關于150KW短波發(fā)射機自動調諧單元結構的探討

王洪國

【摘要】本文對TBH522型150KW發(fā)射機自動調諧單元硬件結構的自動調諧主板、調諧控制板、模擬采集板電路板功能進行詳細的分析。

【關鍵詞】自動調諧;發(fā)射機

1.概述

TBH522型150KW發(fā)射機自動化系統(tǒng)主要由人機接口單元、控制單元、保護單元、自動調諧單元構成，同時為了模擬信號的檢測，全面改造了測量報警單元?？刂茊卧?、保護單元、自動調諧單元均可獨立運行。自動調諧單元通過8路伺服控制著整個發(fā)射機的粗調、細調、電平轉換、準備播音等控制。本文將詳細分析自動調諧主板、控制板和采集板的硬件結構。

2.自動調諧主板的分析

自動調諧主板主要作用是將所有輸入信號進行處理后控制8路伺服，并對發(fā)射機的各個狀態(tài)進行粗調諧及細調諧，同時根據各個狀態(tài)發(fā)出相應的控制及封鎖控制，并和人機接口單元進行通訊。以下對主板的各個組成部分進行詳細介紹。

（1）開關量輸入區(qū)1

將發(fā)射機輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后，輸入到FPGA進行各種邏輯運算。開關量輸入區(qū)1一共有22路，對應的輸入信號分別是：1）高壓2檔，2）高簾2檔，3）腔體接點，4）平衡轉換器腔體接點，5）控制來調諧允許，6）告警復位，10）高末檢波電壓輸入，11）衰減控制器調整正常信號輸入，12）射頻封鎖信號輸入，13）控制來粗調信號，14）控制來的細調允許信號，15）1路伺服到位，16）2路伺服到位，17）3路伺服到位，18）4路伺服到位，19）5路伺服到位，20）6路伺服到位，21）7路伺服到位，22）8路伺服到位。

（2）開關量輸入區(qū)2

將操作面板輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后，輸入到FPGA進行各種邏輯運算。開關量輸入區(qū)2一共有22路，對應的輸入信號分別是：1）1路調諧按鈕，2）2路調諧按鈕，3）3路調諧按鈕，4）4路調諧按鈕，5）5路調諧按鈕，6）6路調諧按鈕，7）7路調諧按鈕，8）8路調諧按鈕，9）手動，10）半自動，11）信道號預置，12）自動，14）粗調控制，15）前級細調，16）末級細調，17）電平轉換，18）開始播音，19）允許調諧，20）手動升信道號，21）手動降信道號。

（3）開關量輸入區(qū)3

本區(qū)域除1，2路外，其他路都作擴展輸入信號。其中1路是“切換塊模擬量顯示”，使用時，通過短路帽短路1路的短路接點，從而切換面板上伺服位置顯示模擬采集板2的數(shù)據來源;2路是“細調狀態(tài)8路伺服倒動有效”，細調狀態(tài)時，只有1路伺服，3路伺服，5路伺服細調元件可動作，但調機時不方便，為方便調機，設置此接點，在短路此接點時，8路伺服除2路在腔體接點釋放時可倒動外，其他都可倒動。

（4）開關量輸出區(qū)1

開關量輸出區(qū)1作用是將FPGA輸出通過T521-2光電耦合器隔離后控制外界高低電平，一共有30路，分別是：1）1路允許調諧;2）2路允許調諧;3）3路允許調諧;4）4路允許調諧;5）5路允許調諧;6）6路允許調諧;7）7路允許調諧;8）8路允許調諧;9）細調完成（完成1）;10）細調完成（完成0）;11）粗調完成（完成0）;12）粗調完成（完成時為1）;13）高前偏壓切換;14）衰減器控制;15）準備播音;16）調諧功率狀態(tài)（細調未完成為1）;17）低功率;18）高功率;19）升功率;20）降功率;21）1路伺服細調切換;22）2路伺服細調切換;23）3路伺服細調切換。

（5）開關量輸出區(qū)2

開關量輸出區(qū)2作用是將FPGA通過T521-2光電耦合器隔離后控制數(shù)模轉換板上的繼電器（OMRON-G6B-1114P-US），通過繼電器吸合控制相應的邏輯狀態(tài)，一共有12路，控制12個繼電器，分別是：1）輔助接點1控制輸出;2）輔助接點2控制輸出;3）輔助接點3控制輸出;4）輔助接點4控制輸出;5）腔體氣動開關控制出;6）5路修正切換A2;7）5路修正切換B2;8）5路修正切換A1;9）5路修正切換B1。

（6）模擬采集區(qū)

監(jiān)測模擬采集板1的8路伺服數(shù)據和模擬采集2來的8路發(fā)射機表值狀態(tài)信號數(shù)據，一共24位，由3片74HC373接口處理。通過74HC373對模擬采集板1、模擬采集板2進行接口后，將模擬采集的數(shù)據端的24位數(shù)據量送到FPGA進行處理。

（7）綜合區(qū)

此區(qū)域是FPGA輸出通過74HC14驅動后送到相應的控制信號的區(qū)域，有3個部分，分別是調諧控制DATA，模擬采集片選控制，面板顯示DATA。調諧DATA分2組，分別是8位數(shù)據輸出端和4位總線輸出控制端，輸出到數(shù)模轉換板，控制數(shù)摸轉換AD558及2組細調修正繼電器（DS2Y-S-DC12V）完成粗調及細調控制;模擬采集片選控制有2組共8位數(shù)據，送到2塊模擬采集板，分別控制2塊模擬采集板上各路模擬量的片選及高8位數(shù)據有效及低4位數(shù)據有效;面板顯示DATA共分2組，分別是8位數(shù)據輸出端和5位總線輸出控制端，送到自動調諧單元面板作面板顯示及按鈕指示燈用。

（8）中央處理區(qū)

本區(qū)域是自動調諧主板的中心區(qū)域，F(xiàn)PGA完成所有邏輯運算，89C52作數(shù)據處理，還包括時鐘控制器12C887，32KRAM，32KROM。

a）89C51：判斷各種狀態(tài)數(shù)據并進行處理，實現(xiàn)向FPGA下傳伺服粗調和細調等數(shù)據，同時通過RS232和人機接口單元通訊。

b）FPGA：實現(xiàn)整個系統(tǒng)的所有邏輯控制。

c）系統(tǒng)時鐘：1個是單片機89C52所提供的1Mhz的時鐘，另一個是由時鐘控制器12C887（編程輸出）提供的1KHz的時鐘，此板12C887的功能和控制主板、保護主板不一樣，只提供1Khz的時鐘信號。

d）32KRAM提供系統(tǒng)數(shù)據的臨時存儲，在掉電后將丟失所有數(shù)據。

e）32K-EEPROM存儲系統(tǒng)所有粗調、細調控制數(shù)據，4路輔助接點的控制信號，8路伺服高限位信息和低限位信息，表值調諧范圍信息等。

f）XC17S30：因FPGA內程序是存在RAM內的，掉電后便消失，故用一片XC17S30來存FPGA的程序，此芯片是FPGA的程序專用EPROM，不可擦除，上電后在1秒內自動將程序寫入FPGA，程序寫入成功后將停止工作。

g）RS232接口芯片MAX232C：MAX232C由3部分組成：2個充電泵（可將5VDC轉換成10V的電壓輸出），DC-DC變換器，RS-232驅動器和RS232接收器。89C52通過MAX232C驅動放大后，和人機接口單元進行通訊。

3.調諧控制板的分析

調諧控制板主要是將自動調諧主板發(fā)來的各種信號進行處理后送到8路伺服單元，控制8路伺服細調和粗調。

（1）數(shù)模轉換區(qū)

此區(qū)域由10片AD558和2片74HC373構成，AD558是8位電壓輸出型D/A轉換器，電壓輸出范圍有2種，0-2.5V和0-10V，本板上用的是0-10V輸出范圍，AD558將自動調諧主板發(fā)來的8位數(shù)字信號通過4位總線控制信號片選后輸出10路模擬量，其中1-8路通過分配放大器LM353分配放大后輸出到伺服放大器，控制1-8路伺服倒動。第10路是輸入到10K可調電位器，和-12V電壓調整后輸出作1路細調修正控制信號。12路和11路由74HC373鎖存處理，用來控制3路和5路細調修正控制，自動調諧主板來的8位數(shù)據信號和4位總線控制信號，經過74HC373鎖存后輸出給三極管C1815，驅動16個繼電器（DS2Y-S-DC12V），并通過繼電器的吸合來控制修正繼電器區(qū)的3路和5路的細調修正電阻，修正電阻的單位依次是20歐、40歐、80歐、160歐、320歐、640歐、1280歐、2560歐，一共有256個檔位，電阻可調范圍從0歐到5120歐，以便實現(xiàn)對3路和5路進行線性修正。

（2）伺服調諧放大輸出區(qū)

此區(qū)域是對AD558輸出的模擬信號經過LM353分配放大后，輸出到伺服放大器控制伺服進行調諧，除手動狀態(tài)外的其他所有狀態(tài)的粗調信號都從這發(fā)出但不發(fā)生細調信號，手動狀態(tài)時，粗調和細調控制都從這位置發(fā)出，此區(qū)域所發(fā)出的信號直接影響到整套系統(tǒng)粗調到位的準確度;調整時可置于手動狀態(tài)，在不旋轉光編碼器時，相應的伺服監(jiān)測信號和此位置相應的（下轉第118頁）（上接第116頁）輸出信號必須相等，若不等可通過此區(qū)域的可調電位器進行調整，達到輸入輸出一致。

（3）繼電器區(qū)

此區(qū)域作用是FPGA通過光電耦合器發(fā)出低電平信號，來控制繼電器的吸合，并通過繼電器吸合接點來控制相應部件的合與斷，一共有12路， 1-4路是通過繼電器的吸合，將輔助接點公共端的信號送到輔助接點的控制接觸器上，控制輔助接點的吸合和斷開，控制單元分別是：1）輔助接點1控制輸出;2）輔助接點2控制輸出;3）輔助接點3控制輸出;4）輔助接點4控制輸出;5）第5路通過繼電器的吸合，將腔體接點氣動開關的控制信號送到腔體氣動開關接觸器上，在腔體到位后控制腔體接點吸合;6）9路到12路是控制5路細調修正信號A、B送入伺服放大器的方向;7）5路修正切換A2;8）5路修正切換B2，9）5路修正切換A1;10）5路修正切換B1。

4.模擬采集板的分析

模擬采集板和保護單元用的模擬采集板一樣，但自動調諧單元的+12V和-12V電源是經過穩(wěn)壓后輸入的，故此板上的穩(wěn)壓塊7912和7812都被取消了。同時因本單元不需比較器功能，模擬采集板的比較器區(qū)是空著的，只用了模擬采集功能，分別是模擬采集1采集8路伺服位置信號，模擬采集2采集8路機器的狀態(tài)表值，在使用過程中這2塊板可互換。

模擬采集1對應的采集信號分別是：

1）1路伺服位置信號;2）2路伺服位置信號;3）3路伺服位置信號;4）4路伺服位置信號;5）5路伺服位置信號;6）6路伺服位置信號;7）7路伺服位置信號;8）8路伺服位置信號。采集后的數(shù)字信號經過主板采集區(qū)的74HC373送入FPGA進行處理，實現(xiàn)自動調諧。

模擬采集2對應的信號分別是：

1）高末簾柵流;2）高末屏流;3）高末簾柵壓;4）高前屏流;5）高末簾柵流;6）高末屏壓;7）輸出功率;8）反射功率。將采集后的數(shù)字信號經過主板采集區(qū)的74HC373送入FPGA進行處理，作為自動調諧時表值判斷及表值指示用。

5.總結

本自動調諧系統(tǒng)采用數(shù)字調諧方式來實現(xiàn)發(fā)射機射頻回路的調諧，被調元件為電感線圈和真空可變電容，改變其機械轉動圈數(shù)即可改變其電氣參量。通過分析調諧單元的硬件結構，有助于發(fā)射機的日常維護和故障處理，保證發(fā)射機的穩(wěn)定播出。