民航空管设备机房环境监测方案

张云帆

民航内蒙古空管分局，内蒙古呼和浩特 010070

民航空管设备机房环境监测方案

张云帆

民航内蒙古空管分局，内蒙古呼和浩特 010070

本文论述了机场导航设备工作环境的监控技术。利用多种传感器与核心控制器AVR单片机AT90S8535通信，并且通过VB语言开发的上位机软件将所测得各参数显示在PC机，进行各参数的监视。此设计包含信息量大，操作简便，人机界面友好，视觉效果生动直观。

传感器；串口通信；软件开发

0 引言

民航内蒙古空管分局是华北空管局管辖面积最大的空管分局，内蒙古地区地域广阔，航线众多，是飞向蒙古、俄罗斯和欧洲的重要空中交通枢纽之一。导航设备能否正常工作直接关系到飞机能否正常飞行。机房的温度、湿度、电源的电压、电流，机房漏水以及机房的门窗开关等环境因素，对导航设备正常工作与否起着非常大的作用。当机房情况出现异常，由于采集的信息全面，导航人员可以立即做出全面分析判断，提高准确性，争取了时间，使导航人员对设备管理由原来的被动方式转为主动管理。

1 导航设备机房监视系统组成

该监视终端需要对不同工作方式的传感器所采集到的信息进行分析和处理。如图1所示。终端核心部件的指标参数以及可靠性直接决定了整个系统的性能，因此，在核心部件的选择上，充分考虑到可靠性与价格比，根据总体设计选用ATMEL公司AVR系列的AT90S8535芯片。温度传感器选择了美国MAXIM公司的一款SPI/三线串口的数字温度传感器DS1722，其无需外围组件即可以完成对环境温度的检测。湿度传感器选择了瑞士Scnsirion公司推出的一款数字式芯片SHT11，提供二线数字符串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高。电压电流采集部分选择电子式电压互感器和电流互感器，用来监测机房稳压源电源的电压和电流。漏水传感器选用的是深圳市向量科技有限公司生产的一款产品，它适用于机房、空调房等场所的漏水检测。

图1 监视系统的整体框图

系统工作原理：温度、湿度传感器发出的数字信号；电压、电流互感器发出的模拟信号和门窗、水淹传感器的开关信号均进行电路转换后送到AT90S8535芯片，通过RS232接口实现与上位机进行串行通信，通过用VB语言专门开发的软件在电脑屏幕上进行显示。如果出现异常情况系统就会发出告警信息。同时，充分考虑了不同系统扩展性的需要，采用模块化结构并留富余的I/O口，具有足够的灵活性以适应不同规模的系统和不同数量的监控对象的需要，当终端需要扩展时，可以方便的扩充硬设备，而且留有供通讯的RS232接口。

2 系统的软件开发

2.1 系统下位机软件开发

本监控系统直接对机房内环境进行监控，对实时性要求较高。软件编制中适当的采用了中断方式进行控制，以提高监控终端的实时响应速度。该软件设计遵循结构化和模块化的原则，将软件划分为若干个独立的功能模块，各模块通过软件接口连接，连接力求模块内部数据结构的紧凑性以及模块之间数据关系的松散性，尽可能减少各功能模块的相互影响。系统的程序主要包括：主程序、DS1722温度采集与读取程序、SHT11温湿度采集与读取程序、电压电流采集子程序、门/窗开关与漏水次数读取程序和串行通信程序。

2.2 系统上位机软件开发

2.2.1串行通信协议

本系统采取的是RS232接口实现串行通信，串口波特率9 600bps。该监控系统由上位机与下位机组成，上下位机之间的通信不是主从式，正常情况下每一次通信均由上位机发起，但是当下位机检测到有故障时就会主动发送报警帧到上位机。通过VB语言开发的软件，利用电脑对该监控终端进行调试。由于发送的数据较多且类型不同，因此该通信协议的制定十分重要。每次通讯开始计算机向单片机发送命令，单片机收到PC机命令后，先辨别命令是否正确，然后依据命令内容作相应处理。协议格式与内容如下：

每帧包括1个起始位，8个数据位，1个停止位，无校验位。系统的预设指令如下所示：

1）读取某点温、湿度的方式:发送0x10～0x20给系统后，等待系统返回相应的温度或湿度。系统返回温度或湿度数据为两个字节，前12位为整数部分，后4位为小数部分；

2）读取电压、电流的方式:向系统发送0x30～0x31可读取电压和电流值。系统返回的数据为两个字节，前12位为整数部分，后4位为小数部分；

3）读门、窗或地面状态的方式:向系统发送0x40～0x42可以检测门窗状态或是否进水，系统会返回单字节状态量0或1，状态量的意义如0x40～0x42的定义所示；

4）读门、窗打开次数或地面进水次数的方式:向系统发送0x50～0x52可以读取读门、窗打开次数或地面进水次数，系统会返回一个无符号整型数；

5）发送wait让系统等待，发送resume后系统返回0XC0，表示可以继续接收或发送数据；发送error1表示传输错误，系统会把上次发送的数据再发送一次；

6）系统复位后，主动发送error2代表温度或温湿度传感器初始化错误，可能是传感器连接错误或损坏。接下来传送的一个字节数据表示产生错误的传感器的个数。如果所有传感器均正常，系统会发送0xc0；

7）向系统发送握手信号，系统会返回握手信号；

8）向系统发送读取系统序列号的指令，系统返回一个两字节的序列号；

9）向系统发送0xff，系统复位；

10）向系统发送其他指令，系统将返回0xb0。

温度的单位为℃，湿度的单位为助%，电压的单位为V，电流的单位为A。温、湿度均用两个字节的有符号整型数表示，其中前12位是温、湿度的整数部分，后4位是温、湿度的小数部分。例如20.25=0b000000010100(整数分)}0100(小数部分)，考虑到传感器的精度问题，建议显示数据时只取1位小数。如果向系统发送指令的时间间隔太短，可能会得不到响应或响应滞后，或是造成传感器自身的温升，影响测量精度。

3.2.2上位机软件

图2 系统软件监视界面

在该设计中，用VB语言开发了专用软件利用电脑进行系统调试。该语言提供了直观可视化程序设计方法，还提供了一个具有串行通信功能的MSC0nun组件，运用它非常方便。程序员只需要对VB提供组件的属性、事件进行编程，然后再由这些组件对相应的事件进行响应。这样就使得各个事件彼此完全独立，可以大大提高程序的稳定性和可靠性，同时简化了程序编码过程。

软件界面如图2所示：上位机软件主要有如下功能：显示5处地点的温度和平均温度、机房内的湿度，三项交流电的电压、电流；门/窗开关状态和打开的次数；地面状态和进水次数以及失火情况等。设有保存、退出、刷新等按键。

4 结论

本监控系统以图文并茂的形式给出导航设备机房状态信息，使操作人员对机房内各种情况了如指掌，如果出现异常本系统马上告知操作人员，可准确判断出现的情况，及时做出处理，这完全符合民航安全的需要，成为导航设备的守护神。

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1674-6708（2011）53-0057-02