中波发射机状态显示屏的设计与实现

2022-07-14刘珠明

电视技术 2022年6期

刘珠明

（福建省广播电视传输发射中心一零三台，福建福州 350001）

0 引言

为实现中波发射机“三满”播出要求，发射机必须以发射天线作为负载才能有效地对外辐射能量[1]。为满足维护需求，每部发射机均装有假负载，并配有同轴切换开关，实现发射机负载的切换，但该状态量的指示在发射机前不容易直观地分辨。目前，大多数中波发射台站均承担着多个频率、多部机器的播出任务，且已配备软硬件高度融合的自动化监控系统。虽然远程监控界面有报警提示音，还有醒目的弹窗告警，但是一旦其中一部发射机未开机或者发生故障倒机，即使值班员赶到发射机房，仍很难快速、准确地判别是哪个频率的哪部发射机发生了故障。因此，在发射台已配备自动化监控系统的基础上，为了实现多机多频率发射机状态的直观显示，需要嵌入LED 状态显示屏。采用LED 滚动屏的形式，可以直观地判别发射机的开机、关机、故障状态以及天线、假负载的在位状态，为值班员争取宝贵的应急操作时间。

1 总体框架设计

自动化监控系统采用的是上、下位机远程通信模式。下位机主要完成数据的采集和硬件处理，也称为采集器[2]。上位机完成用户交互界面的搭建，进而实现远程监测和控制功能。主用和备用发射机各配有一套采集器，每套采集器配有2 个通信口。主发射机的采集器通过串口1 与上位机进行RS-422 通信，主发射机与备发射机进行RS-422 通信，主发射机采集器串口1 的RS-422 通信口有5个输出引脚，分别为422_RXD+、422_RXD-、422_TXD+、422_RXD-及地线，通过RS-422 通信线与转换管理器相连，串口转化为网口后与交换机相连。主机采集器串口2 直接与备机采集器的串口1相连，灵活实现双机通信与控制。LED 状态显示屏利用主发射机采集器的串口1 进行通信。通过采集器原有的串口读取数据，并根据既定格式的数据包协议解析数据帧中相关的状态量信息。在软件设计上，通过协议帧格式进行相应状态位的匹配和读取。读取的状态量信息通过LED 状态显示屏直观显示[3]。

本装置只采集并显示天线在位和播出状态信息，并没有对采集器反馈状态信息，LED 控制主板实时接收主采集器上传的数据并进行发射机状态判断。当发射机状态发生变化，LED 控制主板给LED 驱动显示屏发送相应指令使LED 显示发射机当前状态，所以在硬件连接上，主采集器的COM1口只连接发送通信线，即422_TXD+、422_TXD-、地线。LED 控制主板的422_RXD+、422_RXD-、地线对应接主采集器COM1 口的422_TXD+、422_TXD-、地线，COM1 口分别并两对接收通信线用于主发射机和备用发射机相关状态量的接收，并通过传输通信协议和接口转换实现LED 显示屏的状态量信息显示。本驱动电路设计为RS-485 输出，LED 显示屏采用半成品通用模块，通信接口为RS-232，需通过RS-485 转RS-232 接口来实现状态信息的发送和显示。系统结构如图1 所示。

图1 系统结构图

2 设计分析及实现

2.1 单片机的选型及电路设计

本装置选用的单片机为基于51 指令集的嵌入式芯片C8051F340，与原监控系统的采集器主控电路采用同一系列单片机，其指令集和51 系列单片机兼容，速度快、功能多，其引脚功能和外围扩展电路如图2 所示。该芯片是带有64 kB Flash 存储器的8 位微处理器，内含256 Byte 的片内RAM 和16 个中断源，每个中断源有两个优先级，并且具有全速的在线式系统调试接口[4]，具有看门狗定时器功能和5 个捕捉/比较模块。40 个I/O 端口的电压均为5 V，是可以独立运行的片上微处理器系统[5]。该系统集RAM、Flash、串行、I/O 和A/D 转换为一体，只需配置少量的扩展模块，就可以完成状态显示屏驱动电路的设计，在一定程度上节省了硬件资源消耗，也使得电路设计更加简洁。该装置扩展模块只包括静态数据存储器、具有读写功能的存储器芯片以及通信接口模块。

图2 单片机引脚功能和接线

该系列微控制单元（Micro Control Unit，MCU）端口多，可同时提供满足功能需求的地址和数据总线，不需要外扩地址锁存器，片外直接扩展静态数据存储器。该装置所使用的静态数据存储器为61LV256，该静态数据存储器总共采用15根地址线，地址范围为0000H—7FFFH。单片机的RD（P1.6）脚作为存储器的读允许信号线，WR（P1.7）脚作为存储器的写允许信号线，接入静态数据存储器的读选通和写选通信号。10 脚VDD 输入输出脚为2.7～3.6V的电压输入，3.3V稳压输出。11 脚REGIN 为片内稳压器的5 V 电源输入。12 脚VBUS接地表示无外接USB。13 脚RST/C2CK 为内部上电复位，和VDD 监视器的漏级开路输出，该脚输出通过跳线复位X5043 读写芯片，复位写入数据。14脚表示调试接口的双向数据信号，通过硬件电路跳线，选择调试模式和运行模式。P0.0～P0.3 的数据I/O 口与读写芯片进行双向数据通信，RS-422 口读取到的采集信息通过双向通信写入X5043。RXD，TXD 通过收发器75176 将I/O 口输入输出的TTL电平转化为适用于多点总线传输的双向数据通信集成电路。该电路采用平衡传输设计，符合EIARS-422 规范。该422 接口与发射机采集器相连，负责接收发射机状态信号。Ttx、Trx 采用单片的75176 电路即半双工通信方式，输出RS-485 接口，负责向LED 显示屏发送命令[6]。

2.2 软件设计

本装置串口的通信协议与发射机采集器的串口通信协议采用相同的协议帧格式[7]。通信协议数据帧格式如表1 所示。TS 系列PDM 中波发射机的模拟量区占用16 字节，状态量区占用1 字节。

表1 通信协议数据帧格式

显示屏串口所要匹配和读取的相应状态位的字长和位置等信息如表2 所示。故障状态由采集器烧录程序对发射机功率进行判定。

表2 显示屏状态量数据帧格式

本装置主要调用了以下函数：

程序流程如图3 所示。函数Com_Rev_ proc 主要完成发射机状态的接收及判断，根据主采集器上传数据的通信协议实时判断发射机各个状态所对应的字段位，当相应字段位的值发生变化（0 跳变为1或1 跳变为0），说明发射机的播出状态或者天线在位状态有新的变化，此时LED 控制主板给LED 驱动显示屏发送相应指令，使LED 显示发射机当前状态。发射机的6 种工作状态分别是播音（天线）、开机（假负载）、待播（天线）、待机（假负载）、故障（天线）以及故障（假负载），故障状态的LED 显示屏呈闪烁指示[5]。

图3 执行程序流程图

主函数调用LED 控制程序，向LED 显示屏发送状态改变的命令。发射机的每种工作状态均有16 条命令，根据LED 显示屏自身的协议，命令中包含字体显示的大小、位置等相关信息，每条命令延时60 ms，当命令没有完全发送完成而发射机的状态又发生改变，则写入读写芯片的命令将逐条显示发射机的工作状态信息[8]。