专利名称：一种机场气象通信控制板的制作方法
技术领域：
一种机场气象通信控制板技术领域[0001]本实用新型涉及民航机场的地面气象观测领域，具体涉及一种机场气象通信控制板。
背景技术：
[0002]目前，机场自动气象观测系统分为室外和室内两部分。室外部分包括自动气象站外站(压、温、湿、风、雨传感器、数据采集系统、供电系统、风支撑杆)、云高仪、能见度仪、背景亮度计、天气现象传感器、跑道测风站等。室内部分包括中央控制器(服务器、UPS不间断电源、免维护蓄电池、机柜)、工作站(观测工作站、预报工作站、空管工作站)、气压仪、打印机等。我国幅员辽阔，地理形态千差万别，故此国内各个机场对气象装备种类和数量的要求差别很大，尤其是室外部分的设备种类繁多，通信命令不尽相同。这些设备和室内服务器、工作站的接入成为很棘手的问题，国内以前的接入都采用通信控制板，该主板根据接入设备种类数量不同，需要进行针对性的研发定制，并且定制周期长、安装架设不方便。[0003]本实用新型提供一种气象通信控制板，该气象通信控制板高度智能灵活，能为12 个不同种类的气象观测设备接入室内工作站提供可靠的数据链路。并且每种新型设备的接入，只需要通过中心站图形化的配置软件以图形化或文本指令的方式改变每个信道的17 个工作属性，以适应各种不同的机场对设备的要求。实用新型内容[0004]本实用新型为了克服现有机场气象通信控制板针对每个机场都需要研发定制，并且定制周期长、安装架设不方便的缺点，提供一种机场气象通信控制板，[0005]一种机场气象通信控制板，该控制板包括ARM高速处理器、UART扩展芯片1、UART 扩展芯片2、UART扩展芯片3、内部时钟、定时器，所述ARM高速处理器通过8位高速数据总线与UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3连接，所述内部时钟和定时器分别与ARM高速处理器连接；所述ARM高速处理器包括系统调度模块、信道控制类模块、时钟控制类模块和逻辑控制类模块，所述系统调度模块通过用户接口与信道控制类模块连接， 系统调度模块分别通过ARM高速处理器的两个内部接口与时钟控制类模块和逻辑控制类模块连接。[0006]本实用新型所述UART扩展芯片1扩展芯片接口为UART1、UART2、UART3和UART4， UART扩展芯片2扩展芯片接口为UART5、UART6、UART7和UART8 ；UART扩展芯片3扩展芯片接口为UART9、UART10、UARTll和UART12 ；所述的12个UART 口即为12个通信信道。[0007]本实用新型所述的信道控制类模块包括十一个子模块，分别为信道的通断控制模块、信道波特率控制模块、信道通信单字节字长控制模块、信道通信单字节停止位长度控制模块、信道通信数据长度控制模块、信道通信数据结束符号控制模块、信道通信数据单向发送控制模块、信道通信命令字符串控制模块、信道通信命令发送周期控制模块、信道通信命令个数控制模块和信道通信参数保存与恢复控制模块。[0008]本实用新型所述的时钟控制类模块包括三个子模块，分别为时钟管理模块、发送速率控制模块和接收速率控制模块。[0009]本实用新型所述的逻辑控制类模块包括四个子模块发送冲突检测模块、接收数据冲突检测模块、中断冲突检测模块，强制直通通信检测模块。[0010]本实用新型的有益效果本实用新型无需针对不同机场设备的接入单独编程，只需要通过简单命令进行配置就可以实现多种机场设备的通信接入。具有高度智能灵活的特点O
[0011]图1是本实用新型一种机场气象通信控制板的硬件结构图；[0012]图2是本实用新型一种机场气象通信控制板的软件结构图。
具体实施方式
[0013]结合图1和图2说明本实施方式，一种机场气象通信控制板，该控制板包括ARM高速处理器、高速UARTA 口、高速UARTB 口、内部时钟、定时器、8位高速数据总线、UART扩展芯片1的扩展接口为UARTl、UART2、UART3和UART4，UART扩展芯片2的扩展接口为UART5、 UART6、UART7 和 UART8，UART 扩展芯片 3 的、扩展接 UART9、UART10、UART11 和 UART12 ；所述 ARM高速处理器通过8位高速数据总线与UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3连接，所述ARM高速处理器负责所有软件的执行、运算、中断响应；高速UARTA 口和高速 UARTB 口与ARM高速处理器连接，所述高速UARTA负责所有通信数据打包上传，高速UARTB 口负责信道控制类所有参数的设置；所述内部时钟和定时器分别与ARM高速处理器连接， 所述定时器为系统调度模块提供毫秒级时钟，内部时钟为系统调度模块提供秒级时钟，定时器与内部时钟相互配合，共同实现多种软件任务的精确调度。8位高速数据总线的通信速率可以动态设定，以满足UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3的写、读操作时序要求；扩展接口 UART1、UART2、UART3、UART4、UART5、UART6、UART7、UART8、UART9、 UART10, UARTlU UART12为硬件UART 口，所述12个UART 口即为12扩展出的12个通信信道；可以实现从300到57600波特率的串行通信速率。[0014]ARM高速处理器的软件部分包括信道控制类模块、时钟控制类模块、逻辑控制类模块、系统调度模块。系统调度模块通过用户接口和内部接口调度前三大类模块，最终实现通信任务。[0015]本实施方式中所述的信道控制类模块包括十一个子模块，分别为信道的通断控制模块、信道波特率控制模块、信道通信单字节字长控制模块、信道通信单字节停止位长度控制模块、信道通信数据长度控制模块、信道通信数据结束符号控制模块、信道通信数据单向发送控制模块、信道通信命令字符串控制模块、信道通信命令发送周期控制模块、信道通信命令个数控制模块和信道通信参数保存与恢复控制模块。[0016]所述信道的通断控制模块用于控制12个通信信道的打开和关闭，当信道被关闭时，该信道无法通过硬件发送数据，如果该信道接收到数据，ARM高速处理器将不响所有接收到的数据。用户可以通过用户接口配置该模块。[0017]所述信道波特率控制模块用于控制12个通信信道每个信道波特率的设置，波特率设置范围从300到57600波特率。用户可以通过用户接口配置该模块。[0018]所述信道通信单字节字长控制模块用于控制12个通信信道每个信道单字节通信字长，可以设置6位、7位、8位字长。用户可以通过用户接口配置该模块。[0019]所述信道通信单字节停止位长度控制模块控制12个通信信道每个信道单字节通信停止位长度，可以设置1位或2位。用户可以通过用户接口配置该模块。[0020]所述信道通信数据长度控制模块用于控制12个通信信道每个信道每次接收数据的最大长度。设置范围从1到1024，对于有结束符号的数据，该模块无用。对于没有结束符号的定长数据，该模块有用。该模块可以控制多个连续数据包的分隔。用户可以通过用户接口配置该信道。[0021]所述信道通信数据结束符号控制模块用于判别12个通信信道每个信道每次接收数据结束符号。结束符号可以是ASCII码表的任意值。为了方便用户输入该ASCII码值， 可以通过设置0到127的10进制值代替ASCII码字符。这样可以输入许多特殊的控制字符如(0X0D回车、OXOA换行)的输入。用户可以通过用户接口配置该模块。[0022]所述信道通信数据单向发送控制模块用于为12个通信信道每个信道提供单工通信的功能。这种功能主要为显示终端服务，显示终端只接受数据，无论显示终端怎样回复对应信道数据，所有数据都将被忽略。这种功能可以避免通信信道受到意外的干扰。用户可以通过用户接口配置该模块。[0023]所述信道通信命令字符串控制模块用于控制12个通信信道每个信道发送命令字符串功能。字符串可以是ASCII码表任意值的组合。发送命令长度不大于150字节。用户可以通过用户接口配置该模块。[0024]所述信道通信命令发送周期控制模块用于控制12个通信信道每个信道发送命令的发送周期功能。设置范围从1秒到65535秒。用户可以通过用户接口配置该模块。[0025]所述信道通信命令个数控制模块用于控制12个通信信道每个信道发送命令数量。设置范围从1个到6个。因为某些设备输出数据有多种，每种输出数据需要多种命令采集，如机场自动气象站外站，有瞬时3秒风要素数据、分钟雨量数据、分钟温湿要素数据， 由于风要素数据每隔3秒钟采集一次，而分钟温湿、雨量数据每隔1分钟采集一次，这样就存因设备输出数据种类不同、采集频率不同的产生的多条通信命令。用户可以通过用户接口配置该模块。[0026]所述信道通信参数保存与恢复控制模块，用户通过用户接口可以保存和恢复各个信道通信参数。其作用是避免用户设置错误对设备的永久影响。[0027]本实施方式中所述的时钟控制类模块包括三个子模块，分别为时钟管理模块、发送速率控制模块和接收速率控制模块。[0028]时钟管理模块该模块不能被用户操控，完全由系统调度模块通过内部接口调用。 该模块决定信道控制类所有模块的运行周期，该模块硬件基础是内部时钟和定时器，故此可以最小定时到1毫秒，最大定时到65535秒。[0029]发送速率控制模块该模块控制所有信道发送命令速率，根据信道波特率的不同， 发送速率也各不相同，该模块不能被用户操控，完全由系统调度模块通过内部接口调用。[0030]接收速率控制模块该模块控制所有信道接收数据的速率，根据信道波特率的不同，接收数据产生的中断间隔各不相同，该模块不能被用户操控，完全由系统调度模块通过内部接口调用。[0031]本实施方式中所述的逻辑控制类模块包括四个子模块，分别为发送冲突检测模块、接收数据冲突检测模块、中断冲突检测模块和强制直通通信检测模块。[0032]所述的发送冲突检测模块负责所有信道冲突检测。当某一信道有多条命令存在时，会存在如下问题，无论各个信道发送周期有怎样区别，他们之间总存在最小公倍数，如机场自动气象站外站，有索要瞬时3秒风要素数据命令、索要分钟雨量数据命令、索要分钟温湿要素数据命令，三种命令的发送间隔的最小公倍数是60秒，在60秒时间点，三种命令都需要发送，此时发送冲突检测模块需要根据命令的优先级别来选择发送优先级高的命令，待数据接收到后发送优先级较低的命令。该模块不能被用户操控，完全由系统调度模块通过内部接口调用。[0033]所述的接收数据冲突检测模块负责所有信道接收数据冲突检测，在既定的时间内，如果某信道接收到多条返回数据。接收数据冲突检测模块需要根据每条数据长度、起始符号、结束符号来分割数据，分割后压入堆栈随时通过UARTA 口发送到上位机。[0034]所述中断冲突检测模块负责多个信道接收数据时候的中断调度。当多个信道同时接收数据的时候，几个信道同时向ARM高速处理器产生中断，中断冲突检测模块需要根据每个信道缓冲区的当前大小决定先为哪个信道处理。当某个信道缓冲区即将溢出的时候先处理该信道的中断请求，当某个信道缓冲区和其他信道相比较最大时，延时处理。最终目的是为了保证12个UART 口接收数据完整。[0035]强制直通通信检测模块该模块为优先级别最高的软件模块，当该模块运行时，信道控制类11个模块全部停止工作。该模块主要是用来判断并找出接入气象设备的故障原因。当某些传感器无法发送正确数据的时候，上位机(服务器)可以通过系统调度模块调用该模块进行故障判断，此时上位机可以脱离通信控制板直接和具体的某种气象设备通信， 用户已经设定信道的所有通信任务全部停止，上位机通过每种设备的调试指令找出故障原因。当上位机不在调用该模块之后70秒内，该模块将自动退出执行，恢复到本实用新型调用该模块之前的任务状态，所有数据不会丢失。
权利要求1.一种机场气象通信控制板，该控制板包括ARM高速处理器、UART扩展芯片1、UART扩展芯片2、UART扩展芯片3、内部时钟、定时器，其特征是，所述ARM高速处理器通过8位高速数据总线与UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3连接，所述内部时钟和定时器分别与ARM高速处理器连接；ARM高速处理器包括系统调度模块、信道控制类模块、 时钟控制类模块和逻辑控制类模块，所述系统调度模块通过用户接口与信道控制类模块连接，系统调度模块分别通过ARM高速处理器的两个内部接口与时钟控制类模块和逻辑控制类模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种机场气象通信控制板，其特征在于，所述UART扩展芯片1扩展芯片接口 UART1、UART2、UART3和UART4，UART扩展芯片2扩展芯片接口 UART5、 UART6、UART7 和 UART8 ；UART 扩展芯片 3 扩展芯片接口 UART9、UART10, UARTll 和 UART12 ； 所述UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3的扩展的12个UART 口即为12 个通信信道。
3.根据权利要求1所述的一种机场气象通信控制板，其特征在于，所述定时器为系统调度模块提供毫秒级时钟，内部时钟为系统调度模块提供秒级时钟。
专利摘要一种机场气象通信控制板，涉及民航机场的地面气象观测领域，现有机场气象通信控制板针对每个机场都需要研发定制，并且定制周期长、安装架设不方便的缺点，本新型RM高速处理器、UART扩展芯片1、UART扩展芯片2、UART扩展芯片3、内部时钟、定时器，所述ARM高速处理器通过8位高速数据总线与UART扩展芯片1、UART扩展芯片2和UART扩展芯片3连接，所述UART扩展芯片1扩展为UART1～UART4，UART扩展芯片2扩展芯片接口为UART5～UART8；UART扩展芯片3扩展芯片接口为UART9～UART12；所述内部时钟和定时器分别与ARM高速处理器连接；本新型具有高度智能灵活的特点。
文档编号G05B19/04GK202257117SQ20112033778
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者张月清, 张禹瑄, 王刚, 王启万, 胡玮通 申请人:长春希迈气象科技股份有限公司