基于ARM的150kW短波发射机自动化控制系统

摘要

本发明提供一种基于ARM的150kW短波发射机自动化控制系统，用于解决原有Windows？XP系统易受病毒木马攻击，系统工作不稳定、不可靠的问题。本发明以ARM嵌入式核心板为系统的核心，将ARM嵌入式核心板、VGA转换板、音频功放、喇叭、DC-DC电源安装在19寸工业触摸屏内部，成为嵌入式一体化机，运行嵌入式Linux操作系统，通过QT图形用户界面开发平台开发自动化控制系统的应用程序，通过Socket方式接收机房运行监控系统下发的带周期的运行时间表，按运行时间表的时间顺序控制发射机的电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、自动调谐控制系统和监测系统等4个设备，实现150kW短波发射机自动开机、自动倒频、自动调谐、自动检测等操作，达到150kW短波发射机自动化控制的技术要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种短波发射机自动控制领域，尤其是涉及一种基于ARM的短波发射机自动化控制系统。

背景技术

原有的150kW短波发射机的自动化控制系统都是使用工控一体化计算机完成对电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、自动调谐控制系统以及数据监测系统等设备的监控和数据采集。系统采用的操作系统是WindowsXP系统，在联网的情况下极易受到病毒木马的攻击，使系统工作不稳定、不可靠。

对运行图的实时处理过程不够灵活，无法满足台站的各种临时性播音任务要求。

随着设备软硬件系统的老化，原有的150kW短波发射机自动化控制系统已经落后，该系统崩溃退出的次数越来越频繁，老旧系统的运维成本也逐渐增高，因此，150kW短波发射机自动化控制系统的升级优化工作已显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于ARM的嵌入式短波发射机自动化控制系统，该系统通过对150kW短波发射机的运行状况进行实时监控，实现对发射机的工作模式切换、运行时间表管理、控制开关机、自动倒频、调谐、实时监测、故障报警、抄表、自动校时、工作日志管理、数据查询和存储、远程实时控制等功能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案其特点是，以ARM嵌入式核心板为本自动化控制系统的核心，将ARM嵌入式核心板、VGA转换板、音频功放、喇叭、DC-DC电源安装在19寸工业触摸屏内部，成为嵌入式一体化机，运行嵌入式Linux操作系统，通过QT图形用户界面开发平台开发150kW短波发射机自动化控制系统的应用程序，实现150kW短波发射机自动开机、自动倒频、自动调谐、自动检测等操作，达到150kW短波发射机自动化控制的技术要求，每部150kW短波发射机上都安装有一套本控制系统。

150kW短波发射机自动化控制系统是通过4个RS232串口分别与发射机电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、发射机自动调谐控制系统和发射机监测系统等4个设备连接通信；通过网络接口与机房运行监控系统通信。

所述的电控逻辑及指示装置实现对发射机各级的冷却、灯丝、低压、偏压、高压和功率等开关机全过程的自动化控制，对所有控制操作过程进行跟踪记录并制作日志和报表。

所述的过荷保护及指示装置实现对发射机在开机和运行过程中各级电压电流的发生过荷信号或打火信号进行保护，对所有发生的过荷过程和故障顺序进行跟踪记录并制作日志和报表。

所述的发射机自动调谐控制系统实现对发射机工作频率的自动换频；高前级、末级以及输出回路的自动调谐和自动调配的控制，对所工作的频率和电机位置数据进行跟踪和上传指示。

所述的发射机监测系统对发射机各级电压、电流的数据进行跟踪采集，在对所有采集数据进行存储、分析和判断的基础上，实现和建立发射机的故障诊断系统，为实现发射机的远程维护和定时检修提供依据。

所述的机房运行监控系统接收发射机自动化控制系统采集的发射机运行的状态数据，向本控制系统发送带周期的运行时间表，对发射机进行远程控制。

本控制系统通过Socket通信技术，接收机房运行监控系统下发的带周期的运行时间表，并向机房运行监控系统回复运行时间表接收确认，在自动模式下，按运行时间表规定的时间顺序控制电控逻辑及指示装置完成发射机的开、关机流程；控制发射机自动调谐系统倒频、对发射机8路可调谐元件进行预置，使短波发射机高前级回路电容器、高末级调谐电容、高末级调载电容细调到短波发射机的谐振点；控制过荷保护及指示装置对发射机功率的切换；通过串口接收电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、发射机自动调谐系统、发射机监测系统上传的发射机开关量、模拟量数据，通过Socket方式将发射机运行过程中的开关量、模拟量等数据上传至机房运行监控系统。当发射机运行出现故障时，向机房运行监控系统上传故障信息和故障原因。

附图说明

图1为本发明基于ARM的短波发射机自动化控制系统硬件结构图。

图2为本发明150kW短波发射机的自动化控制系统物理结构图。

图3为本发明150kW短波发射机的自动化控制系统功能结构图。

具体实施方式

如图1为基于ARM的短波发射机自动化控制系统硬件结构图，包括ARM核心板、VAG板、功放板、喇叭、DCDC电源，19寸触摸屏。其中ARM嵌入式核心板所使用的ARM多核微处理器，目前主频已提升到2GHz，性能不断提升，集成了CPU高性能图形引擎，流畅运行嵌入式Linux操作系统。核心板接口资源丰富，有4个串口、2个USB接口、SD卡接口、LCD显示接口、100M标准网口接口、30pinGPIO接口，音频接口、支持四线电阻触摸屏。ARM核心板通过VGA转换板将LCD信号转换成为VGA视频信号，通过触摸屏控制板实现触摸屏的控制，通过音频功放板驱动两侧的喇叭，通过12V转5V的DC-DC电源供电，组成为嵌入式一体化机。

本控制系统的物理结构如图2所示。150kW短波发射机自动化控制系统通过串口分别与发射机电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、发射机自动调谐系统和发射机监测系统连接通信，实现对发射机的自动控制及状态监控；另外，本系统通过以太网与机房运行监控系统进行交互，接收机房运行监控系统下发的带周期的运行时间表及发射机控制指令，并将发射机运行过程中的状态信息上报给机房运行监控系统。

如图3所示，本控制系统应用程序主要包括发射机控制和系统管理功能。发射机控制包括工作模式切换，运行时间表的管理，开、关机控制，倒频、调谐，实时监测，故障报警。系统管理包括系统配置，日志管理，用户管理，自动校时。

本控制系统的工作模式包括手动、自动、半自动、检修四种控制模式，操作人员通过发射机上模式开关切换手动、自动、检修模式，在手动模式与自动模式切换时，发射机原有状态保持不变。在手动模式下，操作人员通过对电控逻辑及指示装置、自动调谐控制系统及过荷保护及指示装置的面板手动操作完成对发射机的控制，此时可通过人机界面实时监测发射机的工作状态，但人机界面不起任何控制作用。自动模式是本系统默认的工作模式，自动模式下，手动操作被屏蔽，发射机可独立自动运行，无须任何操作，系统按周期运行时间表进行自动控制，并对发射机运行状态进行监测。在半自动模式下，操作人员可通过系统的人机界面仿真发射机面板上的各项操作对发射机进行控制。在检修模式下，系统不接收带周期的运行时间表，仅监测并向机房运行监控系统上传发射机状态数据。

运行时间表管理，是指在除发射机检修工作模式以外，本系统都能通过此项功能用Socket方式接受机房运行监控系统下发的运行时间表，自动更新本系统的运行时间表，向机房运行监控系统反馈运行时间表确认信息。通过人机界面查看运行图中的数据，编辑、处理和保存运行图信息。在自动模式下，系统根据运行时间表，实现发射机的自动开关机，自动倒频，自动播音等所有控制功能。当运行时间表更新时，新时间表取代旧时间表，会出现多种情况，例如当前时刻处于旧时间表的空闲时段，发射机为关机状态，而处于新时间表的播音时间段当中，此时则需要紧急开机、倒频、调谐按新的时间表执行操作，因此在运行时间表更新时，需要对新旧运行时间表的状态进行判断，特殊处理。

开、关机控制，在自动模式下，系统根据运行时间表，在播音前1小时，向电控逻辑及指示装置发送开机命令合预热灯丝，在播音前25分钟合高压、并向自动调谐系统发送命令进行倒频、调谐。当两条相邻播音间隔超过2小时时，发射机将在播音结束后按关机顺序自动关机。

倒频、自动调谐功能，系统根据运行时间表的时间，在播音前25分钟判断发射机前一次播音与当前发射机要开的载波频率是否一致，如不一致则控制激励器输出需要的载波频率进行倒频。然后封锁音频信号，向自动调谐系统发送命令，对发射机高频放大前级谐振回路进行调谐，对高频放大末级谐振回路进行调谐和调载，并对激励器的激励电平进行自动控制。调谐完成后，系统向过荷保护及指示装置发送命令，对功率进行切换。

实时监测部分实时接收发射机运行过程中各种状态和表值。主要包括发射机模拟量数据和开关量数据，其中模拟量数据主要是发射机的表值和发射机8路调谐元件的步进电机位置等42个模拟量，开关量数据主要是来自电控逻辑及指示装置的发射机运行过程中的工作状态，及来自过荷保护及指示装置的发射机过荷状态等57个开关量。系统将42个模拟量及57个开关量的秒数据及分钟数据上传到机房运行监测系统。当监测到故障信息时，系统提供声音报警和界面报警，同时将故障信息记录于本系统的工作日志中，并将故障时前60秒的发射机数据上传至机房运行监测系统。

系统配置，主要是对电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置、发射机自动调谐控制系统和发射机监测系统等4个设备的串口设置串口端口号、波特率等配置，以及对应的本部发射机的机器号。

日志管理包括操作日志、表值记录、故障及告警记录。操作日志：记录自动化系统运行过程中所有操作人员的操作；表值记录：每分钟自动记录监测到的模拟量数值，若发生故障，则记录故障发生前60秒的模拟量数值；故障及告警记录：记录自动化系统故障时间和现象。

用户管理，提供用户登陆的操作，实现发射机的人员权限管理。

校时功能，自动化系统通过Socket方式接收机房运行监控系统下发的标准时间，进行时间同步，实现自动校时。

本系统的人机界面通过嵌入式Linux系统下的QT图形用户界面开发平台进行开发，利用多页面、菜单和图形显示的形式简单直观的将系统的所有功能显示出来，实现人性化的人机接口，实时监测发射机的各种模拟量、开关量数据，故障信息，操作日志，使操作人员能够全面地了解发射机运行的情况。界面分为主菜单栏，显示区，当前运行时间表信息、状态信息区，系统时间显示区。菜单栏有自动、电控、保护、表值、记录、选项和退出等7个功能导航菜单。每切换一次菜单主显示区的信息将随功能的不同而改变，其中电控逻辑及指示装置、过荷保护及指示装置的主显示区界面与其装置本身的面板完全一致。当发射机上的模式开关处于自动状态时，点击系统界面的自动按钮，界面出现当天的运行时间表，一条垂直红线表示当前时间，当红线经过时间表的播音区域时，时间表颜色变为亮绿色，表示发射机正在当前时间段播音。自动界面是系统默认界面，只有在此界面下，系统按当天的运行时间表对发射机进行自动控制。而开启自动的条件是发射机上的模式开关处于自动状态。表值界面将发射机高频放大各级谐振回路的电路图表示出来，将采样部分的表值在电路相应区域实时显示。记录菜单包括时间表、操作日志和故障日志，时间表界面可对当前运行时间表进行编辑修改，删除及保存。操作日志，包括创建时间，记录一天内发射机的所有操作，记录每个操作的3个字段：时间、操作类型及操作结果。故障日志，包括创建时间，记录一次故障前60秒的所有数据，每个故障的时间，和模拟量值。操作日志和故障日志都具有查询及导出数据功能。选项菜单包括通讯设置及用户管理，通讯设置用来配置系统的4个串口与相应设备的连接的端口号，波特率设置等，以及对应的本部发射机的机器号。用户管理提供用户登陆操作，设置用户登陆密码。当前运行时间表信息在主界面右上角显眼的位置显示，包括当前运行时间表的功率、频率、天线、方向、节目信息。状态信息区在发射机出现故障时指示发射机的故障信息。系统在任意界面都可以实时监测系统日期、系统时间、工作频率、发射机模拟量、开关量等发射机运行状态关键信息。