村村通工程宜州点的多功能控制系统

吴信衡 雷才淼

一、引言

笔者所在分中心负责村村通工程宜州点的发射设备维护以来，就发现机房设备存在一定的技术缺陷。一是吉兆“3+1”300W调频发射机系统，当主机发生故障时，不能自动倒换备机播出。二是吉兆的1KW电视发射机不能通过自身软件实现自动开/关机。三是机房的排气风扇不能根据机房温度的变化而启动或关闭。笔者针对以上问题，设计了一套多功能自动控制系统。该系统实现了以下功能。

1.在播出时间内，供电正常，并且备机空闲的情况下，当300W调频主机发生故障时，自动完成倒换备机的一系列动作。包括关闭故障主机，启动备机，音频切换，改频率，升功率。倒备机后，单片机自动记下备机已经启动。没有按下复位键的情况下，单片机不会再执行倒备机程序。

2.通过吉兆1KW电视发射机本控开/关机按键，在规定的时间正常启动/关闭发射机。取消了原来依靠一个继电器控制电源的通断来实现发射机的启动或关闭的做法。

3.使机房的排气风扇能根据机房温度的变化而启动或关闭。为了避免风扇在某个温度点频繁地启动或关闭，笔者采用温度范围自动控制的方法控制机房的排气风扇。

图1

二、系统硬件设计

系统设计的总框图如图1所示。

（一）温度检测与时间获取电路

温度检测电路主要由单片机与数字温度传感器DS18B20通讯完成。DS18B20为独特的单线接口方式，在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现单片机与DS18B20的双向通讯。测试温度范围为-55℃～125℃。实际电路中，DS18B20的数据线与单片机的P1.3口连接，中间加4.7K的上拉电阻。时间获取电路主要由单片机与DS1302通讯完成。DS1302采用三线接口与单片机进行双向通讯，具有主电源/备电源双电源引脚，同时提供了对备电源进行涓细电流充电的能力。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。实际电路中，DS1302的RST、I/O、SCLK引脚分别接单片机的P1.2、P1.1、P1.0口。连线间加10K的上拉电阻。

图2

（二）功率检测与音频检测电路

功率检测电路主要由LM339组成的3个运放比较器组成。3个运放比较器的“+”输入端分别接到3台调频主机的功率检测板上，输出端分别接到单片机的P1.4～P1.6口。当某台300W调频主机无功率输出时，其功率检测板会有一个电压信号输出到对应的比较器的“+”端，比较器就会有一个高电平输出。单片机则循环检测P1.4、P1.5、P1.6口的电平的情况，当检测到某个口为高电平时，单片机就知道了对应的300W调频主机出现故障了。音频检测电路主要是检测音频切换器的哪路信号送到备机，从而让单片机能准确地把故障主机的那路信号送到备机。音频切换器有4个通道（其中一个没使用），对应4个指示灯。哪路信号送到备机，对应的指示灯亮，指示灯正极就会有2.3V～2.6V的电压。针对这个特点，笔者设计的音频检测电路主要由LM339组成的3个运放比较器组成。3个运放的“+”端分别接到音频切换器的3个指示灯的正极。3个比较器的输出端分别接到单片机的P0.5～P0.7口。当某通道的信号送到备机时，对应的指示灯亮，从而使得对应的比较器有一个高电平输出。单片机则循环检测P0.5～P0.7口的电平的情况，当检测到某个口为高电平时，单片机就知道了哪路信号送到备机了。

（三）数据显示电路

数据显示电路采用动态扫描显示方式，主要完成当前时间，当前环境温度，当前备机频率3个数据的显示。3个数据循环显示，每个数据显示3秒钟后，显示下个数据。由于单片机的IO口有限。为了节约单片机IO口，只用了单片机的5个IO口来完成6位共阴极LED数码管的驱动和数据显示。数据显示电路框图如图2所示。

数据显示电路主要由一片CD4511、一片CD4017、一片ULN2803H和6只数码管组成。由于采用动态扫描，不需要CD4511对数据进行锁存，所以芯片CD4511的第5脚，即数据锁存输入使能端常接地。芯片CD4017其实是一个10进制计数器。当有连续的脉冲输出到CD4017的14引脚，对应的输出端依次输出高电平。实际电路中将其引脚15（进位输出端）接到引脚5（Y6输出端），使CD4017组成一个6进制计数器。单片机从P0.1～P0.4口输出BCD码到译码芯片CD4511的数据输入口，连接数据线加10K上拉电阻。CD4511将BCD码译成七段码后送到LED数码管。单片机P0.0接到CD4017的14引脚，中间加10K上拉电阻，当P0.0口输出连续的脉冲时，对应的数码管依次被选中，被选中的数码管就能显示要显示的数据了。6只数码管循环显示数据如表1所示。

（四）驱动控制电路

驱动控制电路主要由单片机通过达林顿管ULN2803控制继电器的断开/闭合。主要执行300W调频系统倒换备机的一系列动作，执行1KW吉兆电视发射机的开/关机动作，执行机房排气扇的开/关动作。

1.300 W调频系统倒换备机

当在播出时间，供电正常，并且备机空闲，没有启动的情况下，单片机检测到某台调频主机没有功率输出时，则启动倒备机程序。如果不在播出时间，或者供电不正常，或者备机已经启动的情况下，单片机是不会执行倒备机程序的。单片机要执行倒备机程序，首先通过继电器J8～J10，将故障主机关闭。再通过继电器J11启动备机。备机启动的默认播出频率为96.5MHz，功率为0W。然后通过音频切换器将故障主机的信号送到备机。音频切换器上有一个4选1音频切换器输出通道选择按键，按下一次，切换器则将下一路信号送到备机，4通道循环被选中。笔者将继电器J4并接到该按键上。单片机检测到当前送到备机的信号不是故障主机的信号，则使继电器动作一次，直到检测到送到备机的信号是故障主机的信号为止。

表1

最后是修改备机的发射频率和功率。备机板面上有几个按键：频率上调键，频率下调键，功率上调键，功率下调键和确认键。按一次频率上调/下调键，发射机工作频率提高/降低10KHz。按一次功率上调/下调键，发射机工作功率提高/降低约10W。按确定键是保存修改后的数据。笔者分别在这些按键上并接继电器J12～J15，通过这些继电器把备机工作频率改到故障主机的工作频率，并把备机功率提升到约280W播出。

2.吉兆1KW电视发射机的正常开/关

吉兆1KW电视的板面上有本控的开/关机键。笔者分别用继电器J2、J3分别并接到其本控的开/关机键上。当单片机检测到开机时间时，则使继电器J2动作，使发射机启动。当发射机检测到关机时间时，则使继电器J3动作，使发射机关闭。

3.机房排气扇的温度范围控制

机房的排气风扇有3个。一个是排风到油机房的供暖风扇，主要是在气温冷的时候，将发射机产生的暖气供到油机房，避免油机因为气温过冷而无法启动的问题；一个是机房的排气风扇，主要是将发射机房的热气排到机房外面；一个是300调频发射机的直吹风扇，主要是用在气温过高时，启动来直接吹调频发射机，可以起到很好的降温效果。单片机则根据检测到的环境温度，来启动或者关闭这3台机房的风扇。这3台风扇的启动或关闭的温度值如表2所示。

（五）键盘检测与外电检测电路

图3

键盘检测电路主要是用来修改系统时间用的。主要由时间上调键、时间下调键、确定键组成。当按下一次确定键，数据不再循环显示，只显示时间。此时可以通过上调/下调键来修改时间分的值，再按一次确定键，则可以通过上调/下调键来修改时间小时的值，再按一次确定键，则退出时间的修改程序，数据继续循环显示。当没有按下确定键，而按上调或下调键，可以使得数据不再循环显示，而只显现某一数据。显示什么数据，主要看按上调或下调键的时候，显示的是什么数据。再按一次上调或下调键，则数据继续循环显示。外电检测电路主要为单片机提供调频发射机的供电情况。当调频发射机启动时，继电器线包得电，其触点闭合，单片机P2.5口电平被拉低，单片机就知道了调频发射机供电正常。

表2

三、系统软件设计

在软件开发过程中，源程序采用汇编语言编写，可通过51单片机集成开发环境KeiluVision进行开发和编译，编译成的*.hex格式文件，可用编程器将其烧录到单片机STC89S52中。主程序流程图如图3所示。

主程序主要是对数字温度传感器DS18B20和时间芯片DS1302进行读操作，循环检测单片机的P2.4～P2.7，P1.4～P1.6，P0.5～P0.7口。然后根据检测的结果，从单片机的P1.7，P3.0～P3.7，P2.0～P2.4输出控制信号。定时器中断服务程序主要完成数据的循环显示。限于篇幅，源程序代码不在本文中列出。

四、结语

该系统经过一段时间的运行，能够很好地实现前面所述的所有功能，运行稳定，而整个系统的造价低廉，实用性高。有些功能通用性强，比如机房风机根据机房温度的变化而自动关闭或启动，在节约用电方面，能起到很好的效果，便于推广和应用。

1. 吴金戌、沈庆阳、郭庭吉：《8051单片机实践与应用》[M]，北京：清华大学出版社，2004年。