一种卫星数据收发站发射开关控制器的设计

关键词： 串口 数据通讯 计算机

串口是计算机与外部设备之间常用的数据传输通道, 由于串行通信具有线路简单、应用灵活、可靠性高等优点, 所以被广泛应用于数据通讯、故障检测、计算机远程监控等方面。本发射开关控制器利用了R S-2 3 2串口的三个输出引脚:T X D, R T S和D T R, 由计算机从串口发出三个控制信号, 分别控制发射开关控制器的闭合、断开和计数器复位。

1 硬件设计

本卫星数据收发站发射开关控制器硬件电路包括1个RS-232接口芯片、2个计数器、4个与非门、2个晶体管放大器以及2个继电器, 其电路原理图如图1所示。

计算机通过RS-232标准串行接口的3个输出引脚TXD, RTS, DTR输出3个控制信号。其中, T X D引脚输出计数脉冲给计数器上, 用于触发开关控制器闭合, R T S引脚输出计数脉冲给计数器2, 用于触发开关控制器断开;D T R引脚输出计数器清零信号, 用于控制计数器1和计数器2清零。这些信号都是满足RS-23 2标准的E工A信号, 经RS-232接口芯片将E工A电平转换成T T L电平后, 才能输出给后面的计数器芯片进行处理。TXD引脚输出的计数脉冲, 经过电平转换处理后送入计数器1的时钟输入端, 它对应后面RS触发器的置位端;RTS引脚输出的计数脉冲, 经电平转换处理后送入计数器2的时钟输入端, 对应后面R S触发器的复位端;D T R引脚输出的计数器清零信号经电平转换后同时送入两个计数器的清零端。4个与非门构成一个RS触发器。

计数器1对输入其中的计数脉冲进行计数, 计到一定的值时输出一个有效脉冲给与非门1 (R S触发器的置位端) , R S触发器的输出端 (与非门3) 输出高电平, 进入置位状态。输出的TTL高电平使晶体管放大器导通, 小继电器的线圈两端得到电压驱动, 其常开端闭合, 从而使后面大继电器的线圈两端得到12V的直流电压驱动, 大继电器的常开端闭合, 输出220V交流电源信号给卫星调制解调器。此时数据收发站开始发送数据, 占用卫星信道。

计数器2对输人其中的计数脉冲进行计数, 计到一定的值时将输出一个有效脉冲给与非门2 (R S触发器的复位端) , R S触发器的输出端 (与非门3) 输出低电平, 进入复位状态。输出的TTL低电平不能使晶体管放大器导通, 小继电器的线圈两端没有得到电压驱动, 其常闭端闭合, 无电压输出, 因此, 后面大继电器的常闭端仍然闭合, 无电源信号输出, 卫星调制解调器不工作。此时数据收发站停止数据发送, 释放了卫星信道。

实现RS-232串口EIA电平与TTL电平之间逻辑电平的变换, 可用分立元件, 也可用集成电路芯片。目前使用的较多的是集成电路转换器件, 如MC1488、SN75150芯片可实现T T L电平到E I A电平的转换, 而MC1489、SN75154可实现EIA电平到T T L电平的转换。本设计中选用M C 1 4 8 9作为接R S-2 3 2口芯片, M C 1 4 8 9的1, 4, 1 0, 1 3脚接串口E I A电平信号, 其3, 6, 8, 1 1脚输出TTL电平信号。设计中的具体连接方法如图2所示。

本设计选择常用的十进制计数器S N 7 4 1 6 0作计数器1和计数器2, 它是同步十进制4位计数器, 输出范围为0000到10010SN74160的引脚图如图3所示。SN74160的管脚描述如下:C L K为时钟信号输入端;C L R为清零端, 低电平有效;A、B、C、D为置数/数据输入端;E N P和E N T是计数使能端, 高电平有效;L O A D为同步置数端, 低电平有效;R C O是进位输出端;Q A、Q B、Q C、Q D为数据输出端。

在进行电路设计时, 计数器1的C L K引脚接MC1489输出的TXD'信号, 使计数器1对计算机串口TXD引脚发来的脉冲进行计数;计数器2的CLK引脚接MC1489输出的R T S'信号, 使计数器2对计算机串口R T S引脚发来的脉冲进行计数;计数器1和计数器2的CLR引脚都接MC1489输出的DT R'信号, 由计算机串口的D'I'R引脚对两个计数器进行复位操作;计数器1和计数器2的ENT, ENP使能端都接高电平;计数器1和计数器2的LOAD都接高电平, A、B、C、D都悬空, 不置数, 使两个计数器每次从默认初始值0000计数到自然溢出。

与非门选用一个7 4 L S 0 0, 选用常用的晶体管放大器3DK4和3DG6, 构成复合管。由74LS00芯片输出的TTL信号驱动, 其输出信号驱动后面的继电器。选用通用的国产继电器:一个大继电器和一个小继电器, 小继电器的输出驱动大继电器, 最后输出开关电源信号。上述内容都是电路设计领域里的常规设计, 在此, 不再一一赘述。

2 控制软件设计

控制软件是发射开关控制器中重要的组成部分, 它为用户提供一个方便、友好的操作界面, 用以设置发射开关控制器的启动时刻 (发射开关控制器的开关闭合) 和关闭时刻 (发射开关控制器的开关断开) , 同时还可以实时显示当前的系统时间、发射开关控制器当前的运行状态和到下一次状态改变之前所剩的时间。

在定时器 (On Timer函数) 监测下, 设定判断语句, 在满足时间条件或其它控制条件的情况下由计算机通过串口向计数器1或计数器2发出计数脉冲和计数器清零信号, 进而控制发射开关控制器闭合或断开。例如, 需要在早8点闭合开关控制器, 晚2 0点断开开关控制器, 就可以在控制软件中设定一个时间判断语句, 当时间到早上8点时, 计算机就向计数器1发出计数脉冲, 触发开就向计数器2发出计数脉冲, 触发发射开关控制器的R S触发器复位, 使开关断开。如果需要在满足其它条件时闭合开关, 不满足条件时断开开关, 就可以在控制软件中, 设定其它条件判断语句, 计算机在满足条件时给出计数脉冲, 触发RS触发器置位/复位, 对应开关闭合/断开。如果在操作演示或调试时需要随机给出计数脉冲串, 就可以在控制软件中添加按钮, 通过触发按钮事件来触发计算机给出计数脉冲, 进而触发开关控制器中的RS触发器置位/复位, 从而使开关闭合/断开。控制软件操作起来十分方便。

为确保发射开关控制器在置位状态和复位状态下工作可靠, 小受信号干扰, 在设计控制软件时还做了如下设计:首先置计数器1和计数器2的清零端无效, 由计算机向计数器1发送计数脉冲, 等到R S触发器进入置位状态后, 计算机立即给出清零信号到计数器上和计数器2, 使计数器上和计数器2都输出低电平。根据与非门特性, 与非门1输出高电平到与非门3, 与非门2输出高电平到与非门4, 这样与非门3和与非门4的输出状态保持不变, R S触发器稳定地维持在置位状态。同理, 计算机向计数器2发出计数脉冲后, 等R S触发器一进入复位状态, 计算机就马上给出一个清零信号到计数器1和计数器2, R S触发器也可以稳定地维持在复位状态。

在W i n d o w s操作系统下, 串口设备被视作文件来处理, 实现串口读写所采用的函数与读写文件的函数相同, W i n d o w s AP1提供了Create File () , Write File () , Read Fi le () , Cre ate Eve nt () , Cre atc Thr ead () 等文件处理函数。本设计主要使用上述函数根据控制软件流程完成控制软件的设计具体编程过程在此不一一赘述。

下面就控制软件各个功能的实现过程做详细描述。

3 结语

本文提出了使用计算机串口来控制发射开关的方案, 充分利用了RS-232标准串口中的三个输出引脚, 分别控制开关控制器的闭合、断开和计数器复位, 成功实现了计算机对开关的自动控制。计算机端的控制软件给用户提供了一个方便、友好的操作界面, 用以设置开关控制器的启动时刻和关闭时刻, 同时可以实时显示系统时间、开关控制器当前的运行状态和到下一次状态改变前所剩的时间。本开关控制器具有微机自动化控制、操作简单、上作稳定可靠等优点, 有较强的实际应用价值。

摘要：本文提出了一种用于卫星数据收发站的发射开关控制器, 通过控制卫星数据收发站调制解调器的电源开关, 来实现数据发送的开始和结束。卫星调制解调器的电源开关闭合, 表示此数据收发站开始发送数据, 占用卫星信道;卫星调制解调器的电源开关断开, 表示此数据收发站结束了数据发送, 释放了卫星信道, 此时, 其它的数据收发站可以利用这个卫星信道进行数据传输, 通过发射开关控制器来确定卫星信道的状态, 提高信道的利用率。

关键词：卫星数据,发射开关,控制器,信道

参考文献

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