空管席位機(jī)柜內(nèi)部多點(diǎn)位溫度監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

引 言

隨著中國(guó)民用航空事業(yè)的飛速發(fā)展，空管需要為民航提供可靠、有效的空中交通管制服務(wù)，這離不開(kāi)空管行業(yè)內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行。通訊、監(jiān)視、導(dǎo)航等設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行對(duì)于優(yōu)質(zhì)的空中交通管制服務(wù)起到了基礎(chǔ)性作用。因此，空管行業(yè)的設(shè)備運(yùn)行對(duì)于運(yùn)行環(huán)境的要求也明顯比其他行業(yè)嚴(yán)格，空管管制大廳席位內(nèi)部安裝的設(shè)備很多，有主備用自動(dòng)化系統(tǒng)、內(nèi)話(huà)系統(tǒng)、綜合信息顯示系統(tǒng)、遙控盒等，在一個(gè)狹小的空間內(nèi)，安裝多套設(shè)備，并且要保障 24 小時(shí)安全運(yùn)行，環(huán)境溫度對(duì)于其穩(wěn)定性就顯得尤為重要，我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備工作環(huán)境制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2887-89，分為a 級(jí)、b 級(jí)和c 級(jí)。為了確保設(shè)備運(yùn)行的溫度范圍，空管管制席位內(nèi)通常配備了下送風(fēng)系統(tǒng)，即從席位底下向機(jī)柜內(nèi)輸送適宜的冷風(fēng)，但是，一般的下送風(fēng)系統(tǒng)沒(méi)有席位機(jī)柜內(nèi)部溫度檢測(cè)功能，一旦下送風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者其他原因?qū)е聶C(jī)柜內(nèi)溫度過(guò)高，維護(hù)人員無(wú)法第一時(shí)間得知，而在一個(gè)狹窄相對(duì)密閉的空間里，多套設(shè)備的不間斷散熱會(huì)讓席位機(jī)柜內(nèi)的溫度急劇升高，這非常容易導(dǎo)致設(shè)備主機(jī)運(yùn)行異常和故障。因此，設(shè)計(jì)一套能夠?qū)崟r(shí)對(duì)多點(diǎn)位，即多席位進(jìn)行溫度監(jiān)控并報(bào)警的軟硬件系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。

1 一般溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)一套溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)上需要具有的模塊有溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、輸出模塊等。每一個(gè)模塊都有配套的相關(guān)輔助電路設(shè)計(jì)。

溫度傳感器以及其采集模塊主要是通過(guò)溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集，并且將溫度信息轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，溫度傳感器有模擬傳感器和數(shù)字傳感器等。考慮到空管席位機(jī)柜的現(xiàn)狀，采取 AD590 溫度傳感器，它是單片集成兩端感溫電流源，它能將溫度轉(zhuǎn)換為電流，且電流與絕對(duì)溫度成正比，可測(cè)量范圍－ 55 ℃～ +150 ℃，具有非常好的線(xiàn)性輸出性能，溫度每增加 1 ℃，其電流增加 1 μA ；時(shí)鐘模塊為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息 ；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊主要考慮不同接口設(shè)備之間的傳輸方式，通常有AD 或者DA 轉(zhuǎn)換，串口到并口的轉(zhuǎn)換，或者不同接口協(xié)議的轉(zhuǎn)換 ；數(shù)據(jù)處理控制模塊可以使用單片機(jī)、DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）、FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）等，考慮到單片機(jī)足以完成該設(shè)計(jì)的控制功能，DSP 和 FPGA 的成本較高，且編程難度比單片機(jī)大，故單片機(jī)的選型上采用STC12C5A60S2 單片機(jī)，該單片機(jī)與傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)相比， 指令代碼完全兼容，但是處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)，而且具有功耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ；輸出模塊主要考慮到和電腦主機(jī)的對(duì)接和接口轉(zhuǎn)換。

通常情況下，主要有三種硬件架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)功能。

第一種 ：RS 485 總線(xiàn)型，如圖 1 所示。

第三種 ：無(wú)線(xiàn)型，主要是電腦監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控點(diǎn)位之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通信。

2 空管席位機(jī)柜內(nèi)溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)硬件架構(gòu)選擇

空管席位機(jī)柜內(nèi)溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)架構(gòu)的選擇主要考慮安全、穩(wěn)定性方面，第三種無(wú)線(xiàn)型架構(gòu)有可能會(huì)對(duì)空中交通管制服務(wù)造成信號(hào)干擾，因此不適宜采用。

第一種RS 485 總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)和第二種網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)都可以滿(mǎn)足和適用于空管席位機(jī)柜內(nèi)的溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然而考慮到開(kāi)發(fā)難度、開(kāi)發(fā)周期以及開(kāi)發(fā)成本，本設(shè)計(jì)采用第一種架構(gòu)，其具體的優(yōu)點(diǎn)有：RS 485 總線(xiàn)傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)傳輸距離達(dá) 1200m，滿(mǎn)足

空管管制大廳最遠(yuǎn)席位位置和監(jiān)控主機(jī)的距離，同時(shí)RS485總線(xiàn)可支持多點(diǎn)通信，最多能支持接入 32 個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。按照目前西安管制席位的配置情況，完全滿(mǎn)足需求。且各節(jié)點(diǎn)之間連接簡(jiǎn)易，組網(wǎng)靈活，RS 485 總線(xiàn)的成本低，因此 RS 485 總線(xiàn)型溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成為首選方案。

3 控制程序及人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

單片機(jī)作為硬件電路信號(hào)處理的核心，以及作為溫度傳感器信號(hào)的處理控制，在整個(gè)設(shè)計(jì)中非常重要，對(duì)于單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)，首要考慮的是穩(wěn)定性和可靠性，在設(shè)計(jì)中可以考慮給單片機(jī)設(shè)置外部按鍵模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，既能夠通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，也可以通過(guò)手動(dòng)方式復(fù)位。

人機(jī)交互界面程序可以方便、簡(jiǎn)單的對(duì)席位監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)提取并顯示。該界面主要和用戶(hù)打交道，通過(guò)該界面，監(jiān)控人員可以在界面上對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行操作，可以設(shè)置預(yù)告警溫度閾值、告警溫度閾值、及溫度顯示方式。程序界面的呈現(xiàn)部分需要盡可能地符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際位置和感官感受。

結(jié) 語(yǔ)

本文首先簡(jiǎn)單闡述了環(huán)境溫度對(duì)于空管行業(yè)設(shè)備安全運(yùn)行的重要性，以及對(duì)于環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的必要性，由此出發(fā)，在三種不同架構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能的情況下，進(jìn)行了認(rèn)知分析，最后結(jié)合空管席位機(jī)柜和空管管制大廳的實(shí)際， 闡述了RS 485 總線(xiàn)型架構(gòu)的溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)思路和方法。