基于A R M的飛機(jī)導(dǎo)航測(cè)距儀L D B-1 0 2監(jiān)控系統(tǒng)

寧波機(jī)場(chǎng)與物流發(fā)展集團(tuán)有限公司 陳增杰

基于A R M的飛機(jī)導(dǎo)航測(cè)距儀L D B-1 0 2監(jiān)控系統(tǒng)

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本文針對(duì)測(cè)距儀LDB102監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輔助輸入輸出接口，設(shè)計(jì)了以ARM7核心的LPC2103芯片進(jìn)行采集、傳輸、接收、顯示處理，數(shù)據(jù)傳輸采用FSK編碼的電纜及串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)光信號(hào)的兩種通信方式。該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)得到了良好應(yīng)用。

導(dǎo)航設(shè)備；遠(yuǎn)程監(jiān)控通信；ARM；FSK

0.引言

飛機(jī)導(dǎo)航測(cè)距儀是一種目前廣泛應(yīng)用的測(cè)距設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱DME），DME設(shè)備的作用是提供飛機(jī)與地面導(dǎo)航臺(tái)站的距離，基本原理為通過電磁波傳播時(shí)間差來測(cè)量距離。下滑設(shè)備配套的DME設(shè)備一般放置在無人值守的導(dǎo)航臺(tái)站，提供飛機(jī)著陸的距離指示。若由于設(shè)備故障信息反饋不及時(shí)，會(huì)引起空中交通安全和航班正點(diǎn)率，因此必須建立可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，尤其需保證安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通信方式。

1.監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

針對(duì)上述情況，結(jié)合導(dǎo)航臺(tái)的實(shí)際情況，本文給出了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航設(shè)備測(cè)距儀（LDB-102）監(jiān)控系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)通過光纜或電話線纜建立通信，保障對(duì)導(dǎo)航設(shè)備DME的控制和監(jiān)視。導(dǎo)航設(shè)備DME（LDB-102）監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

圖1 導(dǎo)航設(shè)備D ME輔助監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

導(dǎo)航設(shè)備DME（LDB-102）監(jiān)控系統(tǒng)由導(dǎo)航臺(tái)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心兩部分組成。在導(dǎo)航臺(tái)的下位機(jī)主要負(fù)責(zé)：1、針對(duì)導(dǎo)航設(shè)備DME（LDB-102），進(jìn)行狀態(tài)信號(hào)（工作模式、發(fā)射狀態(tài)、電源狀態(tài)、電池狀態(tài)等）的采集、控制信號(hào)傳遞；2、針對(duì)上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心由上位機(jī)和監(jiān)視計(jì)算機(jī)組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)電纜的數(shù)據(jù)傳輸、負(fù)責(zé)向監(jiān)視計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)、進(jìn)行控制信號(hào)（開機(jī)、主備機(jī)切換、關(guān)機(jī)）的采集、狀態(tài)信號(hào)的顯示以及在設(shè)備告警時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警等。監(jiān)視計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并在軟件界面進(jìn)行狀態(tài)顯示，以及設(shè)備告警時(shí)發(fā)送短信息至技術(shù)人員手機(jī)。

此次通過電纜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)以頻移鍵控FSK方式進(jìn)行。FSK（Frequency-shift keying）：頻移鍵控，就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率，是信息傳輸中使用得較成熟的一種調(diào)制方式。它是利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。最常見的是用兩個(gè)頻率承載二進(jìn)制1和0的雙頻FSK系統(tǒng)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是∶ 實(shí)現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.監(jiān)控系統(tǒng)的硬件

2.1 監(jiān)視控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)性能在處理速度和穩(wěn)定度上都達(dá)到了較好的水平，所以監(jiān)視計(jì)算機(jī)用一般的PC機(jī)來建立。發(fā)送告警短信息的GSM MODEM器件采用華為GTM900 無線模塊，此器件是一款三頻段 GSM/ GPRS無線模塊，它支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT命令及增強(qiáng) AT 命令，提供豐富的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應(yīng)用的理想解決方案。

2.2 上位機(jī)

上位機(jī)以ARM7為核心的LPC2103作為中央處理器，包括串口電平轉(zhuǎn)換電路、FSK編碼傳輸電路、狀態(tài)顯示電路、聲光告警電路、設(shè)備控制電路。LPC2103做串行口的TTL電平需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能與RS232接口進(jìn)行通信，電平轉(zhuǎn)換采用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn)。電路的FSK編碼使用TCM3105芯片進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。

LPC2103是一個(gè)基于16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并帶有32KB的嵌入高速FLASH存儲(chǔ)器，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，較小的封裝和很低的功耗使LPC2103特別適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，它內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（2個(gè)UART、SPI、SSP和2個(gè)I2C）和8KB的片內(nèi)SRAM[1]。

圖2 芯片L P C 2 1 0 3的外圍電路及串口電平轉(zhuǎn)換電路

TCM3105芯片是美國(guó)TEXASINSTRUMENTS公司生產(chǎn)的單片CMOS工藝的Modem，符合CCITT V.23和BELL202標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)含基本的調(diào)制解調(diào)、定時(shí)、載波檢測(cè)，以及群延時(shí)均衡等[2]，可工作于全雙工方式,廣泛應(yīng)用于中、低速數(shù)據(jù)通信。

表1 T C M3 1 0 5工作模式設(shè)置表

系統(tǒng)中設(shè)置的FSK編解碼工作模式如表1所示，TRS、TXR1和TXR2設(shè)置為低電平，即通信波特率為1200的全雙工方式，頻率1300HZ和2100HZ分別代表“1”、“0”進(jìn)行編解碼。有源濾波器由LM324組成，功能是放大有效信號(hào)，過濾無用信號(hào)。在電路中采用T1變壓器和C7、C8電容，起到隔離直流成分、耦合交流信號(hào)功能。具體電路實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

圖3 編解碼通信電路

2.3 下位機(jī)

根據(jù)系統(tǒng)功能需要，下位機(jī)同樣使用LPC2103作為中央處理器，包括串口電平轉(zhuǎn)換電路、FSK編碼傳輸電路、狀態(tài)采集電路、設(shè)備控制信號(hào)傳輸電路。

在信號(hào)采集電路中用光電耦合器P521進(jìn)行電氣隔離，采集到的信號(hào)通過LPC2103來進(jìn)行處理?？刂圃O(shè)備的接口電路同樣通過光電耦合器進(jìn)行電氣隔離和信號(hào)放大。串行口的電平轉(zhuǎn)換電路與上位機(jī)相同，采用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn)。

3.程序設(shè)計(jì)

3.1 下位機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)

在設(shè)計(jì)中，LPC2103開發(fā)選擇Keil uVision3平臺(tái)的編譯環(huán)境。它是一款集成開發(fā)環(huán)境，由KeilSoftware公司所推出，擁有靈活的源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯等功能，豐富的配置向?qū)Чδ芤约案咚俚膯?dòng)代碼和配置文件生成能力。下位機(jī)LPC2103的程序流程如圖4所示：

圖4 下位機(jī)程序流程示意圖

下位機(jī)的程序有兩部分組成：①主程序執(zhí)行DME設(shè)備狀態(tài)信號(hào)的采集分析；②串口中斷程序則實(shí)時(shí)監(jiān)視串口接收的數(shù)據(jù)，根據(jù)通信的協(xié)議判斷接收的數(shù)據(jù)為控制設(shè)備的數(shù)據(jù)還是要求傳送當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)的請(qǐng)求信號(hào)。對(duì)于控制設(shè)備的數(shù)據(jù)則經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后傳送控制信號(hào)發(fā)送至控制端口；對(duì)于請(qǐng)求獲取當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)則傳送當(dāng)前DME設(shè)備狀態(tài)。

3.2 上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的LPC2103程序設(shè)計(jì)與下位機(jī)相似，主程序執(zhí)行設(shè)備開關(guān)機(jī)或轉(zhuǎn)換機(jī)控制信號(hào)的采集，并以FSK編碼方式進(jìn)行通信。在中斷接收程序中，把下位機(jī)傳送的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC機(jī)，并體現(xiàn)到LED顯示電路，必要時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.3 監(jiān)視計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

在PC機(jī)上運(yùn)行的監(jiān)視軟件，采用VC++.NET編程語言開發(fā)。軟件啟動(dòng)時(shí)首先發(fā)送信息與下位機(jī)進(jìn)行連接，并顯示監(jiān)視系統(tǒng)主界面。在監(jiān)視系統(tǒng)主界面視圖中，顯示當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備歷史記錄視圖。當(dāng)監(jiān)視系統(tǒng)收到設(shè)備告警信息后，調(diào)整設(shè)備狀態(tài)顯示界面同時(shí)保存記錄至ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)出聲音告警，并且通過監(jiān)控中心的GSM MODEM發(fā)送短信息到技術(shù)人員手機(jī)。短信息告警通知，由監(jiān)視軟件向GSM MODEM使用AT指令來發(fā)送。

4.結(jié)語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)航設(shè)備DME（LDB-102）的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在通信方式上采用光纜和電纜兩種傳輸路徑，使得監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道互為主備。此監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，運(yùn)行基本穩(wěn)定可靠，通信距離達(dá)五公里以上。同時(shí)利用GSM MODEM的短信息功能, 使系統(tǒng)在設(shè)備告警時(shí)自動(dòng)發(fā)送告警短信息給技術(shù)員的功能，大大提高了工作效率，減少了人工逐個(gè)電話通知的工作量。

[1]周立功．LPC2101_2102_2103中文指南[EB/OL]． http：//www．zlgmcu．com,2009(3)．

[2]房燦新,張爾楊．基于單片機(jī)的低成本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]．信息化研究,2002,28 (7)：17-19．