一种卫星接收天线自动除雪装置的设计

朱文玉

内蒙古新闻出版广电局赤峰广播发射中心台巴林左739台 内蒙古 赤峰市 025450

内蒙古地处祖国北疆，冬季降雪较多，广播电视台站常用的卫星接收天线积雪后，会对广播电视信号产生很大的影响，甚至造成信号中断。目前，绝大多数台站是靠人工除雪，每当下雪时，就会派人到天线场地负责扫雪。可是，少则一两个小时、动辄十几个小时的风雪中劳动，对员工体力和意志力都是极大的消耗。这与“以人文本”和“数字化、网络化、智能化”的发展理念是不相符的，因此设计一款自动化的除雪装置是必要的。

1 常见除雪方式

目前，在建筑、交通、农业、汽车等领域主要有化学融雪法、电加热融雪法、机械刮板除雪法等除雪方式。下面简要介绍一下几种方法的优缺点。

1.1 化学融雪法

化学融雪法是在雪面上喷洒融雪剂，以降低冰雪的融化温度，雪接触到融雪剂后，会很快融化成液体，这种方法的优点是原料易得，价格低廉，且可大面积机械化作业，广泛应用于道路、城市广场、机场等场所的除雪作业。常用的除雪剂主要是醋酸钾和氯盐，这两种物质对钢铁、铝合金和电缆的绝缘层都有较强的腐蚀性，且对环境和植被有一定的损害。各台站所用的卫星接收天线大多是钢铁或铝合金材质的，所以排除这种除雪法。

1.2 电加热融雪法

电加热融雪法的原理是利用电热丝将电能转换成热能，使雪受热融化。这种除雪法方便快捷，安装简便且由于没有机械运动装置所以故障率低，使用过程中维护成本低。但是由于内蒙古地区降雪时气温很低，加之卫星接收天线大多为金属材质，散热快，如果长时间使用，能耗会非常大，所以也放弃了这种除雪方式。

1.3 机械刮板除雪

机械刮板除雪是最常见的一种除雪方法，通过电机或者内燃机等作为动力带动刮板运动，达到除雪的目的。广泛应用于建筑、交通、农业、汽车等领域，优点是技术成熟、安全可靠、造价低、运行费用低廉。兼之受到汽车雨刮器设计的启发，本设计选择了机械刮板除雪法，且选用汽车雨刮器用的12V 直流电机作为动力装置。

2 硬件设计

本设计按照模块划分可分为中央控制单元、电源模块、数据采集模块、时钟控制模块、复位模块、声光报警模块和执行模块。

中央控制单元为单片机AT89C51，是一款带4K 字节 FLASH 存储器、32 个 I/O 口、两个 16 位定时/计数器的可编程的功能强大的微处理器。在该系统中起到控制单元的作用，首先对数据采集模块送来的信号进行判断，如果有P0.0 为高电平，系统马上执行内部存储的程序，给P1 口高电平输出，从而启动声光报警和电机运转，电路如图1所示。

图1 电路图

电源模块的作用是为数据采集模块、U1、U2 提供+5V 直流电源，为执行模块提供+12V 直流电源。

数据采集模块由三对红外对射式光电开关和一个与门集成模块74X11 组成，由于红外对射式光电开关灵敏度很高，有沙尘、飞虫、树叶飞过都会改变它的开关状态，为了防止系统误启动，增加了一个与门逻辑电路U1，只有当三个光电开关 S1、S2 和 S3 同时闭合时，U1 的 1Y 引脚才会变为高电平，并将该高电平信号送到AT89C51。考虑到大多数台站都不止一面卫星接收天线，所以在实际应用中，工作人员仍然可以每面卫星接收天线只安装一对光电开关。

时钟控制模块由型号为HC-49S 的晶振X1 和两个容值为30PF 的电容C1、C2 组成。作用是为系统提供时钟信号。

复位模块由点动开关S4、电容C3、电阻R1组成。主要作用是对AT89C51 执行初始化操作，当系统运行故障时，点击S4 可使系统重新启动。

声光报警模块由发光二极管D1、蜂鸣器LS1和电阻R2、R3 以及开关S2 组成。当系统判断降雪后，可实现声光报警，提示值机员除雪系统已经开始工作。本设计中声光报警与电机同步工作，声光报警启动，电机启动，声光报警停止，电机也停止运行。由于降雪一般都会持续很长时间，为防止蜂鸣器影响值机员工作，设置了一个开关S2，可手动关闭蜂鸣器。S2 断开后，值机员可以通过发光二极管D1 查看系统工作状态，D1亮，则证明除雪装置正在工作，D1 熄灭，则证明积雪被清除后，暂时未达到预定厚度，没有遮住对射传感器的光束，系统处于待机状态。

执行模块由电阻R4、大功率三极管Q1 和电动机M1 组成。当P1.2 输出高电平后，Q1 的基极得到高电平，集电极和发射极导通，电动机M1 得到12V 供电，开始运转，带动机械刮板开始除雪工作。

3 软件设计

本程序实现的功能是：当三组红外光束同时被不透明物体遮挡时，程序判定卫星接收天线被降雪覆盖，系统启动声光报警提示值机员系统进入工作状态，并同时启动电动机带动机械刮板开始除雪作业。除雪作业开始后，系统会再次判定数据采集模块的输入信号，如果三组红外光束仍然同时被遮挡，系统继续声光报警并控制电动机工作，当其中一组或两组处于未遮挡状态，系统停止工作，直到三组红外光束同时被遮挡时再次启动，程序工作流程图如图2所示。

图2 程序工作流程图

结 束 语

此卫星接收天线自动除雪装置，可及时、高效的清除卫星接收天线上的积雪，具有安装方便，工作稳定，灵敏度高，安全可靠，运行成本低廉等优点，不但可以代替人工完成恶劣天气条件下的除雪工作，也填补了目前市场的空白，值得在广播电视台站推广应用。