AWA DVOR/DME設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

黃鴻生

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.139

摘 要：AWA DVOR/DME設(shè)備是航路中常用的近程導(dǎo)航設(shè)備，主要為飛機(jī)提供方向和距離信息。它的正常工作、可靠運(yùn)行與否，直接關(guān)系到飛行的安全。本文所介紹的AWA DVOR/DME設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，自動(dòng)采集AWA DVOR/DME設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)GSM短信方式傳輸?shù)筋A(yù)設(shè)手機(jī)中，及時(shí)準(zhǔn)確反饋AWA DVOR/DME設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，幫助技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，變被動(dòng)為主動(dòng)，確保所有的導(dǎo)航設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：AWA DVOR/DME 單片機(jī) 信號(hào)采集 短信

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（a）-0139-03

AWA DVOR/DME導(dǎo)航設(shè)備為航路飛機(jī)提供方向和距離信息，航路上的導(dǎo)航設(shè)備大部分建在航站或邊遠(yuǎn)地區(qū)，由航站機(jī)場(chǎng)技術(shù)人員或當(dāng)?shù)厝藛T代維。由于各種原因，外站設(shè)備維護(hù)力度有待進(jìn)一步加強(qiáng)?；趩纹瑱C(jī)和GSM短信技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)使異地的值班固定手機(jī)變成被監(jiān)視的DVOR/DME設(shè)備的報(bào)警接收器。外站的DVOR/DME設(shè)備一旦發(fā)生異常，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)給預(yù)設(shè)的值班固定手機(jī)發(fā)出報(bào)警短信，也可以軟件設(shè)置每日定時(shí)查詢(xún)，發(fā)送DVOR/DME設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。這有助于提高外站DVOR/DME設(shè)備的安全系數(shù)，使值班員第一時(shí)間掌握外站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，收到異常短信，及時(shí)組織技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理突發(fā)事件，有效降低潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)STC12單片機(jī)，下同）作為中央微處理器，由信號(hào)采集模塊、外部中斷擴(kuò)展模塊、顯示模塊、短信控制模塊以及晶振電路、復(fù)位電路等構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。STC12單片機(jī)芯片指令速度為1T，采用11.0592MHz頻率。STC12單片機(jī)有兩個(gè)UART全雙工串行通信接口：COM1（RxD/P3.0、TxD/P3.1）和COM2（RxD/P1.2、TxD/P1.3），使用MAX3232芯片作為電平轉(zhuǎn)換芯片。系統(tǒng)使用DC5V1A開(kāi)關(guān)電源供電，電源要求穩(wěn)定可靠，電源容量偏小或電源波紋過(guò)大，會(huì)使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 設(shè)備狀態(tài)信息的分析

AWA DVOR的狀態(tài)信息是開(kāi)關(guān)量，由DVOR CTL模塊的組件輸出一個(gè)高電平驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，使24V電壓導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED燈點(diǎn)亮，表明對(duì)應(yīng)的事件發(fā)生。DVOR的狀態(tài)信號(hào)有7個(gè)：（1）DVOR 1號(hào)機(jī)開(kāi) 滅（亮）；（2）DVOR 2號(hào)機(jī)開(kāi) 亮（滅）；（3）DVOR正常 亮（滅）；（4）DVOR換機(jī) 滅（亮）；（5）DVOR關(guān)閉 滅（亮）；（6）DVOR電池充電正常 亮（滅）；（7）DVOR AC正常 亮（滅）。

對(duì)DVOR的7個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平。前3個(gè)是讀取狀態(tài)信息，后4個(gè)是中斷源。DVOR電池充電正常與DVOR AC正常經(jīng)過(guò)反相器后作為中斷源接入8259A。

AWA DME的狀態(tài)信息是高電平有效，導(dǎo)通三極管，推動(dòng)后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路電亮發(fā)光二極管，表征對(duì)應(yīng)狀態(tài)。DME的7個(gè)狀態(tài)信息是：（1）DME 1號(hào)機(jī)開(kāi)啟 亮（滅）；（2）DME 2號(hào)機(jī)開(kāi)啟 滅（亮）；（3）DME 設(shè)備工作正常 亮（滅）；（4）DME 轉(zhuǎn)機(jī) 滅（亮）；（5）DME 關(guān)機(jī) 滅（亮）；（6）DME 電池充電正常 亮（滅）；（7）DME AC正常 亮（滅）。

對(duì)DME的7個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平。前3個(gè)是讀取狀態(tài)信息，后4個(gè)是中斷源。DME電池充電正常與DME AC正常經(jīng)過(guò)反相器后作為中斷源接入8259A。

信息采集部分共有6個(gè)讀取信息，8個(gè)中斷信號(hào)。采集的狀態(tài)信息全部加有光-電偶合隔離，這樣可以將大部分外界干擾信號(hào)隔絕在STC12單片機(jī)之外，使系統(tǒng)在干擾嚴(yán)重的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作，同時(shí)也可以避免對(duì)原有DVOR/DME設(shè)備產(chǎn)生影響。

1.2 信息采集

在實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)中，采用中斷方式更快捷高效。但是STC12單片機(jī)可用作不同用途的外部中斷源只有兩個(gè)（和），需要使用可編程中斷控制器8259A擴(kuò)展外部中斷，8259A具有擴(kuò)展和管理外部中斷的功能，能夠管理8個(gè)外部中斷，8259A選用全嵌套方式，即中斷的優(yōu)先級(jí)順序依照IR0～I(xiàn)R7逐級(jí)降低，采取上升沿或高電平觸發(fā)方式，實(shí)時(shí)響應(yīng)外部8個(gè)中斷請(qǐng)求。8259A的A0接在單片機(jī)的P2.7，用于對(duì)芯片內(nèi)部的兩組可編程寄存器進(jìn)行選擇。INT信號(hào)經(jīng)反向后連接到單片機(jī)的，以滿足單片機(jī)對(duì)外部中斷申請(qǐng)觸發(fā)方式的要求。由于STC12單片機(jī)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的中斷響應(yīng)信號(hào)，應(yīng)用時(shí)要求人為產(chǎn)生一個(gè)8259A的中斷響應(yīng)信號(hào)。信號(hào)經(jīng)反向和INT信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)與非電路后獲得8259A所需要的信號(hào)。通過(guò)軟件讀操作產(chǎn)生8259A的信號(hào)。DVOR設(shè)備的4個(gè)中斷源和DME設(shè)備的4個(gè)中斷源接在8259A的8個(gè)外部中斷IR0～I(xiàn)R7上。DVOR設(shè)備的3個(gè)讀取信息和DME設(shè)備的3個(gè)讀取信息接在STC12單片機(jī)的P2口的前6位，由STC12單片機(jī)直接讀取，獲得狀態(tài)信息。

1.3 短信控制模塊

系統(tǒng)采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的TC35i短信控制模塊，該模塊性?xún)r(jià)比較高，并且已經(jīng)獲得國(guó)內(nèi)無(wú)線電入網(wǎng)許可證。TC35i的頻段為雙頻（GSM900/1800MHz），支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短信和傳真。該模塊集射頻電路和基帶于一體，提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短信和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便使用者開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)應(yīng)用。STC12單片機(jī)通過(guò)COM1（RxD/P3.0、TxD/P3.1）串行接口與TC35i模塊通信，TC35i模塊將單片機(jī)采集到的信息通過(guò)GSM（Global System for Mobile Communication）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)GSM短信服務(wù)中心轉(zhuǎn)發(fā)到預(yù)先設(shè)定的固定手機(jī)中。endprint

TC35i模塊接口參數(shù)是8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，波特率在1200～115kBit/s之間可選。STC12單片機(jī)執(zhí)行AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)TC35i模塊的各種操作。

1.4 顯示模塊

顯示模塊采用TC12864A模塊，TC12864A模塊是一個(gè)帶有中文字庫(kù)的128×64點(diǎn)陣LCD顯示屏，具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)，內(nèi)置8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字和128個(gè)16×8點(diǎn)陣ASCII字符集。TC12864A模塊具有簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可以控制顯示點(diǎn)陣圖形和中英文字符，芯片PSB引腳是串行控制與并行控制選擇位，當(dāng)為高電平時(shí)是并行控制方式，當(dāng)為低電平時(shí)為串行控制方式，為了節(jié)省引腳，本系統(tǒng)采用2線串行控制方式，能夠滿足字符顯示的要求。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件包括主程序和子程序兩部分，主程序主要完成系統(tǒng)對(duì)各個(gè)硬件的初始化工作，子程序主要完成各個(gè)模塊與STC12單片機(jī)之間進(jìn)行交互并實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。STC12單片機(jī)執(zhí)行初始化程序，設(shè)定P0、P1、P2、P3、P4五個(gè)I/O口的工作狀態(tài)，對(duì)8259A芯片和TC35i模塊進(jìn)行初始化，設(shè)置8259A芯片工作在上升沿觸發(fā)方式，設(shè)置TC35i模塊的SIM卡的卡號(hào)、短信服務(wù)中心的號(hào)碼等參數(shù)。TC35i模塊發(fā)送和接收控制模式采取PDU（Protocol Data Unit）模式，使用UCS2編碼發(fā)送Unicode字符。STC12單片機(jī)按照中斷向量表響應(yīng)不同的中斷請(qǐng)求，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)送反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的短信。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

TC35i模塊從性能上不僅可以發(fā)送短信，而且也可以接收短信。單片機(jī)對(duì)接收的短信進(jìn)行解析，執(zhí)行其中的命令，針對(duì)不同的命令做出不同的響應(yīng)。但是，該系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了發(fā)送短信子程序，將采集的DVOR/DME設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，以短信形式發(fā)送出去；沒(méi)有設(shè)計(jì)接收短信子程序。使用該系統(tǒng)不會(huì)對(duì)DVOR/DME設(shè)備的運(yùn)行造成任何負(fù)面影響。

在DVOR短信中，假設(shè)發(fā)生DVOR換機(jī)中斷請(qǐng)求，STC12單片機(jī)讀取DVOR 1號(hào)機(jī)開(kāi)、DVOR 2號(hào)機(jī)開(kāi)、DVOR正常三個(gè)狀態(tài)信息，與之前存儲(chǔ)的狀態(tài)信息對(duì)比，有兩種現(xiàn)象出現(xiàn)，首先是：如果1號(hào)機(jī)倒換為2號(hào)機(jī)，而且DVOR正常為高電平，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR 1號(hào)機(jī)自動(dòng)倒換為2號(hào)機(jī)，DVOR工作正常；如果1號(hào)機(jī)倒換為2號(hào)機(jī)，而且DVOR正常為低電平，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR 1號(hào)機(jī)自動(dòng)倒換為2號(hào)機(jī)，DVOR工作異常。其次是：如果2號(hào)機(jī)倒換為1號(hào)機(jī)，而且DVOR正常為高電平，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR2號(hào)機(jī)自動(dòng)倒換為1號(hào)機(jī)，DVOR工作正常；如果2號(hào)機(jī)倒換為1號(hào)機(jī)，而且DVOR正常為低電平，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR 2號(hào)機(jī)自動(dòng)倒換為1號(hào)機(jī)，DVOR工作異常。

同理，如果DVOR關(guān)閉中斷產(chǎn)生，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR關(guān)機(jī)。如果DVOR電池充電正常中斷產(chǎn)生，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR電池充電異常。如果DVOR AC正常中斷產(chǎn)生，發(fā)出短信：XXXX臺(tái)DVOR交流供電異常。

DME短信的內(nèi)容與DVOR的短信類(lèi)似，不再重復(fù)說(shuō)明。

3 結(jié)語(yǔ)

AWA DVOR/DME設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)為技術(shù)人員提供了一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控AWA DVOR/DME設(shè)備的平臺(tái)，對(duì)于覆蓋面廣、監(jiān)視點(diǎn)分散、無(wú)專(zhuān)業(yè)人員值守、傳輸數(shù)據(jù)量有限又必須監(jiān)視的外站關(guān)鍵設(shè)備而言，該系統(tǒng)制作成本低、維護(hù)量小、信息傳遞準(zhǔn)確，從而節(jié)約了大量的人力、財(cái)力。將該系統(tǒng)應(yīng)用于外站關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視領(lǐng)域中，提高了設(shè)備運(yùn)行安全系數(shù)和工作效率，具有廣泛的應(yīng)用前景，做到了防患于未然，保證了飛行安全。

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