调频广播发射机控制器的设计探讨

一、调频广播发射机控制系统功能

调频广播发射机控制器是监控发射机运行状态的重要装置, 能够实现对发射机运行状态及故障的实时监测和保护, 主要具有以下几方面的功能[1]。

(一) 开/关机控制

通过控制器的开关控制模块能够实现发射机的自动开关机或者手动控制发射机的开关机。在自动和手动两种模式下, 发射机在开机后, 发射功率会自动上升, 监控系统能够根据功率的变化实现对发射机开关机状态的自动识别和监测。同时, 用户还能够时间参数控制发射机进行定时开关机。

(二) 状态监测

能够对调频广播发射机各模块的实时运行状态进行在线检测。包括主电源故障、风机故障、开关电源故障灯故障信号开关量以及发射机整机入射、反射功率、电源电压等模拟量的实时检测。

(三) 数据查询

数据查询主要包括调频广播发射机实时运行数据、历史运行数据以及故障记录及相关数据的查询。

(四) 参数设置

能够设置系统的各种运行控制参数, 包括开关机状态参数、系统密码、操作权限等参数的设置, 另外还包括对模拟量修正系数及上下限阈值的设置等。

(五) 故障检测及保护

调频广播发射机在实际运行时, 需要对发射机发生的各种故障进行实时检测, 同时将故障的具体类型等信息进行分类处理和保存, 从而为维护人员开展检修工作提供可靠的依据。

二、控制系统硬件设计

(一) 控制系统总体方案

调频发射机硬件控制系统基于DCS结构实现, 主控单元作为系统的核心单元, 其他控制单元则配合主控单元完成系统的监控和操作命令[2]。通过这样的硬件结构设计, 不仅使硬件结构更加简化, 系统的稳定性也进一步提升, 同时还能优化配置控制功能, 降低主控单元的工作负荷, 方便系统后期的维护和扩展。图1给出了调频广播发射机控制系统的结构框架, 整个系统包括主控单元以及电源控制、开关电源检测、功放控制等辅助控制单元。

(二) 主控单元硬件设计

主控单元是控制器的核心部分, 其设计的合理性将会直接影响到整个控制器的性能。主控单元的主要功能包括实现人机交互、数据实时显示、历史数据、故障记录查询、参数设置等。根据主控单元的功能定位, 其硬件应该包括数据存储模块、时钟模块、键盘驱动、显示器和通信模块。

(三) 电源控制单元硬件设计

电源控制单元的主要功能是通过对开关电源检测单元处理后的模拟量和开关量进行采集和判断, 实现对发射机开关电源以及前级功放工作状态的监测, 实现广播发射机的自动开关机控制。根据其功能要求, 需要与控制单元进行通信, 接受主控单元的操作指标, 完成相应的操作。

(四) 功放控制单元硬件设计

功放单元主要是对广播发射机内功放盒的实施运行状态进行监测, 然后对各组功放检测单元输出的模拟信号进行循环采集和转换处理, 并将处理之后的信号传输到主控单元。

三、控制系统软件设计

调频广播发射机控制系统各个控制单元软件部分的设计全部采用过程化软件设计方法, 按照功能对复杂的控制过程划分为多个模块, 然后进行多模块并行开发设计。通过这样的方式不仅能够使各个模块的软件部分进行独立设计, 提升变成的效率, 同时还能保证软件模块的通用性和可维护性。

(一) 主控单元软件设计

根据控制系统中对主控单元功能的划分, 将主控单元软件控制过程划分为初始化、人机交互、通信以及监控四个控制过程。每个控制过程能够划分为多个独立的功能模块, 在对主控单元软件部分进行设计的过程中, 需要对所有功能模块进行进一步细化。比如人机交互过程的软件设计工作量超过主控单元整体软件设计工作量的60%, 因此, 在设计过程中可能需要经常根据厂方的要求对代码进行调整, 因此, 将其划分为多个模块来降低软件结构的复杂性, 提高软件的可维护性。

(二) 电源控制单元软件设计

电源控制单元包括初始化、数据采集、数据处理以及开关机处理四个过程, 完成对开关电源模拟量、故障信号检测以及主机开关机命令等控制功能, 图2给出了电源控制单元软件模块。

(三) 功放控制单元软件设计

功放控制单元包括初始化、数据采集和数据处理三个控制过程, 通过这三个过程检测调频广播发射机功放盒输出的所有模拟量, 图3给出了功放控制单元的软件模块。

(四) 程序设计

控制系统软件与硬件具有同等重要的地位, 软件部分需要满足可靠、易懂、准确、易维护等要求。针对调频广播发射机控制器软件部分的程序设计采用C语言进行编写, 相对于汇编语言而言, C语言的功能性、结构性、可读性和可维护性优势较为明显。通过C语言编写调频广播发射机控制器软件程序, 提升了程序设计的灵活性, 并且凭借C语言提供的多种数据存储类型, 能够自动分配变量物理存储地址, RAM空间的利用效率得到了进一步的提升[3]。

根据调频广播发射机控制系统硬件结构, 各个模块功能相对独立。调频广播发射机控制器的软件设计主要是实现硬件驱动程序和应用程序。其中硬件的驱动程序主要包括芯片驱动和通信接口驱动程序两个部分的设计, 应用程序部分则是根据广播发射机的功能需求对每个功能模块进行单独的程序设计, 比如实现开关机控制程序、状态监测、参数设置等程序。

四、控制器的测试与联机调试

(一) 控制器测试

控制器作为调频广播发射机正常工作的核心部件之一, 其在安装到发射机之前需要对软硬件进行测试, 保证控制器软硬件的性能和可靠性。但是在实验室测试过程中, 通常测试的内容存在较大的局限性, 要想实现控制器的综合测试, 通常需要安装到广播发射机上在进行测试。由于调频广播发射机功率较大的、现场测试连接难度较大等因素的影响, 因此, 需要设计一种高效、方便地测试平台进行调频广播发射机控制器测试工作, 从而提高测试的效率和精度, 降低测试的成本。

(二) 控制器联机调试

广播发射机工作的环境一般面临强辐射、高电压、强磁场等因素, 因此, 广播发射机在运行的过程中, 不可避免会收到这些干扰因素的影响。因此, 需要保证发射机能够对外界干扰因素具有较强的抵抗能力。在实验室测试的过程中, 通常智能保证控制器在无干扰环境下的测试结果, 因此, 还需要进行现场联机调试来确保控制器的抗干扰能力, 保证控制器在安装到广播发射机之后能够稳定可靠的运行。

五、结语

调频广播发射机控制器主要实现了对广播发射机运行状态的实时监控和检测, 能够提前对广播发射机可能出现的故障进行预警, 对突发故障进行及时处理, 对于保证广播发射机的可靠稳定运行, 减轻值班、维护人工的工作量具有重要作用。调频广播发射机控制器是广播发射机自动控制技术发展的必然趋势。论文对调频广播发射机控制器软硬件部分进行了设计, 对各个部分的设计进行了细分, 为相关研究工作提供了简单的参考。

摘要：控制器作为调频广播发射机核心部件之一, 其将直接关系到广播发射机的发射质量, 是调频广播发射机实现自动化和数字化控制的重要媒介。论文根据调频广播发射机的功能及对控制系统的技术要求, 设计了调频广播发射机控制器的软硬件部分, 希望能够为调频广播发射机实现自动化监控提供一些简单的参考。

关键词：调频广播,发射机,控制器,硬件,软件