1、凯腾四方发射机逻辑控制器原理分析泸州广播电视发射台 李良富（发表于：成都电子报 2010 年 3 月 14 日 第 11 期）摘要：凯腾四方数字广播电视设备有限公司的发射机在农村中央广播电视节目无线覆盖工程的大功率发射机中应用最多。我台的 2 台10KW、1 台 3KW 模拟电视发射机和 1 台 1KW 数字电视发射机均为该公司生产的发射机，该发射机设计机构清晰，单元独立。由于该厂的中大功率发射机采用的逻辑控制均为同一型号，只是在使用中针对不同的功率写入了不同的软件程序实现对不同型号的发射机的控制，本文针对该厂的逻辑控制器进行了原理分析，使我们在以后能更好地使用维护设备，保证设备工作在最好的状
2、态。关键词：广播电视发射机 驻波比广播电视发射机主要由激励器、功放单元、电源、控制监测单元等功能组件构成的无线传输设备，各单元组件的工作状态及工作参数直接影响节目的覆盖效果，因此实时监控发射机和各功能组件的状态及参数，准确判定及时排除设备出现的故障，对于安全播出具有非常重要的意义。凯腾四方数字广播电视设备有限公司的逻辑控制器监控单元，是与该公司电视和调频发射机系列产品配套的专用系统，该监控系统采用功能强大的 16 位总线 80196 单片机，完成对发射机主机、激励器、各功放单元及相关组件模拟参量和状态量的实时采集，产生发射机所需要的控制信号。同时，完成显示驱动，键盘读取和上位机通讯。本系统对发
3、射机和各功能组件实时监控的参量有：输出功率、反射功率、不平衡功率、工作温度、工作电压、工作电流、风机、天线、假负载和主备激励器的状态。并能控制发射机的开关机。本系统的通讯接口位 RS485，可以实现发射机的本地或远程遥控、遥测。它承担发射机整机监控、故障处理及报警的责任，在发射机运行出现故障时需进行自动调整，来保证发射机运行的正常和安全。一、逻辑控制器的基本组成发射机控制分为本地控制和遥控控制两种，根据面板按键的状态来判定使用本地控制还是遥控控制，主控 CPU 处理器首先接受面板按键的状态，判定后如果是本地控制，则直接通过面板控制电路来开启发射机，如果使遥控状态则需要接受遥控命令来控制发射机。
4、发射机开启后，主控 CPU 通过接收多路开关给出的状态量进行 A/D 采样、计算和判定。同时，接收功放模块及激励器的数据，数据处理后送显示屏幕显示，如计算机发来遥控指令，处理好的数据发计算机。本机系统框图如下：本监控系统由主控 CPU、数据处理、数据通讯、驻波监控电路、控制板、按键开关板、显示板、电源组成。逻辑控制器是发射机系统的核心，作为系统的监控模块负责维持和监控发射机的正常工作，保障系统工作在最佳状态；实时对发射机进行CPU处 理 器 控 制 电 路 计 算 机面 板 显 示 接 口看 门 狗 电 路可 编 程 逻 辑 电 路面 板 按 键 接 口 RS485接 口RS485接 口RS2
5、3接 口 功 放 插 件激 励 器监 控 单 元 框 图 多 路 开 关 交 流 接 触 盘状态检测显示，发出相应的控制信号对发射机各单元进行控制，尤其是在出现故障时能够及时地采取相应的保护措施。该机具备人机对话、实时监控、故障报警及处理、数据存储、工作状态切换和遥测遥控等功能。它还为用户提供 LCD 显示，并接收用户的输入，以实现用户对工作参数的设置和对工作状态的查询；同时，控制器还具备远端连接功能。此外还应具备以下特点：具有很高的稳定性、实时性高。出现故障要迅速检测并做出相应动作，具有很强的抗干扰能力。二、CPU 处理器单元CPU 是中央处理单元(Central Process Unit)
6、的缩写，它可以被简称做微处理器。该单元负责所有数据的处理。CPU 是计算机的核心，其重要性好比心脏对于人一样。实际上，处理器的作用和大脑更相似，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。本装置采用 80196 单片机作为核心，对本机采集的各项电压进行数据采集，通过数据测量、消除信号干扰、提高可信度等数字信号处理技术，然后对数据进行分析、计算，诊断当前的故障工况。参数进行循环检测和实时处理。同时装置给出指示。CPU 作相应记录、存贮有关信息。如果是驻波过荷或重大故障，CPU 作出诊断后，装置分别给出指示和声光报警，并显示故障信息。同时，发出控制信号，
7、对各单元采取相应的处理措施。三、数据采集处理单元（包括多路开关、通讯单元）实时采集发射机整机的模拟参量和状态量，通过单片机实时运算，根据设定产生控制量，完成对发射机的实时控制。轮询各功放单元、激励器的参数和各附属单元的工作状态，并收集各单元的参数和状态，根据设定完成对各功放单元、激励器和附属单元的控制。通过显示屏显示整机、各功放单元、激励器的参数及工作状态，读取菜单操作键，完成各级菜单显示，读取控制键完成整机的控制，接受上位机的轮询，向上位机传递发射机的全部参数和工作状态信息。其主要参量特征如下：1、模拟参量：（0-5v 直流电压）主机总输出功率 P0、主机总反射功率 Pr、合成器不平衡功率、
8、主控电路工作电压等将通过电路转换为 0-5v 直流电压返回逻辑控制器，通过数据采集处理单元处理后送 CPU 进行相应的记录和显示。2、状态量（TTL 电平）风机正常、天线正常、假负载正常、主激励正常、备激励正常。该状态量通过 CPU 进行处理后进行相应的记录和显示。3、控制量（TTL 电平）风机启动状态、功放电源启动、驻波比过荷保护。功放单元参数采集采用 485 通讯接口直接与功放电路通讯，获取功放单元采集的输出功率 P0、功放单元反射功率 Pr、功放单元工作温度、功放单元工作电压、各级放大器工作电流等工作参数，不再单独采集功放单元的信息。四、人机接口模块（键盘、显示单元）人机接口模块是人与逻
9、辑监控单元进行信息交换的接口，通过该接口模块，用户对逻辑监控单元发出控制指令，输入系统参数，设定显示状态信息等。以便控制发射机进行相应的动作。该模块主要包括按键和液晶显示模块，可简易输入，便于用户操作。按键ESC、 F1、 F2、F3 、F4 、F5、F6 为菜单操作键，按键“本控/遥控” 、 “开/关”为控制键。五、外部通讯模块单元（232 通讯、485 通讯、上位机通讯）通讯模块是控制器与上位机的联系通道，通过该模块，中心计算机可以实现对发射机的远程控制。该模块采用 RS-232 串行接口，实现对逻辑控制单元工作状态的远程查询及对工作参数的在线修改。有三种波特率可以进行选择：4800bps
10、、9600bps 和 19200bps。六、控制电路单元CPU 单元将输出控制量进行风机启动、功放电源启动、驻波比过荷保护等控制量实现发射机的自动控制。该逻辑控制单元的开机控制流程如下：首先发出风机启动控制指令，控制电路单元将该指令通过光耦固态继电器转换为控制电压，闭合交流盘的风机交流接触器，风机开始工作，并由交流接触器联动开关提供功放电源交流接触器控制电源。同时，数据采集处理单元检测风机正常后输出功放电源开启控制指令，通过光耦固态继电器转换，控制交流盘的功放电源交流接触器闭合，电源开始工作，并由接触器联动开关返回功放开启正常的状态量给 CPU，CPU 检测到电源开启正常后输出激励器启动控制指
11、令，开启激励单元电源，完成整机开机过程。在开机过程的任一程序段返回的状态量不正常时，系统将无法继续进入保护状态，并通过显示单元提供相应的告警提示。当发射机出现严重故障时，CPU 首先关断风机，由于风机关闭后，功放及后级都将失去控制电源而无法工作，进入整机停机保护。当出现驻波比过大后，监控单元将关闭激励器，即切断激励信号，只有故障排除后，整机才能正常工作。七、附属单元及其他1、实时时钟模块实时时钟模块的主要作用是提供时间基准，通过控制可实现当前时间的显示和设置。工作电压范围宽(2.5V5.5V)，功耗低，芯片自身还具有对主板备份电池进行涓流充电功能，可有效延长备份电池的使用寿命。2、设置看门狗定
12、时器在软件程序执行的过程中，可能会由于某种原因使程序陷入某个应用程序或中断服务程序中做无休止的循环，即进入死循环。这样，CPU及其他系统资源被占用，别的任务程序无法执行。为了防止程序陷入死循环，采用了看门狗定时器(WatchDog Timer)，用以监视程序的正常运行。控制器的 MCU C8051F020 中，有一个使用系统时钟的可编程看门狗定时器，当看门狗定时器溢出时，将强制单片机进入复位状态，使系统重新执行程序。在正常情况下，每次溢出之前，应用程序会重新触发看门狗定时器，因而不会产生复位。但如果程序运行不正常，不能重新触发看门狗定时器，它将会溢出并产生一个复位，使程序重新开始启动，从而消除外部对程序的干扰，防止系统失控。 3、开关电源开关电源使提供该单元的工作电源，主要为两组，一组为+5V/3A；一组为+12V/0.6A。
