新一代多普勒天氣雷達遠程控制器

林忠南 張偉紅 徐 才 陳榮華

(舟山市氣象局，浙江舟山316021)

0 引言

次，多的達到4～5次。這些小故障經(jīng)常只需手動重啟RDASC計算機，或伺服計算機、伺服總電源就可以解決。為此，舟山站自行研制了遠程控制器，實現(xiàn)了RDASC計算機、伺服計算機、伺服總電源等的遠程控制，一些相關(guān)的停機故障無須上雷達站就能解決，使CINRAD達到了無人值守的要求。

1 控制器結(jié)構(gòu)原理

1.1 控制器原理框圖(圖1)

控制器主要由隔離器、鎖存器、緩沖器、驅(qū)動器、繼電器或電子開關(guān)組成。

圖1 控制器原理框圖

新一代多普勒天氣雷達(CINRAD)是一種具有全遙控功能的雷達，理論上可以實現(xiàn)無人值守。但強大的功能不可避免的使雷達軟硬件都更加的復雜化，從而導致雷達的穩(wěn)定性、可靠性難以達到無人值守的要求。特別是CINRAD至今仍存在一些經(jīng)常反復發(fā)生的小故障，更是給實現(xiàn)無人值守帶來極大的障礙。

經(jīng)過統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的CINRAD停機故障都是一些小故障，主要發(fā)生在RDASC計算機通訊和伺服控制部分，最常發(fā)生的是“天線座I/O錯”，舟山市氣象雷達站每月都有2～3

1.2 控制器方案

控制器功能簡單，對響應(yīng)速度也沒有很高的要求，但考慮到天氣雷達的重要性，控制器必須非常穩(wěn)定可靠，因此我們排除了相對較為復雜的采用單片機的制作方法，直接采用計算機作為通訊和控制軟件的工作平臺。

在近距離、低速通訊和控制接口數(shù)量少的情況下，并口通訊比串口通訊、USB通訊更為簡潔可靠，不需要昂貴的專用設(shè)備就可以開發(fā)制作，控制軟件也相對簡單。因此選擇計算機的并口作為控制器的通訊接口。而且空出來的兩個串口還可以用于CINRAD測試時的“天控模擬”和“DAU模擬”，一舉兩得。

1.3 控制器組成

1.3.1 接口隔離

由于計算機并口約有20 mA的輸出電流(數(shù)據(jù)口、控制口接TLP521光耦后，實測輸出電流約11 mA)，狀態(tài)口輸入端內(nèi)有上拉電阻，因此可以直接在并口的輸入、輸出端口串接光耦，無須再在光耦與并口間外加電源，使計算機與控制器后續(xù)部分達到了完全的隔離，提高了控制器的抗干擾能力和安全性。

不同的計算機并口的輸出電流可能會有所不同，為保證光耦的正常工作，可調(diào)整輸出端口與光耦間的限流電阻，把電流控制在一定范圍。對于TLP521系列光耦，可控制在5～10 mA，即保證工作，又可延長工作壽命。

1.3.2 數(shù)據(jù)接口

計算機并口在EPP模式下，其端口可分為8路雙向數(shù)據(jù)口(第2—9腳)、4路控制輸出口(第1，14，16，17 腳)、5 路狀態(tài)讀入口(第 15，13，12，10，11腳)，第18—25腳為公共接地端(如表1)?？刂破饔昧似渲械?6路，即8路雙向數(shù)據(jù)口、4路控制輸出口、4路狀態(tài)讀入口。

表1 EPP模式并口針腳定義

用并口的8路數(shù)據(jù)端口輸出雷達設(shè)備控制信號，可以同時控制八路電源或按鍵信號，足夠CINRAD的控制要求。如果有更多的控制需求，則可以復用并口的8路數(shù)據(jù)端口。

用并口的4路控制端口輸出3位的鎖存控制編碼信號和一位的譯碼器使能信號，通過3～8譯碼器控制鎖存器和緩沖器，輸出、讀入雷達設(shè)備控制信號。與直接控制相比，用編碼方式不但提高了控制器的抗干擾性，而且使控制器具有很大的擴展性。如果不考慮控制命令的驗證，可以輸出64路的控制信號。

用并口的4路狀態(tài)輸入端口讀入當前雷達設(shè)備控制信號狀態(tài)。狀態(tài)讀入采用時分復用方式，通過控制緩沖器的選通，分兩次讀入8位的當前雷達設(shè)備控制信號狀態(tài)，并與輸出控制命令作比較，監(jiān)測控制器是否工作正常。進一步提高了控制器的可靠性。

1.3.3 其它主要器件

放大驅(qū)動采用達林頓管驅(qū)動器uln2803，包含8個NPN達林頓管，高耐壓，輸出電流達500 mA，可直接驅(qū)動小型繼電器。與晶體管相比，大大簡化了電路，降低了故障率。

繼電器采用負載為交流220 V－10 A、控制電壓為5或12 V的小型通用功率繼電器。如果控制信號是小電流直流信號，比如按鍵信號，則可換用電子開關(guān)，以改善輸出控制信號的波形和響應(yīng)速度。

伺服總電源是大電流的三相電源，因此在繼電器后再加一個三相交流接觸器。

在各繼電器和交流接觸器上并聯(lián)手動開關(guān)，使得在雷達不停機情況下，就可以隨時把控制器從雷達系統(tǒng)中脫離，進行維護檢查，保證了氣象探測的連續(xù)性。

手動開關(guān)和交流接觸器電壓高、電流大，而且體形較大，因此安裝在專用的配電箱內(nèi)，進一步提高了設(shè)備的安全性和可操作性。

1.4 控制器外部連接框圖(圖2)

位于雷達站的控制器一端連接需控制的雷達設(shè)備電源或按鍵信號，另一端連接專用的計算機。山下遙控計算機只要通過遙控軟件，控制的專用計算機，就可以對與其相連的控制器進行操作，從而控制相關(guān)的雷達設(shè)備。

圖2 控制器外部連接框圖

2 控制器相關(guān)軟件

2.1 遙控程序

遙控程序可隨意選擇流行的成熟產(chǎn)品，但由于遙控程序是復用從CINRAD的RPG計算機和RDASC計算機之間的通訊線路，必須保證不能影響正常的雷達數(shù)據(jù)傳送，因此遙控程序應(yīng)該選擇占用帶寬少的。舟山站采用的是PCANYWHERE10，這款產(chǎn)品數(shù)據(jù)量小、CPU占用率低、操作簡潔、功能豐富，經(jīng)實際檢測，可同時應(yīng)用于RDASC計算機的遠程控制。

2.2 控制程序

2.2.1 并口操作

控制程序工作前需要確認計算機BIOS中的并口設(shè)置，并口通?？梢赃x擇使用3BCh，378h和278h這3個基地址，工作模式可選EPP模式或EPP+ECP模式?；刂穼?yīng)并口的數(shù)據(jù)寄存器，基地址+1對應(yīng)并口的狀態(tài)寄存器，基地址+2對應(yīng)并口的控制寄存器?？刂瞥绦蚓褪峭ㄟ^虛擬驅(qū)動程序讀寫這3個寄存器，與控制器進行通訊，控制繼電器動作，從而控制相應(yīng)的雷達設(shè)備。

2.2.2 虛擬驅(qū)動程序

虛擬驅(qū)動程序可選用WINIO，WINIO是一個全免費的、無需注冊的、含源程序的端口操作驅(qū)動程序組件。它能在VB，DELPHI，VC等其它環(huán)境下使用，性能特別優(yōu)異。

2.2.3 控制程序界面如圖3。

圖3 控制程序界面

2.2.4 控制程序主流程如圖4。

圖4 控制程序主流程

3 結(jié)語

采用并口通訊的控制器簡潔可靠，在舟山站一年多的業(yè)務(wù)使用過程中，雷達發(fā)生的“天線座I/O錯”等數(shù)十次無法自動恢復的故障，都成功地通過控制器遠程遙控解決，大大減少了上雷達站維護的次數(shù)和雷達的故障時間。控制器穩(wěn)定可靠，故障率為0，很好地保障了舟山站雷達在遙控操作下的正常運行，有較好的推廣和應(yīng)用價值。

［1］ 徐善榮.計算機接口技術(shù)［M］.湖北:武漢理工大學出版社，2004.

［2］ 王達.計算機網(wǎng)絡(luò)遠程控制［M］.北京:清華大學出版社，2003.