| 标题 | 光耦和直流继电器在电台长划保护器中的嵌入设计 |
| 范文 | 宋政达 摘 要：民航空中交通管制使用的地空通信系统在实际运行过程中，由于运营商传输原因造成的传输误码过高，会导致远端台站中电台发射机设备发生短间隔持续性长划，对方圆200km半径内同频的电台接收机造成严重干扰，致使此区域内的机组无法与在地面管制建立有效的通信。为了最大程度减小电台发射机长划时对周围同频电台的影响，笔者设计了一套能够自动识别出电台长划并抑制电台长划的保护装置，在本文中，笔者详细介绍此保护装置硬件部分的设计思路。 关键词：Atmel；光电耦合器；继电器 中图分类号：TP27 文献标识码：A 一、设计背景 在电台发生长划时，运营商传输线路误码过高的具体情形存在着很大的随机性和不确定性，最终导致的结果就是使得电台发射控制线持续性频繁短时间接地，至少每分钟30次以上。因此，识别电台长划，只需检测电台发射控制线每分钟接地的次数即可。因为在空中交通管制正常的地空通信过程中，管制员发话形成的电台发射机接地次数每分钟是不可能超过30次的。当识别出电台发生长划后，只需切断此电台发射控制线，即可抑制电台长划。基于此思路，笔者选取了当前应用成熟且成本低廉的Atmel最小系统做为控制平台，选取TLP521型光电耦合器作为识别电台发射控制线接的器件，选取IN4001型直流驱动继电器作为切断电台发射控制线的器件。下面笔者详细介绍三者的特性及硬件配合使用的方法。 二、Atmel最小系统控制平台的搭建 一个Atmel最小系统，包含以下几个部分：单片机、晶振电路及复位电路。最小系统能够完成以下功能：1.手动复位功能；2.能够使用单片机的片内程序存储器；3.具有基本的人机交互接口，可以进行控制输入和结果显示；4.具有一定的可扩展性，使单片机I/O口可以与其他电路连接。为达到上述要求，笔者选取了以下元器件组成一个Atmel最小系统。at89c51一片、12MHz晶振一个、30pf的瓷片电容两个、10uf电解电容一个、10k的电阻一个、复位开关一个。 时钟系统是最小系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，程序执行就会发生紊乱。时钟系统是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，晶振两侧分别接单片机的x1和x2，晶振和瓷片电容是没有正负的，但是两个瓷片电容相连的那端一定要接地。复位电路的作用是给单片机提供一个一定时长的低电平信号，就能使程序从头开始执行。通过按钮接通低电平给系统复位，如果手按着一直不放，系统将一直复位，此时系统不能正常工作。在这里我们需要注意使用的电容是电解电容，是有正负的，如果接反了，就会发生爆炸。电解电容的大小会影响单片机的复位时间，容值越大需要的复位时间越短。作为核心处理器的at89c51使用的是5V直流电源。一般我们在电源VCC处加一个0.1uf的瓷片电容，作用是滤掉电源中的高频杂波，使系统供电更稳定。但是在这个应用中，为了便于使用者能够更直观地看到每分钟电台发射控制线接地的次数，我们还需要添加八段数码管作为显示部分，再添加一些LED灯作为工作状态的指示灯，比如正常工作时某个灯亮，长划时某个灯亮等等。 三、光电耦合器和直流驱动继电器在控制平台上的嵌入 在本设计中选取的是TLP521型光电耦合器。一般来说，光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输入的信号。在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这些信號接到单片机的I/O上，有以下的问题：1.信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；2.比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠。所以需要光耦进行隔离后再接入单片机系统。在当前民航系统应用的电台上，电台发射控制线平时处于高阻状态，起控后处于接地状态，其体现出的信号属于干结点信号，经过光电耦合器进行隔离，一方面达到接入单片机I/O引脚的电气匹配，另一方面也达到后端控制系统不会影响到电台发射控制线的状态。TLP521型光电耦合器在系统中一般有两种接法，如图1所示。 图1上所列出的第一种接法，P1.0引脚如果接地，则光耦内发光二极管导通，右侧R3电阻下端就能获得约5V的直流电压，这个电压足以去驱动单片机的I/O引脚。如果P1.0引脚处于高阻状态，则光耦内发光二极管不会导通，光耦无输出，不能驱动单片机的I/O引脚。第二种接法P1.0引脚如果接地，则光耦内发光二极管导通，右侧R4电阻下端就能获得约5V的直流电压，但输出引脚上并无电压，无法驱动单片机的I/O引脚。因此，在长划保护器这个系统里，采用第一种接法将TLP521型光电耦合器嵌入到Atmel最小系统中。 将直流驱动的继电器嵌入到Atmel最小系统。IN4001型直流驱动继电器的驱动电压为+5V，在与单片机连接时，可以将继电器供电引脚直接接在at89c51单片机I/O引脚上，引脚为高电平时，便能将公共端和常开端吸合在一起。所以在将直流继电器接于电台发射控制线上时，先将发射控制线剪断，一端接于IN4001型直流驱动继电器的公共端，另一端接于常闭端。当电台发生长划时，只需由程序控制与继电器供电引脚相连的I/O引脚设置成逻辑“1”，便可驱动继电器，使公共端和常开端吸合在一起，切断电台发射控制线，对周围电台的干扰就会立即消失。 结语 笔者按上述思路将TLP521型光电耦合器和IN4001型直流驱动继电器与Atmel最小系统整合与一起后，经过反复测试，发现该系统逻辑正确，运行稳定，完全能够满足空管地空通信系统运行所需，具有很大的实际应用价值。 参考文献 [1]刘亦松.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2002. [2]申凤琴.电子电工技术应用[M].北京：机械工业出版社，2005. |
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