摘 要： 20世紀(jì)，廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)展走上了快車道：功率場效應(yīng)管的新舊更替；電路結(jié)構(gòu)由分立器件逐漸向模塊化和集成電路的方向轉(zhuǎn)變；控制檢測方面由有觸點(diǎn)檢測向邏輯電路、時(shí)序控制的方向變化；現(xiàn)在已開始向計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控的方向發(fā)展。80年代中期，數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)由美國哈利斯公司生產(chǎn)，90年代我國也研制并生產(chǎn)出了數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)。1990年我國的第一臺(tái)全固態(tài)中PDM廣播發(fā)射機(jī)由上海市廣播科學(xué)研究所研制成功，還是多頻率的10kW廣播發(fā)射機(jī)。這不僅加速了從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制的改革速度，也使整機(jī)效率、電聲指標(biāo)、穩(wěn)定性和可靠性等多個(gè)技術(shù)層面有了明顯提高。近些年在市場經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，廣播發(fā)射設(shè)備不斷更新?lián)Q代。全世界許多廣播發(fā)射機(jī)生產(chǎn)廠家紛紛將PDM、PSM等新的調(diào)制方式運(yùn)用在大功率機(jī)器上。

1 微機(jī)控制器在廣播發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用狀況

80年代起，我國開始采用可編程控制器（PLC）、單板機(jī)來實(shí)驗(yàn)廣播發(fā)射機(jī)能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。到了90年代，微機(jī)控制器已經(jīng)成為發(fā)射機(jī)不可或缺的重要部件。傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路控制僅能做到開機(jī)、關(guān)機(jī)這些相對(duì)簡單的功能。使用計(jì)算機(jī)控制的廣播發(fā)射機(jī)不只是能做到前者的所有功能，還能夠按客戶的需求做出改變，只要重新設(shè)計(jì)軟件就可以輕松完成，增強(qiáng)了廣播發(fā)射機(jī)的適應(yīng)性。部分運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制的廣播發(fā)射機(jī)都具備通信功能，也真正做到了對(duì)廣播發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。這種發(fā)射機(jī)有以下幾種自動(dòng)控制功能。

（1）自動(dòng)開關(guān)機(jī)（包括啟動(dòng)與關(guān)閉控制系統(tǒng)的電源、激勵(lì)器電源和功放電源）；

（2）自動(dòng)巡機(jī)、監(jiān)控、記錄與打印各級(jí)的工作狀態(tài)（電流、電壓），并且可以越限報(bào)警；

（3）存儲(chǔ)、打印系統(tǒng)播出時(shí)間和停播時(shí)間；

（4）具有聲光報(bào)警功能，并對(duì)典型故障有判斷分析能力；

（5）具有單元備份功能；

（6）自動(dòng)變換燈絲、調(diào)節(jié)偏壓；

（7）檢測頻偏、自動(dòng)調(diào)幅；發(fā)生故障時(shí)可由自動(dòng)控制切換為手動(dòng)控制。

動(dòng)態(tài)安全檢查項(xiàng)目是直接將待檢測信號(hào)加入微機(jī)控制器內(nèi)部的快速處理裝置中，檢測信號(hào)在那里與原先正常值作出比對(duì)，假如超出了正常范圍，便會(huì)發(fā)出警告信號(hào)，并在顯示器上顯示與故障有關(guān)的參數(shù)，可作為參考數(shù)據(jù)供值班人員分析處理故障時(shí)使用。還有，微機(jī)控制單元配有RS-232通訊接口，它與監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的實(shí)時(shí)遙控。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能與性能概述

廣播發(fā)射機(jī)微機(jī)控制器是廣播發(fā)射機(jī)的自動(dòng)監(jiān)管設(shè)備，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)開關(guān)機(jī)是其基本功能。這包括定時(shí)開關(guān)機(jī)控制與故障保護(hù)關(guān)機(jī)控制，并在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)各部分的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，確定故障，進(jìn)行相應(yīng)處理。而管理功能則主要是對(duì)發(fā)射機(jī)在運(yùn)行中的重要參數(shù)的歷史記錄進(jìn)行查詢；以及對(duì)一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與修改；還有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠?qū)Χ鄠€(gè)發(fā)射機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理。而要想實(shí)現(xiàn)這些管理功能都離不開設(shè)計(jì)良好的人機(jī)接口。

除此之外，由于廣播發(fā)射任務(wù)有其特殊性，要求停波率要低，播出的質(zhì)量要高，所以對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性要求都很高。假如發(fā)射臺(tái)處于山地當(dāng)中，往往都會(huì)受到惡劣天氣的影響，以及功放中高頻信號(hào)的干擾，所以微機(jī)控制器還必須有較高的抗干擾性。最后，對(duì)于數(shù)據(jù)采集及響應(yīng)人機(jī)接口命令則需要有一定的實(shí)時(shí)性。

2.2 具體要求

（1）模擬量采集，26路，其中包括8個(gè)功放盒共用9路I/O通道，其中有一路是頻率信號(hào)；

（2）輸入開關(guān)量，11路，低電平有效；輸出開關(guān)量，14路，低電平有效。對(duì)輸入的模擬量要進(jìn)行上、下限檢查，越限時(shí)報(bào)警；

（3）輸出的開關(guān)量要能夠驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)電流>100mA，信號(hào)要穩(wěn)定，以免造成誤操作；

（4）能夠完成自動(dòng)開、關(guān)機(jī)；

（5）保證對(duì)發(fā)射機(jī)各工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)發(fā)射機(jī)輸入的模擬量和狀態(tài)開關(guān)量進(jìn)行顯示，并能記錄機(jī)器的工作狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)立即記錄故障時(shí)的狀態(tài)；

（6）對(duì)發(fā)射機(jī)實(shí)行全面控制功能和各種異常保護(hù)功能；

（7）具備遠(yuǎn)程通信功能；

（8）無故障運(yùn)行不低于1萬小時(shí)。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 嵌入式系統(tǒng)與微機(jī)控制器的選擇

嵌入式系統(tǒng)說的是植入到對(duì)象中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化管理與控制。它與通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)差別在于：嵌入式系統(tǒng)通常都運(yùn)用專業(yè)的處理器平臺(tái)系統(tǒng)，雖說具備計(jì)算機(jī)功能卻又不能算作計(jì)算機(jī)的設(shè)備。通常以應(yīng)用為中心，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性要求較為嚴(yán)格的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各行業(yè)的具體應(yīng)用融為一體，這也決定了它是一個(gè)技術(shù)與資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心就是微機(jī)控制器，微機(jī)控制器的選擇需要考慮應(yīng)用的功能與性能要求，成本、是否節(jié)能、是否容易維護(hù)等因素，所以，設(shè)計(jì)微機(jī)控制器的基本原則就是滿足應(yīng)用的低成本產(chǎn)品。如今市面上可選的不同類型微控制器產(chǎn)品不少，考慮到廣播發(fā)射機(jī)微機(jī)控制器的功能與性能要求，選單片機(jī)作為其微控制器，則在滿足應(yīng)用的前提下，實(shí)現(xiàn)了低成本與易維護(hù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.2 AVR單片機(jī)介紹

AVR單片機(jī)由Atmel公司在1997年推出，屬于全新（配置精簡指令集）RISC單片機(jī)系列，該公司推出了具有眾多成員的單片機(jī)家族，主要有ATtiny、AT90、ATmega三大類，硬件結(jié)構(gòu)由簡單到復(fù)雜，功能增強(qiáng)，指令系統(tǒng)向上兼容。ATmega系列單片機(jī)屬于AVR的中高檔產(chǎn)品，它擁有AT90的所有特點(diǎn)，并在其基礎(chǔ)之上，添加更多接口功能，還在省電性能、穩(wěn)定性、抗干擾性以及靈活性等方面都有很大提高。其主要的特點(diǎn)如下。

（1）片內(nèi)集成能夠做到對(duì)Flash程序存儲(chǔ)器不少于10 000次的擦寫；

（2）運(yùn)用CMOS工藝技術(shù)，高速率（50ns）、低耗能（1A ）、具備SLEEP功能；

（3）3AVR單片機(jī)采用哈佛總線結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)分開的，微機(jī)處理器將直接訪問全部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；

（4）工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流10-20mA（灌電流）或40mA（單一輸出）的特點(diǎn)，能夠做到繼電器的直接驅(qū)動(dòng)；

3.3 元器件選型

元器件的選型需要綜合應(yīng)用要求，編程方便，性價(jià)比和芯片是否通用等原則，對(duì)于主要元件的選型如下。

（1）主控單片機(jī)選擇ATmega128單片機(jī)，優(yōu)點(diǎn)上面已經(jīng)介紹。

（2）從單片機(jī)選擇ATmega16。

（3）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的AD轉(zhuǎn)換器，采用單片機(jī)自帶的ADC模擬輸入通道。

（4）數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)則選擇4片I2C總線存儲(chǔ)器AT24C512擴(kuò)展到2MB，可完成故障記錄和定時(shí)記錄的存儲(chǔ)功能。

（5）時(shí)鐘選擇較為常用的DS1302作為故障記號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽，并為定時(shí)開關(guān)機(jī)程序提供可參照的時(shí)間。