基于单片机在短波发射机的应用探研
程林飞 赵仙枫
（国家广播电影电视总局七六一台 福建永安 366000）
摘要：本文以单片机AT89C51简要地使用和汇编语言，设计了由传感器与单片机组成的自动检测控制系统，成功应用在短波发射机冷却循环控制系统。提高了发射设备运维的稳定性、可靠性，和值检工作效率；极大地减轻值检人员的劳动强度和精神压力，促进了安全播出任务的完成。
关键词：单片机 发射机 自动化 汇编语言
1引言
广播发射台肩负着党和国家的宣传任务，发射机是完成任务的重要工具。作用在于制造强大的电磁波把党和国家的声音传入千家万户，传向世界，执行着广播覆盖和广播实验任务。因此，广播发射机具有科技含量高、投资费用大，运行环境要求高，技术支持条件要求严，对管理和使用者的业务技术水平要求高等特点。发射台值机员在值班过程中任务繁重，责任重大。尤其是国家级广播发射台，担负着党和政府对国内、外宣传的光荣使命，安全播出的责任重于泰山。虽然随着新世纪的科技浪潮，广播发射设备的不断发展，日臻完善，但仍然存在些许不够完善的地方。如：100kwPSM短波发射机冷却控制系统还受限于人工和模拟控制，其工作过程中的冷却效果须人工监控，使值班员始终在紧张的状态下工作。为此，我们应用单片机设计了由传感器与单片机组成的自动检测控制系统，成功解决了这一问题，取得了良好的效果与效益。
2单片机与汇编语言
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。本文应用了Atmel公司生产的AT89C51的单片机。它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C51单片机在电子行业中有着广泛的应用。要使单片机正常运行，须外接晶振与复位等电路，构成可以工作的单片机系统。单片机最小系统原理图如图1所示。 汇编语言是直接面向处理器与机器的程序设计语言。汇编语言语句直接对应着机器指令，执行速度快，效率高，代码体积小，在那些存储器容量有限，但需要快速和实时响应的场合比较有用，比如仪器仪表和工业控制设备中，是高效的程序设计语言，能够保持机器语言的一致性，直接、简捷，并能象机器指令一样访问、控制计算机的各种硬件设备，经常与高级语言配合使用，以改善程序的执行速度和效率，弥补高级语言在硬件控制方面的不足。
3设计总体思路
随着单片机的普遍应用，使传统电子实现自动化控制变得简单，机器劳动代替人手劳动正逐渐成为发展潮流。基于目前100kwPSM短波发射机风泵室的运转情况和发射机的水位监测及补给所存在的问题和缺陷点，我们应用低功耗，高可靠性与高抗干扰性的单片机控制理念和编码技术，实现电脑指令与单片机状态之间的数据控制及识别，很好的解决自动化控制与机械开关经常损坏的问题，在实际应用中设备运行稳定可靠，指令控制灵敏、准确效果良好。
3.1单片机在发射机冷却监测系统的应用
发射机值班室通常与风泵室分开，导致值班员值班过程中无法及时准确地也解风泵室运行情况，如冷凝器风机是否运转，风泵室室温等。如果冷凝器风机不运转，对发射机降温及其正常运转而言是巨大的隐患。而及时准确获得风泵室温，及时开启冬防等措施，对于发射机的保护及其正常运转也是十分关键的。100kwPSM短波发射机在其主风机与PSM调制风机使用了风接点，只有风机正常运转，风结点才会导通，从而使发射机正常通电运转。风接点是一个压力开关，当连通的风力达到一定阀值时，其机械开关将被上顶从而使其呈导通状态。冷凝器风机同样可以使用风结点，以其是否导通的状态，来判断风机是否正常运转。由风接点引出220V电源整流后，经光电耦合器向单片机发出信号。一旦风机没有正常运转，单片机没有检测到信号就会向蜂呜器输出信号，使其声响报警。 由于风接点是机械开关，有时会因为接触的问题导致输入信号不稳定。为此，必须让单片机将前后两次检测到的信号进行对比，即当读取到一个新信号后先保存，10ms后重读取信号，使其与前者进行对比，若与之前值相同，则确认此信号。若不同则视为机械部件的接触不良所引起的抖动，不动作。实际应用中，同时设计了防抖动信号电路，即可防止设备频繁动作而烧坏。风接点导通信号检测电路图如图2所示。 另外，风泵室风机温度可采用温度传感器芯片DS18B20。将该芯片与单片机相连，检测室内温度，然后将此数据用数据线传至值班室，并分别用绿黄红三个LED灯来显示当前温度。当此温度到达一定阀值时，单片机将向蜂呜器输出信号，使其报警，同时令电暖器电源继电器动作，令其制热升温。DS18B20与单片机电路连接图如图3所示。 DS18B20温度传感器支持“单总线”接口，全部数据输入输出，包括初始化、写入参数、读取温度等，都通过单根数据线执行。因此DS18B20与单片机之间的通信采用了严格规化的协议与流程，使各个步骤有序高效地执行。图4为DS18B20读取温度流程图。其测量温度范围为 -55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性；DS18B20也适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5℃。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然能够保存。DS18B20 的温度检测与数字数据输出全部集成在一个芯片上，从而抗干扰力更强。DS18B20内部结构图如图5所示。 实际应用设计采用了蜂鸣音报警电路。蜂鸣音报警接口电路采用压电式蜂鸣器，然后通过AT89S51的IO口经驱动器驱动蜂鸣音发声。图6是一个使用三极管驱动的蜂鸣音报警电路。本系统 设置了四个温度标准，分为报警的上限标准、制冷的上限标准、制热的下限标准、报警的下限标准，并使用绿黄红三色LED灯对系统的状态进行显示。当温度处于报警的上下限标准之内时，则温度正常，绿灯亮。当温度超过报警标准，则表示温度较高或较低，让黄灯亮、蜂鸣器响。当温度超过制冷或制热标准时，则温度已过低或过高，立即制热或制冷。则此时红灯亮、蜂鸣器响，继电器动作，接通电源，令暖气机和空调制热或制冷。LED灯显示电路如下图7所示。单片机与制冷及制热继电器连接图如图8所示。
3.2水箱水位检测与补水系统的设计 发射机的冷却散热系统在发射机中有着到重要的作用。大功率发射机电子管采用的是超蒸发的强制水冷，将冷却水直接通过电子管吸收阳极热量来完成降温。因此，水箱水位对发射机来说是至关重要的。为了使发射机正常运行，保持在一定的水压也是十分重要的。补水一般在开机加灯丝电压时进行。在100kwPSM发射机的控制系统中，分别设有高水位切断，低水位告警和低水位切断三个PLC控制电路。一旦水位过低过高，为了保证电子管的安全，将自动切断电路落下高压以保护电子管安全。而这意味着发射机将停播。可见水箱水位对于安全播出而言着实是不可小视的。针对这种情况，首先设计一个自动补水系统，实现其发射机水箱自动补水功能。具体为，当水位下降至低水位告警时，其开关2S4导通，即在1TB3-11端点有115V的电压。将其整流后经过光电耦合器，向单片机送出个高电平，使其向电磁阀控制电路输出一个高电平，令其打开水路，对发射机水箱进行补水，同时驱动发光二极管与蜂呜器工作，向值班员提示正在补水。低水位告警信号检测电路如图9所示。
发射机开始补水20秒后，开始检测水位。水位是否已到正常水位，单片机是否需要发出停止补水的信号，则利用光电传感器进行检测，如图10所示。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样等诸多特点，因此,在光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器种类繁多，有反光板式，漫反射式，对射式等等。针对本设计的安装使用，为了提高精度，保障其可靠性，采用对射式光电传感器。传感器基本原理利用了光的直线传播，如果没有障碍物，发射出去的红外线将被接收。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，传感器接收头无法接收光信号。在本设计中传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，表明水位已达到正常值，并给单片机发出指令，单片机进行停止补水的操作。系统应用设计使用了一个黑色小球，使其浮于水箱的水位管中，由于小于随水位上下浮动，如此可使其代表当前水位，供光电传感器检测。即利用光电传感器对正常水位进行检测。当已到达水箱正常水位时，光电传感器检测到小球，向单片机发出低电平。则单片机关闭电磁阀，电磁阀控制电路如图11所示， LED灯管熄灭。另外为防止清理水箱时小球掉落，在水位管底部放好过滤网， 光电传感器安装如图 12所示；本系统设计光电传感器内部电路图图13所示，图中LM339D为电压比较器。
系统设计采用汇编语言。根据单片机在100kwPSM短波发射机冷却循环系统的应用，分别进行了风泵室温度与冷凝器风机监测和发射机水箱水位检测与补水系统的程序设计。目的是为了保证系统的稳定性与高效性。由于篇幅问题，编程不在此进行详述。 4结语 本文应用单片机在100kwPSM短波发射机冷却循环系统做了实用性改造。技改成功投入运行以来，设备的稳定性、可靠性、安全性得到了保障；不但缓解了值机员的精神压力，也极大地减轻了他们的劳动强度。同时，此次技改的成功经验也为我台其它两种机型发射机此类改造提供了技术支持。
参考文献 《数字电子技术基础》 阎石 第五版 高等教育出版社 2006-05-01
《模拟电子技术基础》 华成英 第四版 高等教育出版社 2006-05-01
《汇编语言》 王爽 第二版 清华大学出版社 2008-04-01
《单片机原理及应用技术》 李全利 第二版 清华大学出版社 2006-02-01
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