張云帆

民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070

民航空管設(shè)備機房環(huán)境監(jiān)測方案

張云帆

民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070

本文論述了機場導(dǎo)航設(shè)備工作環(huán)境的監(jiān)控技術(shù)。利用多種傳感器與核心控制器AVR單片機AT90S8535通信，并且通過VB語言開發(fā)的上位機軟件將所測得各參數(shù)顯示在PC機，進行各參數(shù)的監(jiān)視。此設(shè)計包含信息量大，操作簡便，人機界面友好，視覺效果生動直觀。

傳感器；串口通信；軟件開發(fā)

0 引言

民航內(nèi)蒙古空管分局是華北空管局管轄面積最大的空管分局，內(nèi)蒙古地區(qū)地域廣闊，航線眾多，是飛向蒙古、俄羅斯和歐洲的重要空中交通樞紐之一。導(dǎo)航設(shè)備能否正常工作直接關(guān)系到飛機能否正常飛行。機房的溫度、濕度、電源的電壓、電流，機房漏水以及機房的門窗開關(guān)等環(huán)境因素，對導(dǎo)航設(shè)備正常工作與否起著非常大的作用。當機房情況出現(xiàn)異常，由于采集的信息全面，導(dǎo)航人員可以立即做出全面分析判斷，提高準確性，爭取了時間，使導(dǎo)航人員對設(shè)備管理由原來的被動方式轉(zhuǎn)為主動管理。

1 導(dǎo)航設(shè)備機房監(jiān)視系統(tǒng)組成

該監(jiān)視終端需要對不同工作方式的傳感器所采集到的信息進行分析和處理。如圖1所示。終端核心部件的指標參數(shù)以及可靠性直接決定了整個系統(tǒng)的性能，因此，在核心部件的選擇上，充分考慮到可靠性與價格比，根據(jù)總體設(shè)計選用ATMEL公司AVR系列的AT90S8535芯片。溫度傳感器選擇了美國MAXIM公司的一款SPI/三線串口的數(shù)字溫度傳感器DS1722，其無需外圍組件即可以完成對環(huán)境溫度的檢測。濕度傳感器選擇了瑞士Scnsirion公司推出的一款數(shù)字式芯片SHT11，提供二線數(shù)字符串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高。電壓電流采集部分選擇電子式電壓互感器和電流互感器，用來監(jiān)測機房穩(wěn)壓源電源的電壓和電流。漏水傳感器選用的是深圳市向量科技有限公司生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，它適用于機房、空調(diào)房等場所的漏水檢測。

圖1 監(jiān)視系統(tǒng)的整體框圖

系統(tǒng)工作原理：溫度、濕度傳感器發(fā)出的數(shù)字信號；電壓、電流互感器發(fā)出的模擬信號和門窗、水淹傳感器的開關(guān)信號均進行電路轉(zhuǎn)換后送到AT90S8535芯片，通過RS232接口實現(xiàn)與上位機進行串行通信，通過用VB語言專門開發(fā)的軟件在電腦屏幕上進行顯示。如果出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)就會發(fā)出告警信息。同時，充分考慮了不同系統(tǒng)擴展性的需要，采用模塊化結(jié)構(gòu)并留富余的I/O口，具有足夠的靈活性以適應(yīng)不同規(guī)模的系統(tǒng)和不同數(shù)量的監(jiān)控對象的需要，當終端需要擴展時，可以方便的擴充硬設(shè)備，而且留有供通訊的RS232接口。

2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)

2.1 系統(tǒng)下位機軟件開發(fā)

本監(jiān)控系統(tǒng)直接對機房內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)控，對實時性要求較高。軟件編制中適當?shù)牟捎昧酥袛喾绞竭M行控制，以提高監(jiān)控終端的實時響應(yīng)速度。該軟件設(shè)計遵循結(jié)構(gòu)化和模塊化的原則，將軟件劃分為若干個獨立的功能模塊，各模塊通過軟件接口連接，連接力求模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的緊湊性以及模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系的松散性，盡可能減少各功能模塊的相互影響。系統(tǒng)的程序主要包括：主程序、DS1722溫度采集與讀取程序、SHT11溫濕度采集與讀取程序、電壓電流采集子程序、門/窗開關(guān)與漏水次數(shù)讀取程序和串行通信程序。

2.2 系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)

2.2.1串行通信協(xié)議

本系統(tǒng)采取的是RS232接口實現(xiàn)串行通信，串口波特率9 600bps。該監(jiān)控系統(tǒng)由上位機與下位機組成，上下位機之間的通信不是主從式，正常情況下每一次通信均由上位機發(fā)起，但是當下位機檢測到有故障時就會主動發(fā)送報警幀到上位機。通過VB語言開發(fā)的軟件，利用電腦對該監(jiān)控終端進行調(diào)試。由于發(fā)送的數(shù)據(jù)較多且類型不同，因此該通信協(xié)議的制定十分重要。每次通訊開始計算機向單片機發(fā)送命令，單片機收到PC機命令后，先辨別命令是否正確，然后依據(jù)命令內(nèi)容作相應(yīng)處理。協(xié)議格式與內(nèi)容如下：

每幀包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無校驗位。系統(tǒng)的預(yù)設(shè)指令如下所示：

1）讀取某點溫、濕度的方式:發(fā)送0x10～0x20給系統(tǒng)后，等待系統(tǒng)返回相應(yīng)的溫度或濕度。系統(tǒng)返回溫度或濕度數(shù)據(jù)為兩個字節(jié)，前12位為整數(shù)部分，后4位為小數(shù)部分；

2）讀取電壓、電流的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x30～0x31可讀取電壓和電流值。系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)為兩個字節(jié)，前12位為整數(shù)部分，后4位為小數(shù)部分；

3）讀門、窗或地面狀態(tài)的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x40～0x42可以檢測門窗狀態(tài)或是否進水，系統(tǒng)會返回單字節(jié)狀態(tài)量0或1，狀態(tài)量的意義如0x40～0x42的定義所示；

4）讀門、窗打開次數(shù)或地面進水次數(shù)的方式:向系統(tǒng)發(fā)送0x50～0x52可以讀取讀門、窗打開次數(shù)或地面進水次數(shù)，系統(tǒng)會返回一個無符號整型數(shù)；

5）發(fā)送wait讓系統(tǒng)等待，發(fā)送resume后系統(tǒng)返回0XC0，表示可以繼續(xù)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送error1表示傳輸錯誤，系統(tǒng)會把上次發(fā)送的數(shù)據(jù)再發(fā)送一次；

6）系統(tǒng)復(fù)位后，主動發(fā)送error2代表溫度或溫濕度傳感器初始化錯誤，可能是傳感器連接錯誤或損壞。接下來傳送的一個字節(jié)數(shù)據(jù)表示產(chǎn)生錯誤的傳感器的個數(shù)。如果所有傳感器均正常，系統(tǒng)會發(fā)送0xc0；

7）向系統(tǒng)發(fā)送握手信號，系統(tǒng)會返回握手信號；

8）向系統(tǒng)發(fā)送讀取系統(tǒng)序列號的指令，系統(tǒng)返回一個兩字節(jié)的序列號；

9）向系統(tǒng)發(fā)送0xff，系統(tǒng)復(fù)位；

10）向系統(tǒng)發(fā)送其他指令，系統(tǒng)將返回0xb0。

溫度的單位為℃，濕度的單位為助%，電壓的單位為V，電流的單位為A。溫、濕度均用兩個字節(jié)的有符號整型數(shù)表示，其中前12位是溫、濕度的整數(shù)部分，后4位是溫、濕度的小數(shù)部分。例如20.25=0b000000010100(整數(shù)分)}0100(小數(shù)部分)，考慮到傳感器的精度問題，建議顯示數(shù)據(jù)時只取1位小數(shù)。如果向系統(tǒng)發(fā)送指令的時間間隔太短，可能會得不到響應(yīng)或響應(yīng)滯后，或是造成傳感器自身的溫升，影響測量精度。

3.2.2上位機軟件

圖2 系統(tǒng)軟件監(jiān)視界面

在該設(shè)計中，用VB語言開發(fā)了專用軟件利用電腦進行系統(tǒng)調(diào)試。該語言提供了直觀可視化程序設(shè)計方法，還提供了一個具有串行通信功能的MSC0nun組件，運用它非常方便。程序員只需要對VB提供組件的屬性、事件進行編程，然后再由這些組件對相應(yīng)的事件進行響應(yīng)。這樣就使得各個事件彼此完全獨立，可以大大提高程序的穩(wěn)定性和可靠性，同時簡化了程序編碼過程。

軟件界面如圖2所示：上位機軟件主要有如下功能：顯示5處地點的溫度和平均溫度、機房內(nèi)的濕度，三項交流電的電壓、電流；門/窗開關(guān)狀態(tài)和打開的次數(shù)；地面狀態(tài)和進水次數(shù)以及失火情況等。設(shè)有保存、退出、刷新等按鍵。

4 結(jié)論

本監(jiān)控系統(tǒng)以圖文并茂的形式給出導(dǎo)航設(shè)備機房狀態(tài)信息，使操作人員對機房內(nèi)各種情況了如指掌，如果出現(xiàn)異常本系統(tǒng)馬上告知操作人員，可準確判斷出現(xiàn)的情況，及時做出處理，這完全符合民航安全的需要，成為導(dǎo)航設(shè)備的守護神。

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1674-6708（2011）53-0057-02