机场导航设备监控系统设计与实现

周鹏栾宝宽 茹东生

1.中国海洋大学信息科学与工程学院，青岛 266000；

2.海军航空工程学院青岛分院，青岛 266041

机场导航设备监控系统设计与实现

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1.中国海洋大学信息科学与工程学院，青岛 266000；

2.海军航空工程学院青岛分院，青岛 266041

本文在综合分析机场常规导航设备信号体制的基础上，针对机场孚航设备监控系统的现实需求，介绍一种网络技术、数据传输与数据采集等技术相结合构成的导航设备监控系统设计方案。

导航设备；数据采集；监控系统

引言

随着航空导航技术的发展，导航设备生产制造厂不断推出新技术产品，机场也逐渐引进新设备，各类导航设备工作状态、故障检测自动化程度不统一，这就对维护人员的技术力量提出了更高的要求，所需配置的仪表也要相应的增加。集先进的计算机技术、有线／无线数据传输技术、网络技术、智能数据采集等技术于一体的机场导航设备监控系统，可实现对各设备主要性能监控，系统反映各导设备的“动态”情况，确保导航工作的迅速、准确、可靠，大大提高导航设备的飞行安全保障能力。

1 系统整体设计方案

该系统是由设备监控单元、机场监控管理中心组成的多层次计算机网络。

1.1 设备监控单元

设备监控单元与导航设备放置在一起，通过通信线路与机场监控管理中心相连接，对采集的导航设备参数进行预处理，之后传送机场监控管理中心，接收机场监控管理中心的控制、测量指令，与机场监控管理中心相互配合完成对导航设备的监控。设备监控单元以微处理器为核心，主要由检测单元、控制单元、调制解调器、传输线路及电源等部分组成。

1.2 机场监控管理中心

机场监控管理中心是整套系统实现监控的中心。为适应监控系统的需求，主控计算机选泽工业控制计算机（简称工控机），另外包括大显示屏、打印机、告警装置、UPS电源等外围设备。主控计算机通过专线方式、电话拨号方式、无线方式接收来自设备临控单元的数据，并利用监控软什进行分析处理，将采集到的数据进行分类存储、显示、打印等，还可根据需要传送控制命令给设备监控单元，对设备进行控制。系统出现故障时，工控计算机主动报警，随时提醒监控人员对故璋进行排查。为允分利用现有资源，避免重复投资，尽量采用现有通信线路进行数据传输，用调制解调器作为通信接口。

2 系统软硬件实现

2.1 硬件实现

2.1.1 设备监控单元硬件实现

设备监控单元以MCS-51系列单片机89C52为核心，主要包括：主机部分、接口部分、数据传输部分以及电源部分。

（1）主机部分89C52单片机、6264数据存储器、74LS373锁存器、两片扩展I/O接口电路8255、模／数转换器ADC0809及晶振、复位电路构成。

（2）接口部分包括I／O接口电路、模拟信号输入电路、温度测量电路、控制电路等。

① I/O接口电路

由于数字量信号经过数字信号采集板处理，可以直接与8255的A 口或B口相连。开关量信号采集与处理电路后变成TTL电平，也可以直接与8255的A口、B口或C口低4位直接相连。8255C口高4位可直接与数字信号采集板相连，进行通信。

② 温度测量电路

温度测量电路的传感器部分采用数字式温度传感器DSI820，它直接将被测温度转换为数字脉冲信号，通过对脉冲计数、处理获得相应的温度数值。测最温度范围在-550℃至+1250℃之间。

③ 控制电路

改备监控单元(ESU)对被控对象采用闭环控制方式。设备控制单元接收机场监控中心命令，按要求从Pl 口输出控制信号，通过继电器控制导航设备的电源控制柜，完成开机、关机、主备机转换或旁路监控器，同时利用控制继电器的一组触点提供一个问讯信号，作为控制状态的监视信号，提高了控制系统的有效性。

④ 模拟信号输入电路

模拟信号输入采用多路采/保电路共享A/D转换器方式，即各通道都设置一个采/保电路。而且IN0-IN3通道的采／保电路受同一信号8255的PC4控制，TN4-TN6通道的采/保电路受同一信号8255的PC5控制，扩展通道的采/保电路受同一信号8255的PC6控制，在控制信号控制下，接通所控制的采/保电路，采集相应通道的模拟输入信号并保持之，这样可以保证必要时各通道参数在同一时刻被采样，也可根据需要随机进行采样或按通道顺序进行采样。

（3）数据传输部分

该部分是实现远距离控制系统中的一个重要环环，它的主要组成部分就是MAX232、调制解调器和防雷电保护装置。通讯线路以有线通讯为主，无线通讯为辅，通讯方式为异步串行通信。

MAX232是电平转换电路，完成单片机与调制解调器之间的电平转换，使之符合RS232标准。机场监控管理中心的监控计算机也通过R2S232与调制解调器相连。调制解调器从发送方串行接收数据，然后经过调制，将数字信号转换为模拟信弓，传送到接收方后经过解调将模拟信号转换为数字信号。调制解调器采用FSK调制方式，在操作指令方面，以HAYES制定的AT指令集为标准

2.1.2 机场监控管理中心硬件实现

机场监控管理中心主要包括主控计算机、大显示屏、打印机、MODEM、无线数传机、告警装置、UPS电源等。主控计算机是检测和控制的核心，选用工控机根据数据处理和数据存储的需要，合理配置内存和硬盘。机场监控管理中心监控的导航设备较多，有的通信采用专线方式，这就要求一个导航台对应一个MODEM，MODEM与计算机的连接通过串口扩展卡完成。

2.2 软件实现

软件实现采用模块化结构。该单元系统软主要有主程序、2个中断服务程序和其他子程序组成。

2.2.1 主程序

主程序主要完成对系统的初始化、读取本站地址、温度测量、对被控没备进行巡检等。

系统加电后，89C52、8255等自动上电复位，从0000H开始执行主程序。初始化程序包括以下主要部分：

（1）设置串行口控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON的波特率选择位SMOD，发送和接收波特率设为2400.。

（2）初始化两片8255。

（3）开中断，且允许串口中断。

初始化完成后，循环执行测量程序。

温湿度测量主要是利用了89C52的定时/计数器T0，通过T0对温度脉冲计数，从而得出温度值。在测量出干湿温度值后，按照气象常用表的计算方法计算出相对湿度。

在巡检设备程序中，对模拟量的测量充分利用了数字滤波技术和零位补偿技术，处理过程主要包括：

对每路模拟量采集2；

对20个数据进行排序；

剔除最大和最小各5个数，其余10个取算术平均值；

对每路测量结果进行零位补偿；

对测量结果再进行标尺变换，得出实际值。

2.2.2 串行口中断服务程序

设备监控单元同机场监控中心之间的通信采用中断方式，这样可提高系统控制、监视的实时性。但是这样做还存在一个问题，那就是当设备监控单元正在测量时，机场监控中心发来命令，这就可能出现回送机场监控中心的测量数据不正确。可采用在主程序的不同位置设置若干个标志位，串行中断服务程序通过对标志位的判断，即可知道中断位置。若正在测量，则回送的数据是上一次测量的结果；若刚好测完，则发回最新数据。由于两次测量时间间隔很短，因而完全满足系统的要求。

设备监控单元发生串行口中断后，首先进行帧的帧头、帧尾判断，之后还要CRC校验，若接收正确，则根据命令执行相应的操作；若接收不正确，则转入错误处理程序。

软件设计还包括定时器中断程序，主要完成看门狗功能，温度测量子程序、巡检设备程序、数据回送程序等。

［1］李朝青.PC机与单片机数据通信技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社.2000

［2］余锡存，曹国华.单片机原理与接口技术［M］.西安:北京电子科技大学出版社.2001

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.196