洪燦標(biāo)，梁建彬

（廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣州 510012）

1 引言

為機(jī)房信息化建設(shè)的需要，本臺對播出設(shè)備進(jìn)行了全面的更新?lián)Q代，機(jī)房也重新進(jìn)行布局，值班人員在控制室通過監(jiān)控系統(tǒng)就能清楚、準(zhǔn)確、全面地了解和控制播出設(shè)備。為了配合值班人員的巡機(jī)習(xí)慣，讓值班人員更直觀地判斷播出設(shè)備的工作狀態(tài)，本臺自主設(shè)計(jì)了一套基于STC51單片機(jī)的中波發(fā)射系統(tǒng)狀態(tài)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠直觀顯示發(fā)射設(shè)備所處的狀態(tài)，從而讓值班員更加直觀實(shí)時(shí)地掌握發(fā)射系統(tǒng)的狀態(tài)，更有效地保障安全播出。

2 系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)主要由信號采集模塊、MCU模塊、亮度調(diào)節(jié)模塊、LED驅(qū)動模塊、LED燈箱5個(gè)部分組成，系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。首先，主備機(jī)天線到位狀態(tài)、主備機(jī)開機(jī)信號、假負(fù)載開啟信號通過信號采集模塊輸入到MCU處理模塊，MCU根據(jù)采集到的輸入信號狀態(tài)，輸出相應(yīng)的控制信號到LED驅(qū)動模塊，控制LED燈箱相應(yīng)區(qū)域亮起所需的顏色（紅色/白色），從而達(dá)到直觀地顯示發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài)的目的。

圖1 總系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 主要硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 信號采集模塊

主/備機(jī)天線到位信號來自于同軸開關(guān)控制盒，天線到位時(shí)該信號為+5VDC，否則為0VDC；主/備機(jī)開機(jī)信號來自于發(fā)射機(jī)控制板，當(dāng)發(fā)射機(jī)開機(jī)時(shí)該信號為+24VDC，否則為0VDC；假負(fù)載開啟信號來自于假負(fù)載內(nèi)部的一個(gè)繼電器，當(dāng)假負(fù)載開啟時(shí)給信號為+5VDC，否則為0VDC。

由于MCU輸入端所能承受的最大電壓為+5VDC，而發(fā)射機(jī)開機(jī)信號為+24VDC，為了保護(hù)MCU不被該信號損壞，在發(fā)射機(jī)開機(jī)采集信號輸入MCU模塊前增加了IO保護(hù)模塊，該模塊原理圖如圖2所示。其中VD1為一個(gè)5VDC穩(wěn)壓管，R1與VD1組成了一個(gè)+5VDC穩(wěn)壓限流電路，很好地保護(hù)了MCU模塊。

為了避免因引入采集信號到本系統(tǒng)而對原發(fā)射系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性造成影響，本系統(tǒng)的所有信號采集端均設(shè)置了單向光電隔離模塊。采集信號先經(jīng)過單向隔離模塊再送到MCU處理模塊，從而達(dá)到既將本系統(tǒng)與發(fā)射系統(tǒng)的隔離，又能穩(wěn)定地采集到所需的信號。

圖2 IO保護(hù)模塊電路圖

3.2 MCU模塊

MCU模塊采用的是當(dāng)前主流的STC51單片機(jī)為核心所組成的最小系統(tǒng)，STC51單片機(jī)具有抗干擾能力強(qiáng)、內(nèi)部時(shí)鐘有防外部電磁輻射功能、最小系統(tǒng)簡單、IO驅(qū)動能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在中波臺站這種具有復(fù)雜磁場的環(huán)境下也能穩(wěn)定長時(shí)間工作。

該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)根據(jù)信號采集模塊輸送來的信號變化，控制相應(yīng)IO端口的輸出信號，來控制LED驅(qū)動模塊的工作狀態(tài)，從而控制LED燈箱的顯示狀態(tài)。

3.3 LED驅(qū)動模塊

考慮到STC51單片機(jī)的IO口輸出電壓只有+5VDC，不足以直接驅(qū)動+12VDC的LED燈箱，所以必須通過添加中間驅(qū)動模塊的方式來彌補(bǔ)這一不足。具體的電路原理圖如圖3。單片機(jī)IO口的輸出信號作為三極管Q1開通和截止的控制信號，電阻R2和R3在這個(gè)電路中起到限流保護(hù)的作用。考慮到LED正常工作時(shí)電流為1A 左右，所以在本電路中三極管選用的是集電極能承受100V3A中功率NPN型三極管D882。

具體的工作原理：當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出低電平（0VDC）時(shí)，三極管Q1截止，LED、R2與地之間的通路被Q1隔斷，LED熄滅；當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出高電平（+5VDC）時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，LED、三極管Q1、R2與地之間形成一條通路，LED亮起。

3.4 亮度調(diào)節(jié)模塊

亮度調(diào)節(jié)模塊采用的是一個(gè)以LM2965為核心所組成的DC-DC升降壓模塊，該模塊具有電路簡單、效率高、發(fā)熱小、驅(qū)動能力強(qiáng)等的特點(diǎn)，電壓能從1.23-30V連續(xù)可調(diào)。通過調(diào)節(jié)該模塊的輸出電壓就可實(shí)現(xiàn)LED燈箱的同意調(diào)節(jié)，避免單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)燈箱LED燈的亮度造成的亮度不統(tǒng)一，影響最終的美觀效果。

圖3 LED驅(qū)動模塊電路圖

3.5 LED燈箱

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的LED燈箱實(shí)物見圖4。每個(gè)LED燈箱都分為左右兩個(gè)部分，其中左邊部分顯示的是機(jī)號，右邊部分顯示的是頻道名稱和頻道頻率信息，每個(gè)部分均內(nèi)置有紅色和白色兩種LED燈管，不用的組合可以指示發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)在處于的狀態(tài)。

當(dāng)一部發(fā)射機(jī)處于接入天線狀態(tài)時(shí)，該發(fā)射機(jī)對應(yīng)燈箱的機(jī)號（左邊部分）亮起紅色，否則亮起白色。鑒于本臺主備機(jī)采用的是一個(gè)雙輸入雙輸出同軸開關(guān)接入天線和假負(fù)載，當(dāng)一臺發(fā)射機(jī)接入天線時(shí)，另一臺發(fā)射機(jī)就自動地接入了假負(fù)載，所以通過查看LED燈箱機(jī)號部分的顏色即可知道哪一臺發(fā)射機(jī)處于接入天線狀態(tài)，紅色接入天線，白色接入假負(fù)載。機(jī)號（左邊）部分還具有指示假負(fù)載開關(guān)狀態(tài)的作用，當(dāng)假負(fù)載開啟時(shí)，處于接入假負(fù)載狀態(tài)的發(fā)射機(jī)對應(yīng)LED燈箱的機(jī)號（白燈）會頻閃。

當(dāng)一部發(fā)射機(jī)開啟時(shí)，該發(fā)射機(jī)對應(yīng)的LED燈箱頻道頻率信息（右邊部分）亮起紅色，否則亮起白色，值班員在值班室只需觀察LED燈箱的頻道頻率信息部分的顏色即可知道每一部發(fā)射機(jī)的開關(guān)狀態(tài)。

圖4 LED燈箱實(shí)物圖

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件才用模塊化的設(shè)計(jì)思路，主要模塊有系統(tǒng)初始化模塊、輸入信號監(jiān)測模塊、濾波及數(shù)據(jù)處理模塊、LED驅(qū)動控制輸出模塊等。在主程序中，先對對應(yīng)的端口進(jìn)行輸入/輸出的初始化，然后讀取輸入的采集信號的狀態(tài)，進(jìn)行濾波及數(shù)據(jù)處理，并啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后在輸出IO口輸出相應(yīng)的控制信號，控制對應(yīng)LED燈的亮/滅/頻閃。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

5 實(shí)驗(yàn)測試及實(shí)用效果

本系統(tǒng)首先在我臺兩臺播出1KW實(shí)驗(yàn)頻率的發(fā)射機(jī)進(jìn)行了試運(yùn)行，檢驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)用效果及穩(wěn)定性?？紤]到發(fā)射機(jī)房有多臺大功率的中波廣播發(fā)射機(jī)，為了最大限度地防止高頻大功率信號對本系統(tǒng)造成干擾，除了在系統(tǒng)主板外裝有金屬屏蔽罩并接地外，所有信號采集線均帶有金屬屏蔽網(wǎng)，并且采集線盡可能地短，這樣進(jìn)一步提升屏蔽效果。

經(jīng)過在本臺機(jī)房發(fā)射機(jī)的試運(yùn)行，本系統(tǒng)已經(jīng)能夠準(zhǔn)確地指示發(fā)系統(tǒng)所處的狀態(tài)，并且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，保證了中波廣播的安全穩(wěn)定播出。

6 結(jié)束語

本文以STC51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套能直觀顯示中波發(fā)射系統(tǒng)狀態(tài)的系統(tǒng)。系統(tǒng)具有美觀、穩(wěn)定、顯示直觀、可靠性高等的特點(diǎn)，具有較好的通用性，只需做簡單的適配便可適用于各種的發(fā)射系統(tǒng)，有著較好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。

[1] 王鐳.基于C51系列單片機(jī)LED驅(qū)動電源設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)，2013.

[2] 劉典文.基于STC90C516RD+控制的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（24）：69-70.

[3] 賈冬穎，王巍.基于STC單片機(jī)LED智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2010，21（2）：71-73.