基于STC51单片机的中波发射系统状态显示系统设计

2018-07-10洪灿标梁建彬

数字通信世界 2018年6期

洪灿标，梁建彬

（广东省广播电视技术中心，广州 510012）

1 引言

为机房信息化建设的需要，本台对播出设备进行了全面的更新换代，机房也重新进行布局，值班人员在控制室通过监控系统就能清楚、准确、全面地了解和控制播出设备。为了配合值班人员的巡机习惯，让值班人员更直观地判断播出设备的工作状态，本台自主设计了一套基于STC51单片机的中波发射系统状态显示系统，该系统能够直观显示发射设备所处的状态，从而让值班员更加直观实时地掌握发射系统的状态，更有效地保障安全播出。

2 系统总体框架

该系统主要由信号采集模块、MCU模块、亮度调节模块、LED驱动模块、LED灯箱5个部分组成，系统的拓扑结构如图1。首先，主备机天线到位状态、主备机开机信号、假负载开启信号通过信号采集模块输入到MCU处理模块，MCU根据采集到的输入信号状态，输出相应的控制信号到LED驱动模块，控制LED灯箱相应区域亮起所需的颜色（红色/白色），从而达到直观地显示发射系统现在所处状态的目的。

图1 总系统拓扑图

3 主要硬件电路设计

3.1 信号采集模块

主/备机天线到位信号来自于同轴开关控制盒，天线到位时该信号为+5VDC，否则为0VDC；主/备机开机信号来自于发射机控制板，当发射机开机时该信号为+24VDC，否则为0VDC；假负载开启信号来自于假负载内部的一个继电器，当假负载开启时给信号为+5VDC，否则为0VDC。

由于MCU输入端所能承受的最大电压为+5VDC，而发射机开机信号为+24VDC，为了保护MCU不被该信号损坏，在发射机开机采集信号输入MCU模块前增加了IO保护模块，该模块原理图如图2所示。其中VD1为一个5VDC稳压管，R1与VD1组成了一个+5VDC稳压限流电路，很好地保护了MCU模块。

为了避免因引入采集信号到本系统而对原发射系统工作的稳定性造成影响，本系统的所有信号采集端均设置了单向光电隔离模块。采集信号先经过单向隔离模块再送到MCU处理模块，从而达到既将本系统与发射系统的隔离，又能稳定地采集到所需的信号。

图2 IO保护模块电路图

3.2 MCU模块

MCU模块采用的是当前主流的STC51单片机为核心所组成的最小系统，STC51单片机具有抗干扰能力强、内部时钟有防外部电磁辐射功能、最小系统简单、IO驱动能力强等优点，在中波台站这种具有复杂磁场的环境下也能稳定长时间工作。

该系统主要负责根据信号采集模块输送来的信号变化，控制相应IO端口的输出信号，来控制LED驱动模块的工作状态，从而控制LED灯箱的显示状态。

3.3 LED驱动模块

考虑到STC51单片机的IO口输出电压只有+5VDC，不足以直接驱动+12VDC的LED灯箱，所以必须通过添加中间驱动模块的方式来弥补这一不足。具体的电路原理图如图3。单片机IO口的输出信号作为三极管Q1开通和截止的控制信号，电阻R2和R3在这个电路中起到限流保护的作用。考虑到LED正常工作时电流为1A 左右，所以在本电路中三极管选用的是集电极能承受100V3A中功率NPN型三极管D882。

具体的工作原理：当单片机的IO口输出低电平（0VDC）时，三极管Q1截止，LED、R2与地之间的通路被Q1隔断，LED熄灭；当单片机的IO口输出高电平（+5VDC）时，三极管Q1导通，LED、三极管Q1、R2与地之间形成一条通路，LED亮起。

3.4 亮度调节模块

亮度调节模块采用的是一个以LM2965为核心所组成的DC-DC升降压模块，该模块具有电路简单、效率高、发热小、驱动能力强等的特点，电压能从1.23-30V连续可调。通过调节该模块的输出电压就可实现LED灯箱的同意调节，避免单独调节每个灯箱LED灯的亮度造成的亮度不统一，影响最终的美观效果。

图3 LED驱动模块电路图

3.5 LED灯箱

本系统所设计的LED灯箱实物见图4。每个LED灯箱都分为左右两个部分，其中左边部分显示的是机号，右边部分显示的是频道名称和频道频率信息，每个部分均内置有红色和白色两种LED灯管，不用的组合可以指示发射系统现在处于的状态。

当一部发射机处于接入天线状态时，该发射机对应灯箱的机号（左边部分）亮起红色，否则亮起白色。鉴于本台主备机采用的是一个双输入双输出同轴开关接入天线和假负载，当一台发射机接入天线时，另一台发射机就自动地接入了假负载，所以通过查看LED灯箱机号部分的颜色即可知道哪一台发射机处于接入天线状态，红色接入天线，白色接入假负载。机号（左边）部分还具有指示假负载开关状态的作用，当假负载开启时，处于接入假负载状态的发射机对应LED灯箱的机号（白灯）会频闪。

当一部发射机开启时，该发射机对应的LED灯箱频道频率信息（右边部分）亮起红色，否则亮起白色，值班员在值班室只需观察LED灯箱的频道频率信息部分的颜色即可知道每一部发射机的开关状态。

图4 LED灯箱实物图

4 软件设计

本系统软件才用模块化的设计思路，主要模块有系统初始化模块、输入信号监测模块、滤波及数据处理模块、LED驱动控制输出模块等。在主程序中，先对对应的端口进行输入/输出的初始化，然后读取输入的采集信号的状态，进行滤波及数据处理，并启动执行机构，最后在输出IO口输出相应的控制信号，控制对应LED灯的亮/灭/频闪。主程序流程图如图5所示。

图5 程序流程图

5 实验测试及实用效果

本系统首先在我台两台播出1KW实验频率的发射机进行了试运行，检验系统的实用效果及稳定性。考虑到发射机房有多台大功率的中波广播发射机，为了最大限度地防止高频大功率信号对本系统造成干扰，除了在系统主板外装有金属屏蔽罩并接地外，所有信号采集线均带有金属屏蔽网，并且采集线尽可能地短，这样进一步提升屏蔽效果。

经过在本台机房发射机的试运行，本系统已经能够准确地指示发系统所处的状态，并且运行稳定可靠，保证了中波广播的安全稳定播出。