周鵬欒寶寬 茹東生

1.中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266000；

2.海軍航空工程學(xué)院青島分院，青島 266041

機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周鵬1.2欒寶寬2茹東生2

1.中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266000；

2.海軍航空工程學(xué)院青島分院，青島 266041

本文在綜合分析機(jī)場(chǎng)常規(guī)導(dǎo)航設(shè)備信號(hào)體制的基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)場(chǎng)孚航設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)需求，介紹一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)采集等技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成的導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

導(dǎo)航設(shè)備；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

隨著航空導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)航設(shè)備生產(chǎn)制造廠不斷推出新技術(shù)產(chǎn)品，機(jī)場(chǎng)也逐漸引進(jìn)新設(shè)備，各類導(dǎo)航設(shè)備工作狀態(tài)、故障檢測(cè)自動(dòng)化程度不統(tǒng)一，這就對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)力量提出了更高的要求，所需配置的儀表也要相應(yīng)的增加。集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、有線／無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能數(shù)據(jù)采集等技術(shù)于一體的機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備主要性能監(jiān)控，系統(tǒng)反映各導(dǎo)設(shè)備的“動(dòng)態(tài)”情況，確保導(dǎo)航工作的迅速、準(zhǔn)確、可靠，大大提高導(dǎo)航設(shè)備的飛行安全保障能力。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)是由設(shè)備監(jiān)控單元、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心組成的多層次計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.1 設(shè)備監(jiān)控單元

設(shè)備監(jiān)控單元與導(dǎo)航設(shè)備放置在一起，通過(guò)通信線路與機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心相連接，對(duì)采集的導(dǎo)航設(shè)備參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理，之后傳送機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心，接收機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心的控制、測(cè)量指令，與機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心相互配合完成對(duì)導(dǎo)航設(shè)備的監(jiān)控。設(shè)備監(jiān)控單元以微處理器為核心，主要由檢測(cè)單元、控制單元、調(diào)制解調(diào)器、傳輸線路及電源等部分組成。

1.2 機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心

機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心是整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的中心。為適應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)的需求，主控計(jì)算機(jī)選澤工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工控機(jī)），另外包括大顯示屏、打印機(jī)、告警裝置、UPS電源等外圍設(shè)備。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)專線方式、電話撥號(hào)方式、無(wú)線方式接收來(lái)自設(shè)備臨控單元的數(shù)據(jù)，并利用監(jiān)控軟什進(jìn)行分析處理，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)、顯示、打印等，還可根據(jù)需要傳送控制命令給設(shè)備監(jiān)控單元，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，工控計(jì)算機(jī)主動(dòng)報(bào)警，隨時(shí)提醒監(jiān)控人員對(duì)故璋進(jìn)行排查。為允分利用現(xiàn)有資源，避免重復(fù)投資，盡量采用現(xiàn)有通信線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用調(diào)制解調(diào)器作為通信接口。

2 系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

2.1.1 設(shè)備監(jiān)控單元硬件實(shí)現(xiàn)

設(shè)備監(jiān)控單元以MCS-51系列單片機(jī)89C52為核心，主要包括：主機(jī)部分、接口部分、數(shù)據(jù)傳輸部分以及電源部分。

（1）主機(jī)部分89C52單片機(jī)、6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、74LS373鎖存器、兩片擴(kuò)展I/O接口電路8255、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809及晶振、復(fù)位電路構(gòu)成。

（2）接口部分包括I／O接口電路、模擬信號(hào)輸入電路、溫度測(cè)量電路、控制電路等。

① I/O接口電路

由于數(shù)字量信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)采集板處理，可以直接與8255的A 口或B口相連。開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集與處理電路后變成TTL電平，也可以直接與8255的A口、B口或C口低4位直接相連。8255C口高4位可直接與數(shù)字信號(hào)采集板相連，進(jìn)行通信。

② 溫度測(cè)量電路

溫度測(cè)量電路的傳感器部分采用數(shù)字式溫度傳感器DSI820，它直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)、處理獲得相應(yīng)的溫度數(shù)值。測(cè)最溫度范圍在-550℃至+1250℃之間。

③ 控制電路

改備監(jiān)控單元(ESU)對(duì)被控對(duì)象采用閉環(huán)控制方式。設(shè)備控制單元接收機(jī)場(chǎng)監(jiān)控中心命令，按要求從Pl 口輸出控制信號(hào)，通過(guò)繼電器控制導(dǎo)航設(shè)備的電源控制柜，完成開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、主備機(jī)轉(zhuǎn)換或旁路監(jiān)控器，同時(shí)利用控制繼電器的一組觸點(diǎn)提供一個(gè)問(wèn)訊信號(hào)，作為控制狀態(tài)的監(jiān)視信號(hào)，提高了控制系統(tǒng)的有效性。

④ 模擬信號(hào)輸入電路

模擬信號(hào)輸入采用多路采/保電路共享A/D轉(zhuǎn)換器方式，即各通道都設(shè)置一個(gè)采/保電路。而且IN0-IN3通道的采／保電路受同一信號(hào)8255的PC4控制，TN4-TN6通道的采/保電路受同一信號(hào)8255的PC5控制，擴(kuò)展通道的采/保電路受同一信號(hào)8255的PC6控制，在控制信號(hào)控制下，接通所控制的采/保電路，采集相應(yīng)通道的模擬輸入信號(hào)并保持之，這樣可以保證必要時(shí)各通道參數(shù)在同一時(shí)刻被采樣，也可根據(jù)需要隨機(jī)進(jìn)行采樣或按通道順序進(jìn)行采樣。

（3）數(shù)據(jù)傳輸部分

該部分是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)環(huán)，它的主要組成部分就是MAX232、調(diào)制解調(diào)器和防雷電保護(hù)裝置。通訊線路以有線通訊為主，無(wú)線通訊為輔，通訊方式為異步串行通信。

MAX232是電平轉(zhuǎn)換電路，完成單片機(jī)與調(diào)制解調(diào)器之間的電平轉(zhuǎn)換，使之符合RS232標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)也通過(guò)R2S232與調(diào)制解調(diào)器相連。調(diào)制解調(diào)器從發(fā)送方串行接收數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)制，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信弓，傳送到接收方后經(jīng)過(guò)解調(diào)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。調(diào)制解調(diào)器采用FSK調(diào)制方式，在操作指令方面，以HAYES制定的AT指令集為標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心硬件實(shí)現(xiàn)

機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心主要包括主控計(jì)算機(jī)、大顯示屏、打印機(jī)、MODEM、無(wú)線數(shù)傳機(jī)、告警裝置、UPS電源等。主控計(jì)算機(jī)是檢測(cè)和控制的核心，選用工控機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要，合理配置內(nèi)存和硬盤。機(jī)場(chǎng)監(jiān)控管理中心監(jiān)控的導(dǎo)航設(shè)備較多，有的通信采用專線方式，這就要求一個(gè)導(dǎo)航臺(tái)對(duì)應(yīng)一個(gè)MODEM，MODEM與計(jì)算機(jī)的連接通過(guò)串口擴(kuò)展卡完成。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)采用模塊化結(jié)構(gòu)。該單元系統(tǒng)軟主要有主程序、2個(gè)中斷服務(wù)程序和其他子程序組成。

2.2.1 主程序

主程序主要完成對(duì)系統(tǒng)的初始化、讀取本站地址、溫度測(cè)量、對(duì)被控沒(méi)備進(jìn)行巡檢等。

系統(tǒng)加電后，89C52、8255等自動(dòng)上電復(fù)位，從0000H開(kāi)始執(zhí)行主程序。初始化程序包括以下主要部分：

（1）設(shè)置串行口控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON的波特率選擇位SMOD，發(fā)送和接收波特率設(shè)為2400.。

（2）初始化兩片8255。

（3）開(kāi)中斷，且允許串口中斷。

初始化完成后，循環(huán)執(zhí)行測(cè)量程序。

溫濕度測(cè)量主要是利用了89C52的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，通過(guò)T0對(duì)溫度脈沖計(jì)數(shù)，從而得出溫度值。在測(cè)量出干濕溫度值后，按照氣象常用表的計(jì)算方法計(jì)算出相對(duì)濕度。

在巡檢設(shè)備程序中，對(duì)模擬量的測(cè)量充分利用了數(shù)字濾波技術(shù)和零位補(bǔ)償技術(shù)，處理過(guò)程主要包括：

對(duì)每路模擬量采集2；

對(duì)20個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序；

剔除最大和最小各5個(gè)數(shù)，其余10個(gè)取算術(shù)平均值；

對(duì)每路測(cè)量結(jié)果進(jìn)行零位補(bǔ)償；

對(duì)測(cè)量結(jié)果再進(jìn)行標(biāo)尺變換，得出實(shí)際值。

2.2.2 串行口中斷服務(wù)程序

設(shè)備監(jiān)控單元同機(jī)場(chǎng)監(jiān)控中心之間的通信采用中斷方式，這樣可提高系統(tǒng)控制、監(jiān)視的實(shí)時(shí)性。但是這樣做還存在一個(gè)問(wèn)題，那就是當(dāng)設(shè)備監(jiān)控單元正在測(cè)量時(shí)，機(jī)場(chǎng)監(jiān)控中心發(fā)來(lái)命令，這就可能出現(xiàn)回送機(jī)場(chǎng)監(jiān)控中心的測(cè)量數(shù)據(jù)不正確?？刹捎迷谥鞒绦虻牟煌恢迷O(shè)置若干個(gè)標(biāo)志位，串行中斷服務(wù)程序通過(guò)對(duì)標(biāo)志位的判斷，即可知道中斷位置。若正在測(cè)量，則回送的數(shù)據(jù)是上一次測(cè)量的結(jié)果；若剛好測(cè)完，則發(fā)回最新數(shù)據(jù)。由于兩次測(cè)量時(shí)間間隔很短，因而完全滿足系統(tǒng)的要求。

設(shè)備監(jiān)控單元發(fā)生串行口中斷后，首先進(jìn)行幀的幀頭、幀尾判斷，之后還要CRC校驗(yàn)，若接收正確，則根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作；若接收不正確，則轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤處理程序。

軟件設(shè)計(jì)還包括定時(shí)器中斷程序，主要完成看門狗功能，溫度測(cè)量子程序、巡檢設(shè)備程序、數(shù)據(jù)回送程序等。

［1］李朝青.PC機(jī)與單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2000

［2］余錫存，曹國(guó)華.單片機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.西安:北京電子科技大學(xué)出版社.2001

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.196