一種衛(wèi)星接收天線自動除雪裝置的設計

朱文玉

內蒙古新聞出版廣電局赤峰廣播發(fā)射中心臺巴林左739臺 內蒙古 赤峰市 025450

內蒙古地處祖國北疆，冬季降雪較多，廣播電視臺站常用的衛(wèi)星接收天線積雪后，會對廣播電視信號產(chǎn)生很大的影響，甚至造成信號中斷。目前，絕大多數(shù)臺站是靠人工除雪，每當下雪時，就會派人到天線場地負責掃雪?？墒?，少則一兩個小時、動輒十幾個小時的風雪中勞動，對員工體力和意志力都是極大的消耗。這與“以人文本”和“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”的發(fā)展理念是不相符的，因此設計一款自動化的除雪裝置是必要的。

1 常見除雪方式

目前，在建筑、交通、農(nóng)業(yè)、汽車等領域主要有化學融雪法、電加熱融雪法、機械刮板除雪法等除雪方式。下面簡要介紹一下幾種方法的優(yōu)缺點。

1.1 化學融雪法

化學融雪法是在雪面上噴灑融雪劑，以降低冰雪的融化溫度，雪接觸到融雪劑后，會很快融化成液體，這種方法的優(yōu)點是原料易得，價格低廉，且可大面積機械化作業(yè)，廣泛應用于道路、城市廣場、機場等場所的除雪作業(yè)。常用的除雪劑主要是醋酸鉀和氯鹽，這兩種物質對鋼鐵、鋁合金和電纜的絕緣層都有較強的腐蝕性，且對環(huán)境和植被有一定的損害。各臺站所用的衛(wèi)星接收天線大多是鋼鐵或鋁合金材質的，所以排除這種除雪法。

1.2 電加熱融雪法

電加熱融雪法的原理是利用電熱絲將電能轉換成熱能，使雪受熱融化。這種除雪法方便快捷，安裝簡便且由于沒有機械運動裝置所以故障率低，使用過程中維護成本低。但是由于內蒙古地區(qū)降雪時氣溫很低，加之衛(wèi)星接收天線大多為金屬材質，散熱快，如果長時間使用，能耗會非常大，所以也放棄了這種除雪方式。

1.3 機械刮板除雪

機械刮板除雪是最常見的一種除雪方法，通過電機或者內燃機等作為動力帶動刮板運動，達到除雪的目的。廣泛應用于建筑、交通、農(nóng)業(yè)、汽車等領域，優(yōu)點是技術成熟、安全可靠、造價低、運行費用低廉。兼之受到汽車雨刮器設計的啟發(fā)，本設計選擇了機械刮板除雪法，且選用汽車雨刮器用的12V 直流電機作為動力裝置。

2 硬件設計

本設計按照模塊劃分可分為中央控制單元、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘控制模塊、復位模塊、聲光報警模塊和執(zhí)行模塊。

中央控制單元為單片機AT89C51，是一款帶4K 字節(jié) FLASH 存儲器、32 個 I/O 口、兩個 16 位定時/計數(shù)器的可編程的功能強大的微處理器。在該系統(tǒng)中起到控制單元的作用，首先對數(shù)據(jù)采集模塊送來的信號進行判斷，如果有P0.0 為高電平，系統(tǒng)馬上執(zhí)行內部存儲的程序，給P1 口高電平輸出，從而啟動聲光報警和電機運轉，電路如圖1所示。

圖1 電路圖

電源模塊的作用是為數(shù)據(jù)采集模塊、U1、U2 提供+5V 直流電源，為執(zhí)行模塊提供+12V 直流電源。

數(shù)據(jù)采集模塊由三對紅外對射式光電開關和一個與門集成模塊74X11 組成，由于紅外對射式光電開關靈敏度很高，有沙塵、飛蟲、樹葉飛過都會改變它的開關狀態(tài)，為了防止系統(tǒng)誤啟動，增加了一個與門邏輯電路U1，只有當三個光電開關 S1、S2 和 S3 同時閉合時，U1 的 1Y 引腳才會變?yōu)楦唠娖?，并將該高電平信號送到AT89C51?？紤]到大多數(shù)臺站都不止一面衛(wèi)星接收天線，所以在實際應用中，工作人員仍然可以每面衛(wèi)星接收天線只安裝一對光電開關。

時鐘控制模塊由型號為HC-49S 的晶振X1 和兩個容值為30PF 的電容C1、C2 組成。作用是為系統(tǒng)提供時鐘信號。

復位模塊由點動開關S4、電容C3、電阻R1組成。主要作用是對AT89C51 執(zhí)行初始化操作，當系統(tǒng)運行故障時，點擊S4 可使系統(tǒng)重新啟動。

聲光報警模塊由發(fā)光二極管D1、蜂鳴器LS1和電阻R2、R3 以及開關S2 組成。當系統(tǒng)判斷降雪后，可實現(xiàn)聲光報警，提示值機員除雪系統(tǒng)已經(jīng)開始工作。本設計中聲光報警與電機同步工作，聲光報警啟動，電機啟動，聲光報警停止，電機也停止運行。由于降雪一般都會持續(xù)很長時間，為防止蜂鳴器影響值機員工作，設置了一個開關S2，可手動關閉蜂鳴器。S2 斷開后，值機員可以通過發(fā)光二極管D1 查看系統(tǒng)工作狀態(tài)，D1亮，則證明除雪裝置正在工作，D1 熄滅，則證明積雪被清除后，暫時未達到預定厚度，沒有遮住對射傳感器的光束，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。

執(zhí)行模塊由電阻R4、大功率三極管Q1 和電動機M1 組成。當P1.2 輸出高電平后，Q1 的基極得到高電平，集電極和發(fā)射極導通，電動機M1 得到12V 供電，開始運轉，帶動機械刮板開始除雪工作。

3 軟件設計

本程序實現(xiàn)的功能是：當三組紅外光束同時被不透明物體遮擋時，程序判定衛(wèi)星接收天線被降雪覆蓋，系統(tǒng)啟動聲光報警提示值機員系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，并同時啟動電動機帶動機械刮板開始除雪作業(yè)。除雪作業(yè)開始后，系統(tǒng)會再次判定數(shù)據(jù)采集模塊的輸入信號，如果三組紅外光束仍然同時被遮擋，系統(tǒng)繼續(xù)聲光報警并控制電動機工作，當其中一組或兩組處于未遮擋狀態(tài)，系統(tǒng)停止工作，直到三組紅外光束同時被遮擋時再次啟動，程序工作流程圖如圖2所示。

圖2 程序工作流程圖

結 束 語

此衛(wèi)星接收天線自動除雪裝置，可及時、高效的清除衛(wèi)星接收天線上的積雪，具有安裝方便，工作穩(wěn)定，靈敏度高，安全可靠，運行成本低廉等優(yōu)點，不但可以代替人工完成惡劣天氣條件下的除雪工作，也填補了目前市場的空白，值得在廣播電視臺站推廣應用。