广播大功率短波发射机系统状态信号采集终端的设计

田德军

（国家广电总局722台）

摘要：广播大功率短波发射机系统中大量的运行状态指示信号，传统都是通过人工进行巡视，即便采用了自动化的巡检系统，大多都是采用常规的光电转换技术，将转化后的电特性信息进行远距离传输。由于广播发射机系统存在的电磁干扰，使得信号采集、屏蔽和传输的技术成本大大加深。本文提出了一种利用光导管进行光状态信号的远距离传输和采集的技术，大大简化了发射机系统中发光二极管代表的运行工矿状态指示信号的采集和处理终端的设计。

关键词：光电转换POF光缆 大功率发射机

1 概述 广播大功率短波发射机工作环境在强磁场中，长时间工作在高频、高噪声环境下，而且周而复始的频繁操作、巡视、抄表等不仅容易产生操作差错，且不能实时反映并记录机器设备的运行状态。因此，只有实现对广播短波发射机的计算机自动监控，才能有效地解决这些问题。由于大功率发射机电磁信号干扰强、机房电磁环境复杂等情况，因此系统稳定性和抗干扰性，以及对信号的稳定性处理，是自动监测系统成功的关键。而系统大量存在的以发光二极管LED表示的运行工况又是必须采集和监测（如PSM板工作状态信号LED、面板上的阴极过电流LED、风机过热LED等），从而间接掌握系统的运行状况。常规的光电转换技术是将这些LED光信号转化为电特性信号进行远距离传输，但由于发射机存在的电磁干扰，使得这些信号的采集、屏蔽和传输的技术难度增加。为此，本文提出的利用光导管进行光状态信号的远距离传输和采集处理技术，大大简化了广播发射机系统中发光二极管LED代表的运行工况信号的采集和处理。

2 光信号传输

在发射机运行监测自动化系统中，大功率短波发射机的各种运行工况指示灯信号，都必须作为状态型信号量进行采集，也就是转换为通常所说的遥信量。对这类信号的常规采集方法都是在发光二极管的附近，就近安装光电转换传感器，将光信号变换为电信号后，传送给处理单元。这种方法的困难是要解决电磁和电场的干扰等而带来的一系列问题。

POF光缆也称之光导管是近年来广泛应用于自然光照明的一种新的绿色照明材料，它具有将从一端射入的光线，利用光导管具有的光发射特性，以较小的光衰减将光从光导管的另一端导出。同时，光导管具有不受电磁和电场的干扰的能力。本文介绍的方法的核心就是利用了光导管的远距离导光特性，将需要发射机取样点的LED光信号利用光导管远距离传输到光电转换模块，进行光→电转换后，由数据处理终端进行处理，其基本原理如图1所示。图2 POF光缆在PSM中采集信号实物照片，通过LED发光实现转换。

上述方法使用光导管，将发射机上的发光二极管发出的光信号，传送到10~20米处的数据处理终端，转换为对应的状态量信号后，处理终端通过RS-232通信通道发送到自动监测处理系统中。

3 光电转换接口设计

利用光导管将LED光信号传送到数据处理单元后，光信号如何变换为需要的电信号，就是必须要解决的核心问题。而且，由于LED光线比较弱，经过两毫米的光导管传送到数据处理终端时，光强度和照度是很弱的。因此，必须要高灵敏的光电转换接口，才能满足对微弱光信号的处理。

下图3所示的是采集终端使用的高灵敏度微弱光信号转换接口原理图。其中，T1为光敏三极管3DU511D,用于将接收的光信号转换光电流Ia。光电流Ia在电阻R1上产生电压，使得三极管T2的基极电位升高。当T2的基极电位大于0.7V时，三极管BC547导通，此时，T2集电极上的电位施加到LM393的管脚3上，并和电压比较器LM393的管脚2上的参考电位进行比较。当管脚3的电位高于管脚2的电位时，LM393从管脚1输出高电位，否则，LM393管脚1输出低电位。通过调节电阻R3，可以调节LM393管脚2上的参考电位，用于改变光电转换的灵敏度。

照射到T1上的光照强度愈大，T2的集电极电位就会愈低。当管脚3的电位低于管脚2的参考电位时，LM393的管脚1上就会输出低电位，即0V电位，表示检测到了光信号。当管脚3的电位高于管脚2的参考电位时，LM393的管脚1上就会输出高电位，电位电压大约为11V，表示未检测到光信号。

C2和C3主要用于对+12V电源进行高、低频干扰信号的滤波，T3和T2为耐压范围为16V的TVS(快恢复二极管)，用于保护电源和输出信号接口，免受高电压冲击，造成采集单元接口和设备的损坏。图4转换板实物图。

4 数据处理终端构成

数据处理终端主要由两大部分构成，其中一部分是光电转换板，另一部分为中央信号处理板。光电转换板主要完成把光信号转换成满足中央信号处理板需要的电平信号，提供给中央信号处理板。中央信号处理板则完成对由光电转换板提供的电平信号进行采集和处理，并负责与监测控制中心进行数据通信。

数据处理终端的构成如图3所示。从图可以看出，一台数据处理终端可以进行对12路光信号到电信号的转换和处理。同时，数据处理终端配备了RS-485方式的通信接口，用于与监测控制中心系统进行远程数据交换。

5 软件与通信

数据处理终端处理后，被采集到的状态指示信号被转化成状态型即遥信量信号后，采用RS-485通信接口，按照标准的Modbus通信协议，传送到系统的监测控制中心。监测控制中心的软件系统对这些信号进行实时处理，形成相应的实时数据显示、报告等。使操作人员可实时监控和巡视发射机的运行状况，随时掌握发射机的各种异常情况，为发射机的安全、稳定运行提供决策支援。

6 结束语

本文提到的方法，在我台150KW发射机的自动监测项目的工程实验中得到了验证，并取得了良好的工程效果。同时，该方法的采用也为在大功率短波发射机电磁信号干扰强、机房电磁环境复杂的情况下，实现发射机运行工况信号采集开辟了一条新的技术途径，具有很好的参考和应用价值。

参考文献： 1童诗白 模拟电子技术基 高教出版社 2002。12 第二版 2绪 星 用光纤传输的RS-485接口电路设计 设计应用 2002．2．27-28