朱文玉

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局赤峰廣播發(fā)射中心臺(tái)巴林左739臺(tái) 內(nèi)蒙古 赤峰市 025450

內(nèi)蒙古地處祖國(guó)北疆，冬季降雪較多，廣播電視臺(tái)站常用的衛(wèi)星接收天線積雪后，會(huì)對(duì)廣播電視信號(hào)產(chǎn)生很大的影響，甚至造成信號(hào)中斷。目前，絕大多數(shù)臺(tái)站是靠人工除雪，每當(dāng)下雪時(shí)，就會(huì)派人到天線場(chǎng)地負(fù)責(zé)掃雪?？墒?，少則一兩個(gè)小時(shí)、動(dòng)輒十幾個(gè)小時(shí)的風(fēng)雪中勞動(dòng)，對(duì)員工體力和意志力都是極大的消耗。這與“以人文本”和“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的發(fā)展理念是不相符的，因此設(shè)計(jì)一款自動(dòng)化的除雪裝置是必要的。

1 常見(jiàn)除雪方式

目前，在建筑、交通、農(nóng)業(yè)、汽車等領(lǐng)域主要有化學(xué)融雪法、電加熱融雪法、機(jī)械刮板除雪法等除雪方式。下面簡(jiǎn)要介紹一下幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1 化學(xué)融雪法

化學(xué)融雪法是在雪面上噴灑融雪劑，以降低冰雪的融化溫度，雪接觸到融雪劑后，會(huì)很快融化成液體，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是原料易得，價(jià)格低廉，且可大面積機(jī)械化作業(yè)，廣泛應(yīng)用于道路、城市廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所的除雪作業(yè)。常用的除雪劑主要是醋酸鉀和氯鹽，這兩種物質(zhì)對(duì)鋼鐵、鋁合金和電纜的絕緣層都有較強(qiáng)的腐蝕性，且對(duì)環(huán)境和植被有一定的損害。各臺(tái)站所用的衛(wèi)星接收天線大多是鋼鐵或鋁合金材質(zhì)的，所以排除這種除雪法。

1.2 電加熱融雪法

電加熱融雪法的原理是利用電熱絲將電能轉(zhuǎn)換成熱能，使雪受熱融化。這種除雪法方便快捷，安裝簡(jiǎn)便且由于沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置所以故障率低，使用過(guò)程中維護(hù)成本低。但是由于內(nèi)蒙古地區(qū)降雪時(shí)氣溫很低，加之衛(wèi)星接收天線大多為金屬材質(zhì)，散熱快，如果長(zhǎng)時(shí)間使用，能耗會(huì)非常大，所以也放棄了這種除雪方式。

1.3 機(jī)械刮板除雪

機(jī)械刮板除雪是最常見(jiàn)的一種除雪方法，通過(guò)電機(jī)或者內(nèi)燃機(jī)等作為動(dòng)力帶動(dòng)刮板運(yùn)動(dòng)，達(dá)到除雪的目的。廣泛應(yīng)用于建筑、交通、農(nóng)業(yè)、汽車等領(lǐng)域，優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、安全可靠、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低廉。兼之受到汽車雨刮器設(shè)計(jì)的啟發(fā)，本設(shè)計(jì)選擇了機(jī)械刮板除雪法，且選用汽車雨刮器用的12V 直流電機(jī)作為動(dòng)力裝置。

2 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)按照模塊劃分可分為中央控制單元、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘控制模塊、復(fù)位模塊、聲光報(bào)警模塊和執(zhí)行模塊。

中央控制單元為單片機(jī)AT89C51，是一款帶4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器、32 個(gè) I/O 口、兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器的可編程的功能強(qiáng)大的微處理器。在該系統(tǒng)中起到控制單元的作用，首先對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行判斷，如果有P0.0 為高電平，系統(tǒng)馬上執(zhí)行內(nèi)部存儲(chǔ)的程序，給P1 口高電平輸出，從而啟動(dòng)聲光報(bào)警和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電路如圖1所示。

圖1 電路圖

電源模塊的作用是為數(shù)據(jù)采集模塊、U1、U2 提供+5V 直流電源，為執(zhí)行模塊提供+12V 直流電源。

數(shù)據(jù)采集模塊由三對(duì)紅外對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)和一個(gè)與門(mén)集成模塊74X11 組成，由于紅外對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)靈敏度很高，有沙塵、飛蟲(chóng)、樹(shù)葉飛過(guò)都會(huì)改變它的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為了防止系統(tǒng)誤啟動(dòng)，增加了一個(gè)與門(mén)邏輯電路U1，只有當(dāng)三個(gè)光電開(kāi)關(guān) S1、S2 和 S3 同時(shí)閉合時(shí)，U1 的 1Y 引腳才會(huì)變?yōu)楦唠娖?，并將該高電平信?hào)送到AT89C51?？紤]到大多數(shù)臺(tái)站都不止一面衛(wèi)星接收天線，所以在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員仍然可以每面衛(wèi)星接收天線只安裝一對(duì)光電開(kāi)關(guān)。

時(shí)鐘控制模塊由型號(hào)為HC-49S 的晶振X1 和兩個(gè)容值為30PF 的電容C1、C2 組成。作用是為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。

復(fù)位模塊由點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)S4、電容C3、電阻R1組成。主要作用是對(duì)AT89C51 執(zhí)行初始化操作，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行故障時(shí)，點(diǎn)擊S4 可使系統(tǒng)重新啟動(dòng)。

聲光報(bào)警模塊由發(fā)光二極管D1、蜂鳴器LS1和電阻R2、R3 以及開(kāi)關(guān)S2 組成。當(dāng)系統(tǒng)判斷降雪后，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提示值機(jī)員除雪系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始工作。本設(shè)計(jì)中聲光報(bào)警與電機(jī)同步工作，聲光報(bào)警啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)，聲光報(bào)警停止，電機(jī)也停止運(yùn)行。由于降雪一般都會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，為防止蜂鳴器影響值機(jī)員工作，設(shè)置了一個(gè)開(kāi)關(guān)S2，可手動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器。S2 斷開(kāi)后，值機(jī)員可以通過(guò)發(fā)光二極管D1 查看系統(tǒng)工作狀態(tài)，D1亮，則證明除雪裝置正在工作，D1 熄滅，則證明積雪被清除后，暫時(shí)未達(dá)到預(yù)定厚度，沒(méi)有遮住對(duì)射傳感器的光束，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)。

執(zhí)行模塊由電阻R4、大功率三極管Q1 和電動(dòng)機(jī)M1 組成。當(dāng)P1.2 輸出高電平后，Q1 的基極得到高電平，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)M1 得到12V 供電，開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械刮板開(kāi)始除雪工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

本程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)三組紅外光束同時(shí)被不透明物體遮擋時(shí)，程序判定衛(wèi)星接收天線被降雪覆蓋，系統(tǒng)啟動(dòng)聲光報(bào)警提示值機(jī)員系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，并同時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械刮板開(kāi)始除雪作業(yè)。除雪作業(yè)開(kāi)始后，系統(tǒng)會(huì)再次判定數(shù)據(jù)采集模塊的輸入信號(hào)，如果三組紅外光束仍然同時(shí)被遮擋，系統(tǒng)繼續(xù)聲光報(bào)警并控制電動(dòng)機(jī)工作，當(dāng)其中一組或兩組處于未遮擋狀態(tài)，系統(tǒng)停止工作，直到三組紅外光束同時(shí)被遮擋時(shí)再次啟動(dòng)，程序工作流程圖如圖2所示。

圖2 程序工作流程圖

結(jié) 束 語(yǔ)

此衛(wèi)星接收天線自動(dòng)除雪裝置，可及時(shí)、高效的清除衛(wèi)星接收天線上的積雪，具有安裝方便，工作穩(wěn)定，靈敏度高，安全可靠，運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，不但可以代替人工完成惡劣天氣條件下的除雪工作，也填補(bǔ)了目前市場(chǎng)的空白，值得在廣播電視臺(tái)站推廣應(yīng)用。