电平。前3个是读取状态信息，后4个是中断源。DME电池充电正常与DME AC正常经过反相器后作为中断源接入8259A。

信息采集部分共有6个读取信息，8个中断信号。采集的状态信息全部加有光-电偶合隔离，这样可以将大部分外界干扰信号隔绝在STC12单片机之外，使系统在干扰严重的现场环境下稳定可靠地工作，同时也可以避免对原有DVOR/DME设备产生影响。

1.2 信息采集

在实时性要求较高的系统中，采用中断方式更快捷高效。但是STC12单片机可用作不同用途的外部中断源只有两个（和），需要使用可编程中断控制器8259A扩展外部中断，8259A具有扩展和管理外部中断的功能，能够管理8个外部中断，8259A选用全嵌套方式，即中断的优先级顺序依照IR0～IR7逐级降低，采取上升沿或高电平触发方式，实时响应外部8个中断请求。8259A的A0接在单片机的P2.7，用于对芯片内部的两组可编程寄存器进行选择。INT信号经反向后连接到单片机的，以满足单片机对外部中断申请触发方式的要求。由于STC12单片机没有专门的中断响应信号，应用时要求人为产生一个8259A的中断响应信号。信号经反向和INT信号经过一个与非电路后获得8259A所需要的信号。通过软件读操作产生8259A的信号。DVOR设备的4个中断源和DME设备的4个中断源接在8259A的8个外部中断IR0～IR7上。DVOR设备的3个读取信息和DME设备的3个读取信息接在STC12单片机的P2口的前6位，由STC12单片机直接读取，获得状态信息。

1.3 短信控制模块

系统采用西门子公司生产的TC35i短信控制模块，该模块性价比较高，并且已经获得国内无线电入网许可证。TC35i的频段为双频（GSM900/1800MHz），支持数据、语音、短信和传真。该模块集射频电路和基带于一体，提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短信和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便使用者开发和设计应用。STC12单片机通过COM1（RxD/P3.0、TxD/P3.1）串行接口与TC35i模块通信，TC35i模块将单片机采集到的信息通过GSM（Global System for Mobile Communication）无线网络发射出去，经过GSM短信服务中心转发到预先设定的固定手机中。endprint

TC35i模块接口参数是8位数据位和1位停止位，无奇偶校验位，波特率在1200～115kBit/s之间可选。STC12单片机执行AT指令实现对TC35i模块的各种操作。

1.4 显示模块

显示模块采用TC12864A模块，TC12864A模块是一个带有中文字库的128×64点阵LCD显示屏，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库，内置8192个16×16点阵汉字和128个16×8点阵ASCII字符集。TC12864A模块具有简单、方便的操作指令，可以控制显示点阵图形和中英文字符，芯片PSB引脚是串行控制与并行控制选择位，当为高电平时是并行控制方式，当为低电平时为串行控制方式，为了节省引腳，本系统采用2线串行控制方式，能够满足字符显示的要求。

2 系统软件设计

系统的软件包括主程序和子程序两部分，主程序主要完成系统对各个硬件的初始化工作，子程序主要完成各个模块与STC12单片机之间进行交互并实现各个模块的功能。STC12单片机执行初始化程序，设定P0、P1、P2、P3、P4五个I/O口的工作状态，对8259A芯片和TC35i模块进行初始化，设置8259A芯片工作在上升沿触发方式，设置TC35i模块的SIM卡的卡号、短信服务中心的号码等参数。TC35i模块发送和接收控制模式采取PDU（Protocol Data Unit）模式，使用UCS2编码发送Unicode字符。STC12单片机按照中断向量表响应不同的中断请求，及时准确发送反映设备运行状态信息的短信。软件设计流程图如图2所示。

TC35i模块从性能上不仅可以发送短信，而且也可以接收短信。单片机对接收的短信进行解析，执行其中的命令，针对不同的命令做出不同的响应。但是，该系统只设计了发送短信子程序，将采集的DVOR/DME设备运行状态信息，以短信形式发送出去；没有设计接收短信子程序。使用该系统不会对DVOR/DME设备的运行造成任何负面影响。

在DVOR短信中，假设发生DVOR换机中断请求，STC12单片机读取DVOR 1号机开、DVOR 2号机开、DVOR正常三个状态信息，与之前存储的状态信息对比，有两种现象出现，首先是：如果1号机倒换为2号机，而且DVOR正常为高电平，发出短信：XXXX台DVOR 1号机自动倒换为2号机，DVOR工作正常；如果1号机倒换为2号机，而且DVOR正常为低电平，发出短信：XXXX台DVOR 1号机自动倒换为2号机，DVOR工作异常。其次是：如果2号机倒换为1号机，而且DVOR正常为高电平，发出短信：XXXX台DVOR2号机自动倒换为1号机，DVOR工作正常；如果2号机倒换为1号机，而且DVOR正常为低电平，发出短信：XXXX台DVOR 2号机自动倒换为1号机，DVOR工作异常。

同理，如果DVOR关闭中断产生，发出短信：XXXX台DVOR关机。如果DVOR电池充电正常中断产生，发出短信：XXXX台DVOR电池充电异常。如果DVOR AC正常中断产生，发出短信：XXXX台DVOR交流供电异常。

DME短信的内容与DVOR的短信类似，不再重复说明。

3 结语

AWA DVOR/DME设备远程监视系统为技术人员提供了一个远程监控AWA DVOR/DME设备的平台，对于覆盖面广、监视点分散、无专业人员值守、传输数据量有限又必须监视的外站关键设备而言，该系统制作成本低、维护量小、信息传递准确，从而节约了大量的人力、财力。将该系统应用于外站关键设备运行状态监视领域中，提高了设备运行安全系数和工作效率，具有广泛的应用前景，做到了防患于未然，保证了飞行安全。

参考文献

[1] 郑连兴，倪育德.DVOR VRB-51D多普勒全向信标[M].北京：中国民航出版社，1997.

[2] 倪育德，杜文一.DME LDB-101测距仪[M].北京：中国民航出版社，1996.

[3] 戚鸣戈.AWA DVOR/DME设备远程监控软件系统的设计与实施[D].电子科技大学，2011.

[4] 张云帆.DVOR4000故障两例分析[J].空中交通，2015（1）：55-57.endprint