馮斯聰

【摘 要】考慮到精確的時(shí)間顯示有助于提升空管設(shè)備運(yùn)行保障能力，提出了一種基于GPS的電子時(shí)鐘系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在LED顯示屏上顯示時(shí)間和文字信息，并具備溫濕度顯示和定時(shí)巡視提醒功能，同時(shí)基于Visual Basic.NET開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中起到一定的經(jīng)濟(jì)效益，對空管設(shè)備運(yùn)行保障具有實(shí)際意義。

【關(guān)鍵詞】GPS；電子時(shí)鐘；Visual Basic.NET；空管

0 引言

精確的時(shí)間對于民航系統(tǒng)的運(yùn)行保障是至關(guān)重要的，用以設(shè)備間的同步，消除潛在的數(shù)據(jù)丟失問題。管制指揮、設(shè)備運(yùn)行、氣象發(fā)報(bào)、值班巡視等運(yùn)行保障工作都需要精確的時(shí)間，而GPS可以縮小時(shí)間同步上的誤差，提供更加精確的時(shí)間信息。如果自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)間上的偏差，則可能導(dǎo)致雷達(dá)信號的抖動(dòng)，嚴(yán)重的話將影響管制員的正常指揮。如果氣象觀測員由于時(shí)間上的偏差造成發(fā)報(bào)超過一分鐘，則是一般差錯(cuò)，超過兩分鐘則是嚴(yán)重差錯(cuò)[1]。目前，我站使用的是功能單一的電子時(shí)鐘，需要額外配合大屏幕進(jìn)行運(yùn)行信息的顯示。因此，需要設(shè)計(jì)一款在功能上和成本上都能滿足空管設(shè)備運(yùn)行要求的GPS電子時(shí)鐘。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對我站的實(shí)際情況，根據(jù)市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品，分析了各種技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，從增加實(shí)用功能性、提高產(chǎn)品通用性、降低開發(fā)成本等角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定了總體方案。具體設(shè)計(jì)思路如下。

1.1 軟、硬件設(shè)計(jì)上采用市場使用率高的電子元器件

為節(jié)省了硬件設(shè)計(jì)上的成本，縮短了開發(fā)周期，在滿足功能需求的前提下，利用市場上使用率高的電子元器件，在硬件上采用了STC12C5A60S2單片機(jī)、DS1302時(shí)鐘芯片、USR-TCP232-T24模塊、DHT11溫濕度傳感器和ISD1820語音錄放芯片。在軟件上采用C語言進(jìn)行硬件編程和Visual Basic.NET進(jìn)行PC軟件編程。

1.2 時(shí)間顯示具備一定的容錯(cuò)能力

由于空管設(shè)備對運(yùn)行穩(wěn)定性的要求較高，因此該系統(tǒng)時(shí)必須擁有一定的容錯(cuò)能力。在設(shè)計(jì)上以GPS為主用，內(nèi)置時(shí)鐘芯片為備用。如果其中一方出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，則可由另一方作為數(shù)據(jù)源。單片機(jī)通過識別串口接收到的數(shù)據(jù)來判斷是否為GPS時(shí)鐘數(shù)據(jù)：如果是，則顯示GPS時(shí)間，同時(shí)每一個(gè)小時(shí)校正一次內(nèi)部時(shí)鐘芯片；如果不是，則顯示內(nèi)置時(shí)鐘芯片的時(shí)間。

當(dāng)單片機(jī)串口數(shù)據(jù)突然中斷時(shí)，單片機(jī)會延時(shí)3秒鐘：如果3秒內(nèi)依舊沒有接收到東進(jìn)GPS時(shí)鐘數(shù)據(jù)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)為DS1302時(shí)鐘芯片的時(shí)間；如果3秒內(nèi)接收到東進(jìn)GPS時(shí)鐘數(shù)據(jù)，則繼續(xù)讀取并顯示GPS時(shí)鐘。

1.3 采用128*32 LED顯示屏進(jìn)行時(shí)間和信息顯示

近年來，LED顯示屏成為了當(dāng)前普遍使用的顯示方案，具有高清晰度、大視角等特點(diǎn)，可以用于圖文顯示等。相比使用液晶顯示屏，LED顯示屏的使用成本更低，故采用了兩塊64*32 LED顯示屏組成的128*32 LED顯示屏。

1.4 可通過軟件對LED顯示進(jìn)行時(shí)間和信息的控制

基于Visual Basic.NET開發(fā)的控制軟件可以實(shí)現(xiàn)文字的傳輸以實(shí)現(xiàn)文字的顯示，利用字庫將需要顯示的字符轉(zhuǎn)換為LED顯示屏可以識別的數(shù)據(jù)，從而顯示在LED屏幕上，同時(shí)該軟件還可以實(shí)現(xiàn)在時(shí)間和文字顯示之間的切換，在線修改內(nèi)置時(shí)鐘芯片時(shí)間。

1.5 設(shè)計(jì)上充分考慮其使用的多功能性

結(jié)合我站實(shí)際工作的要求，該系統(tǒng)還增加了一些在值班巡視中常用的功能：溫濕度顯示和定時(shí)巡視提醒。

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 LED顯示屏的控制

近年來，LED顯示屏成為了當(dāng)前普遍使用的顯示方案，故采用了兩塊64*32 LED顯示屏組成的128*32 LED顯示屏，通過74HC245雙向緩沖器提高單片機(jī)的負(fù)載能力，搭配5V 15A的開關(guān)電源，不僅可以顯示時(shí)間，還可以顯示溫濕度和最多16個(gè)漢字字符。

LED顯示屏設(shè)計(jì)的核心是對其顯示的控制，該顯示屏提供08接口形式。該接口共有16個(gè)引接，其中A、B、C、D引腳表示行信號，R1、R2、G1、G2引腳表示列信號，EN引腳表示使能，SCK引腳表示時(shí)鐘，STB引腳表示鎖存，GND引腳表示地[2]。

對于128*32的雙色LED顯示屏來說，總共有128列，通過64個(gè)74HC595芯片進(jìn)行級聯(lián)，將其擴(kuò)展為128位串行輸入，128位并行輸出，從而實(shí)現(xiàn)對128列信號進(jìn)行控制。R1、R2、G1、G2引腳就是用來輸入128位串行數(shù)據(jù)的。其中，R1、G1用來控制上半屏16行的紅、綠信號，R2、G2用來控制下半屏16行的紅、綠信號。

因此，通過循環(huán)行信號，移位串行輸入每一行的列信號數(shù)據(jù)，然后鎖存列信號，就可實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的顯示。

2.2 GPS數(shù)據(jù)的接收

我站使用的GPS數(shù)據(jù)源是東進(jìn)GPS服務(wù)器，該服務(wù)器只提供RS232接口，無法滿足各類設(shè)備的引接，因此我站利用串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊，將GPS數(shù)據(jù)引接到接入交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了各類設(shè)備對GPS數(shù)據(jù)的引接。

該服務(wù)器在協(xié)議上采用的是TCP Server模式，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)TCP Client建立與服務(wù)器的連接。該服務(wù)器每秒鐘發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為：“5C 11 00 00 00 0A 15 2A 14 10 02 19 04 9D”，其中第6、7、8字節(jié)表示的是時(shí)分秒，而第10、11、12、13字節(jié)表示的是年月日星期。

因此，利用USR-TCP232-T24模塊，單片機(jī)可通過串口接收GPS數(shù)據(jù)[3]，判斷數(shù)據(jù)包頭正確后，讀取第6、7、8、10、11、12、13字節(jié)，將時(shí)間信息顯示在LED顯示屏上。

2.3 PC軟件的設(shè)計(jì)

為提高該系統(tǒng)的可操作性，在Visual Basic.NET平臺上開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件。該軟件的功能是實(shí)現(xiàn)LED顯示屏在時(shí)間與信息顯示之間的切換、實(shí)現(xiàn)中、英等字符的傳輸與顯示、實(shí)現(xiàn)內(nèi)置時(shí)鐘的在線修改，通過串口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信。該軟件的關(guān)鍵部分是利用ASCII字庫和GB2312字庫實(shí)現(xiàn)字符的取模轉(zhuǎn)換[4]，從而實(shí)現(xiàn)字符在LED顯示屏上的顯示。

3 總結(jié)

本文通過分析了電子時(shí)鐘在空管設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)際使用情況，提出了一種基于GPS的電子時(shí)鐘系統(tǒng)，通過接收GPS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在LED顯示屏上的顯示，同時(shí)具有定時(shí)巡視提醒功能，并在Visual Basic.NET平臺上開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件，實(shí)現(xiàn)比以往單一電子時(shí)鐘更具有實(shí)用性，對空管設(shè)備運(yùn)行保障具有實(shí)際意義，也為相關(guān)單位提供一種設(shè)計(jì)參考。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]湯洪乾，楊華.基于單片機(jī)的串口調(diào)試方法與技術(shù)[J].中國新通信，2013（3）：66-66.

[4]田會方，張洪昌.計(jì)算機(jī)漢字庫開發(fā)液晶漢字顯示數(shù)據(jù)的方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：信息與管理工程版，2005（4）：83-86.

[責(zé)任編輯：田吉捷]