無人臺站監(jiān)控系統(tǒng)通用傳感器接口設(shè)計探究

宋政達

摘 要 在民航空管系統(tǒng)，由于大量的使用了無人值守臺站，因此無人值守臺站設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備工作環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)控，就顯得十分的重要。只有能夠?qū)崟r監(jiān)控到臺站的各項狀態(tài)并對異常的狀態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控實時處理，民航空管系統(tǒng)無人臺站運行的安全性才能得以保證。在對無人臺站各種狀態(tài)進行監(jiān)控時，需要用到多種類型的傳感器，按照當前通用的做法，每監(jiān)控一種狀態(tài)，就需要設(shè)計一種監(jiān)控裝置，既費時又費錢。本文提出了一種通用傳感器接口的設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在傳感器后端設(shè)備保持不變的情況下，通過調(diào)整接口的可調(diào)部分，實現(xiàn)對多種類型傳感器的兼容，這樣，對不同狀態(tài)進行監(jiān)控時，只需更換傳感器類型并調(diào)節(jié)接口可調(diào)裝置即可實現(xiàn)不同狀態(tài)的監(jiān)控，省時省力。

關(guān)鍵詞 通用傳感器;接口設(shè)計;必要性;原理;實現(xiàn)

1通用傳感器接口設(shè)計的必要性

在民航空管系統(tǒng)空中交通管制運行所使用到的大量設(shè)備中，由很大比例的設(shè)備安裝與遠距離的無人臺站，經(jīng)過各運營商的光纜以及微波等傳輸設(shè)備將信號傳回管制運行中心，供管制員使用。為了增強信號傳輸?shù)目煽啃裕褂脙蓷l不同的路由并行將同一個信號傳回管制中心的管制設(shè)備中。

管制員和飛機上機組通話用到的話音信號經(jīng)過光纜路由和微波路由傳回到管制席的內(nèi)話設(shè)備中。產(chǎn)生話音信號所有的設(shè)備叫作電臺，模擬話音信號通過電臺的調(diào)制解調(diào)變成高頻射頻信號發(fā)射到空中，從而實現(xiàn)空中機組和地面管制員之間的話音通信。由于飛機飛行的航路是非常長，航程從幾百公里到上萬公里，為了實現(xiàn)包含著話音信號的無線射頻信號在整個航路上的覆蓋，這些電臺設(shè)備基本都安裝于遠距離的無人值守臺站，為了確保在無人值守的狀態(tài)下這些電臺能夠時刻處于正常的工作狀態(tài)，這就需要管制中心設(shè)備運行保障人員能夠時刻監(jiān)視到無人臺站里類似電臺這樣的設(shè)備的工作狀態(tài)及其運行環(huán)境的狀態(tài)，比如說臺站的溫濕度、有無聲響、光線的狀態(tài)等等。按照通常的做法，每監(jiān)控一種工作狀態(tài)，就需要請專門的設(shè)計公司來設(shè)計一套監(jiān)控裝置，采集需要的狀態(tài)然后傳回監(jiān)控終端，供設(shè)備維護人員實時查看。這樣一來，不同的監(jiān)控狀態(tài)，就需要請專業(yè)公司設(shè)計不同的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅耗時長，成本也非常高。

由此可知，不同的監(jiān)控系統(tǒng)最終會經(jīng)過相同的傳輸路由傳回管制終端，而不同的監(jiān)控系統(tǒng)，僅僅是前端監(jiān)控的信號種類不同，后端的傳輸?shù)炔糠中再|(zhì)都是一樣的。前端不同種類的信號，需要經(jīng)過相對應(yīng)的不同種類的傳感器將外界信號轉(zhuǎn)化成相同性質(zhì)的電信號，傳遞給后端的傳輸處理系統(tǒng)。因此不同種類信號監(jiān)控系統(tǒng)歸根結(jié)底就是傳感器的不同，如果能夠設(shè)計出一個能夠兼容多種傳感器的接口，那么需要對不同監(jiān)控信號進行監(jiān)控時，只需更換不同類型的傳感器并使這個傳感器轉(zhuǎn)化的信號能夠被相同的后端系統(tǒng)所識別和處理，就能夠達到簡化無人臺站監(jiān)控系統(tǒng)的安裝使用，既能節(jié)省設(shè)計安裝時間，又能節(jié)省設(shè)計安裝費用?？梢姡@樣的通用傳感器接口存在著很大的使用價值。

2通用傳感器接口的設(shè)計原理

傳感器的核心作用，就是把感應(yīng)到的外界信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號傳給后端的處理設(shè)備，從而實現(xiàn)外界信號狀態(tài)的感知和處理。但是傳感器的種類很多，比如說溫度傳感器、濕度傳感器、光線傳感器、煙霧傳感器等等，會有很多不同的生產(chǎn)單位設(shè)計和生產(chǎn)，設(shè)備參數(shù)也不盡相同，但是不管不同的傳感器設(shè)計原理和參數(shù)如何不同，最終轉(zhuǎn)化為電信號后都僅僅會體現(xiàn)為電壓的不同，這就為設(shè)計一種能夠兼容多種傳感器的通用傳感器接口提供了可能性，只要將不同傳感器的信號轉(zhuǎn)換電壓進行一個調(diào)整，調(diào)整到后端處理系統(tǒng)接受的一個統(tǒng)一電壓數(shù)值，那么不管前端傳感器轉(zhuǎn)換的電壓是多大，都能夠為同一個后級處理系統(tǒng)所接受，實現(xiàn)感應(yīng)信號的識別和處理[1]。

因此，通用傳感器接口的實現(xiàn)關(guān)鍵在于電壓的轉(zhuǎn)換。在通常電壓轉(zhuǎn)換的過程中，最常用的設(shè)備就是變阻器，將變阻器接入電路回路中，通過改變變阻器的阻值，進而改變后級處理系統(tǒng)接收到的電壓值，最終實現(xiàn)后級處理系統(tǒng)對不同傳感器的接納。

3通用傳感器接口的實現(xiàn)

在對通用傳感器接口進行設(shè)計之前，需要先來分析后級信號處理系統(tǒng)的工作原理。后級信號處理系統(tǒng)，一般會采用諸如CMS51系列單片機或ARM內(nèi)核的處理器芯片。一般會采用外部中斷口來感應(yīng)前端傳感器的有效信號。外部中斷口引腳在正常情況下有+5V電壓，當外部中斷口引腳上電壓由+5V變?yōu)閷Φ貢r，會觸發(fā)芯片里面設(shè)置好的外部中斷處理程序，該程序會描述觸發(fā)中斷后做哪些處理。因此設(shè)計通用傳感器接口就是在外部中斷引腳上面+5V電壓到對地這個變化過程的一個兼容過程，因此要用到三極管開關(guān)電路串接變阻器這種設(shè)置。

使用了三極管開關(guān)電路后，當外部中斷引腳上面有+5V電壓時，三極管開關(guān)電路處于一個打開的狀態(tài)，此時傳感器上面沒有有效電壓信號[2]。當傳感器上出現(xiàn)有效電壓信號后，三極管開關(guān)電路處于閉合狀態(tài)，使得外部中斷引腳上面的+5V電壓變成一種對地狀態(tài)，從而觸發(fā)外部中斷程序的調(diào)用，實現(xiàn)后級處理功能。因此，通用傳感器接口設(shè)計關(guān)鍵就是讓不同類型傳感器的有效電壓能夠和開關(guān)電路實現(xiàn)閉合狀態(tài)需要的電壓匹配即可，因此在三極管開關(guān)電路的集電極通路上串接可調(diào)變阻器即可，通過改變變阻器的阻值，實現(xiàn)不同類型傳感器有效電壓與三極管開關(guān)電路的匹配，當不同類型傳感器出現(xiàn)有效電壓后，都能正常觸發(fā)后級芯片的外部中斷引腳。

4結(jié)束語

通過串接變阻器從而實現(xiàn)三極管開關(guān)電路對不同傳感器有效電壓的適應(yīng)，實現(xiàn)通用傳感器接口對不同類型傳感器的兼容，是一種簡單有效的辦法。經(jīng)過筆者所在單位的實地試驗，此種設(shè)計能夠有效解決多種傳感器在一套監(jiān)控系統(tǒng)上的兼容問題，簡單但是有效，穩(wěn)定性和抗電磁干擾性也比較好，能夠達到實際使用的需求。

參考文獻

[1] 譚浩強.C程序設(shè)計第二版[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：73.

[2] 申鳳琴.電子電工技術(shù)應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：11.