基于ARM的150kW短波发射机监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及短波发射机电气参数的数据采集及监测，尤其是涉及一种基于嵌入式系统的短波发射机监测系统。
【背景技术】
[0002]150kff短波发射机监测系统主要实现对150kW短波发射机的工作状态及各级电路工作时的电气参数进行实时监控和数据检测。目前传统的短波发射机测量装置的信号采集仍使用单片机作为主控制芯片，无显示界面，无数据存储功能，发射机电气参数的记录只能采用人工抄录的方式，无法对发射机电气参数进行统一管理和分析。由于没有人机界面，需通过另外一台工控机对采集的参数值进行校正，不具备网口，不能对监测装置进行远程维护，软件升级，已经不能适应目前的发展。
【发明内容】
[0003]在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监测系统，该监测系统能实现150kW短波发射机电气信号的测量、温度的测量、调幅度的测量、界面显示、数据存储、串口通信、网络通信等功能，通过对采集到的150kW短波发射机各方面的监测数据进行处理和分析，评估整个发射机的工作状态是否正常，实现自动抄表、自动检测、自动诊断、超限报警、数据查询、WIFI等功能。
[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案其特点是，通过隔离放大器实现150kW短波发射机与监测系统信号的有效隔离，以ARM嵌入式核心板为本监测系统的核心，通过核心板的SPI串行总线连接并扩展A/D模拟量采集电路，通过核心板的GP1接口连接温度测量电路，调幅度测量通过A/D模拟量采集电路送到ARM核心板，表头电路驱动电压表显不O
[0005]所述的信号隔离，为避免大功率发射机瞬间非正常电压突然加到150kW短波发射机监测系统电路输入端，造成监测系统电路元器件损坏，以及避免监测系统装置本身对发射机各级采样电路的影响，本发明采用输入/输出1:1增益的信号隔离放大器连接发射机各级信号采样端与本短波发射机监测系统的输入端，将输入端信号、输出端信号进行有效隔离，同时也将输入信号与输出信号的供电电源进行了隔离，解决短波发射机与监测系统的电气隔离及现场干扰问题，保障监测系统稳定可靠运行。
[0006]所述的ARM嵌入式核心板作为主控制模块，由嵌入式Linux操作系统和IXD、SP1、GP1驱动组成，负责对A/D模拟量采集、温度测量、调幅度测量、LCD显示屏的控制。
[0007]所述的AD模拟量采集，包括3片8通道、多量程、SPI串行输出的A/D转换芯片、滤波电路、分压电路组成。其中8路AD输入用于低周箱高前级电子管的灯丝、栅极、帘栅极以及板极的电压和电流的数据采集；8路AD输入用于低周箱末级电子管的灯丝、栅极以及帘栅极以及末级板极的电压和电流的数据采集；6路AD输入用于高前激励、宽放电流、宽放电压、宽放功率、输出功率、反射功率的数据采集。2路AD输入用于调幅波监测电路，采集高频调幅波信号的载波直流和音频检波信号。末级和前级电子管灯丝电流互感器取样回来的灯丝电流电压范围在0~15V之间，为使范围在A/D采样范围0~1 OV内，经电阻分压后接入到A/D采样输入端。大功率发射机的高频干扰比较强，A/D模拟量转换器采集速度快，灵敏度高，经滤波器滤波后，还需经软件滤波再由界面显示。
[0008]所述的温度测量，是指对150kW短波发射机电子管冷却系统的入水温度和出水温度进行测量，电子管入水温度过高，表明热交换器不正常；出水温度过高表明电子管工作不正常，这两种情况都应该禁止发射机的正常工作。温度传感器测回的数据通过ARM核心板的GP1接口送到ARM，通过软件滤波，得到入水、出水温度在界面显示出来。
[0009]所述的调幅度测量，根据GY31-84《调幅广播发射机运行技术等级》调幅度的定义:用单一频率的音频信号对载波进行调制的已调波，其最大或最小瞬时振幅与调制期间载波振幅差值再与调制期间载波振幅之比用百分比表示，既为发射机的调幅度。在本监测系统中，通过对150kW短波发射机的射频信号进行瞬时监测，其调幅度为射频信号检波后的音频电平幅度与直流电平之比。通过对载波直流信号的时间函数进行积分计算，得到在At时间间隔内的载波能量值；同样对音频信号的时间函数进行积分计算，得到在At时间间隔内的音频信号的能量值；将在At时间间隔内的音频信号的能量值除以在At时间间隔内的载波能量值，其商值就是在At时间间隔内的调幅度值。
[0010]所述的表头电路驱动150kW短波发射机的前级帘栅电流、前级阳极电流、末级栅级电流、末级帘栅电流、末级阳级电流、末级阳级电压6块表的表头，在安装之前对六块表进行校表，通过改变表头电路信号输入端的串接电阻，及运放的放大倍数对表头显示值进行校正。表头电路能反应短波发射机运行时的工作状态，当短波发射机前级或末级故障时，相应的表头反打。同样，经A/D采样后进入系统的LCD显示界面中的相应表头也显示反打状态并提示报警信息。
【附图说明】
[0011]图1为本发明基于ARM的短波发射机监测系统内部结构图；
图2为本发明中调幅度测量电路结构图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，基于ARM的150kW短波发射机监测系统内部结构主要包括2部分，24路采集板及ARM嵌入式核心板，其中ARM核心板为嵌入式系统，接口资源丰富，有串口、USB接口、SD卡接口、IXD显示接口、100M标准网口接口、SPI串行总线、30pin GP1接口，支持LCD四线电阻触摸屏。随着ARM微处理器的发展，高性能的多核处理器已成趋势，集成了 CPU高性能图形引擎，流畅运行嵌入式Linux操作系统，非常适用于图形图像显示，智能监控系统的开发。24路采集板包括隔离放大器、A/D模拟量转换、温度测量和调幅度测量，通过SPI总线，GP1接口实现与ARM核心板的数据传输。
[0013]24路采集板包括3片8路A/D模拟量转换芯片，需要对SPI总线进行复用，即使用ARM核心板的一个SPI接口，通过GP1接口的3个GP1引脚，复用SPI总线的片选信号，将3片A/D模拟量转换芯片连接到同一个SPI总线接口上，分时复用SPI总线。调幅度测量电路送出的高频调幅信号的载波直流和音频检波信号分别送到A/D模拟量转换芯片的2个通道输入端。出入温度和入水温度传感器连接到ARM核心板的GP1接口。隔离放大器将短波发射机采样电路送入的信号与A/D转换电路隔离。
[0014]ARM嵌入式核心板作为监测系统的主控制模块，用于对外部硬件设备的调度控制，通过Linux操作系统，以及外部设备的硬件驱动程序，协调各硬件设备的工作，及数据存储功能。监测系统的人机界面使用跨平台的QT图形界面开发平台开发，利用窗口、菜单和图形显示的形式将本系统的所有功能显示出来，方便操作人员使用。本系统软件主要包括A/D模拟量采集及报警、温度采集、调幅度测量、表值校正、抄表、远程通讯、WIF1、及数据存储功能。
[0015]监测系统的A/D模拟量采集是对高前级的灯丝电流、灯丝电压、栅极电流、栅极电压、帘栅极电流、帘栅极电压、板极电流、板极电压；末级的灯丝电流、灯丝电压、栅极电流、栅极电压、帘栅极电流、帘栅极电压、板极电流、板极电压；高前激励、宽放电流、宽放电压、宽放功率、输出功率、反射功率、调幅度等模拟信号进行采集，系统按着150kW短波发射机电控系统开机的顺序从高前级、末级到细调，依次发给A/D转换电路测量命令，读回A/D采样值经软件滤波及计算处理后得到测量的真实数据，送到显示界面显示。通过宽放、高前、末级、细调1、细调2几个页面将相应的模拟量值用表头图形及数字显示。当短波发射机运行过程中各级电路出现异常，采集回的信号值超出正常范围时，显示页面进行报警，指示呈红色醒目显示。
[0016]温度采集部分，温度传感器与ARM核心板通过GP1接口连接，监测系统按温度传感器的通讯协议及地址编码将150kW短波发射机电子管冷却系统的入水温度和出水温度读回，采样值经软件滤波后送到显示界面，当发射机电子管冷却系统的入水温度和出水温度超过一定值后，界面报警