一种机场助航灯无线监控装置的制作方法

本发明属于机场灯光控制，具体涉及一种机场助航灯无线监控装置。

背景技术：

1、高级机场场面活动引导与控制系统（advanced surface movement guidance andcontrolsystem，a-smgcs）是国际民航组织大力推进的一项新技术，也是 asbu （即“aviation system block upgrades”的缩写, 是指“航空系统模块升级”）中推荐用于改进机场综合运行效能的一项重要技术。我国民航局高度重视应用各项新技术来提升中国民航的运行效能，目前已在国内18个主要机场建设使用了a-smgcs。a-smgcs系统功能主要包括监视、告警、滑行路径规划及引导四个方面，为实现a-smgcs（iv级）对机场场面移动体的自动引导功能，需要引接并控制机场助航灯光系统。由于助航灯光系统监控功能所涉及的核心设备——单灯控制器存在数量大（>10000+）、使用频率高、安装环境恶劣以及飞机滑行速度较快等特点，使得用户对该设备的监控实时性（<2s）、高可靠和稳定性、易建设和易维护性等提出了较高的要求。

2、但是，目前已建、新建或改建的机场助航灯光系统，除大兴国际机场外，其余机场的单灯控制器都是平放在室外嵌入式的灯箱底部。因灯箱无排水设施，灯箱内长期有大量积水，导致隔离变压器、单灯控制器和助航灯的电路连接头等完全浸泡在水中，防水橡胶件的老化易导致电缆接头或设备接地点锈蚀，引发接地或绝缘故障。

3、现有单灯控制器的通讯方式主要有电力载波通讯方案和光纤通讯方案，但是它们在实际应用时会存在如下问题：

4、（1）传统电力载波通讯方案是通过电缆线通讯，电缆接头的工艺和质量要求特别高，且需要进口的低漏感隔离变压器和正弦波恒流调光器，建设成本非常高；而接地或绝缘故障会直接导致灯光系统通讯故障，一个故障点就会导致整个回路上百个灯具监控异常或不能工作，因此该方案存在通讯可靠性及稳定性差，维护困难，维护频次高，建设和维护成本高等缺点；

5、（2）传统电力载波通讯方案是采用电力载波通讯协议，其所需载波信号受系统中固有的谐波信号、噪声信号和串扰信号等因素影响大，且系统中的长距离电缆（最大可达15公里）和隔离变压器对信号衰减大；同时该通讯协议是对每个灯具状态进行一个一个排队读取的方式，当系统同时对多灯的亮灭状态进行读取时（如停止排灯或绿灯引导时），从系统发出指令到监控电脑界面看到状态指示的延时通常至少>3s,甚至>8s，存在延时大和灯具监控实时性差的缺点，无法满足a-smgcs iv系统对助航灯光系统的要求，也严重制约了机场对飞机和车辆的引导效率，制约了机场效益的提升；

6、（3）光纤通讯方案虽然解决了通讯实时性（<2s）、接地和绝缘故障对通讯的影响，但需要单独铺设光缆；而铺设管道和光缆，又会增加施工和建设成本，例如，大型灯光改造区域面积大，原设计基本无管道，新挖管道将对机场滑行道道面产生较大影响，且需要停航施工，施工难度大，用户往往不能接受，所以光纤方案不能完全满足灯光改造项目的需要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种机场助航灯无线监控装置，用以解决现有助航灯光单灯控制系统在建设时为了实现通讯实时性而需要铺设管道和光缆的问题，可满足a-smgcs iv级系统在执行灯光引导时对灯具的实时控制要求（<2s）。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种机场助航灯无线监控装置，包括有串联交流电路主回路、负载状态检测电路、主控电路、无线通讯电路、灯控电路和负载短路控制电路，其中，所述串联交流电路主回路包括有两交流电输入端子以及串联在所述两交流电输入端子之间的电感元件、开关管元件和机场助航灯，所述主控电路分别电连接所述负载状态检测电路、所述无线通讯电路、所述灯控电路和所述负载短路控制电路；

4、所述负载状态检测电路，用于检测所述机场助航灯的两端连接状态和/或两端电压状态，并将检测所得信号传送至所述主控电路；

5、所述主控电路，用于在收到所述检测所得信号后，将与所述检测所得信号对应的负载状态信息传送至所述无线通讯电路，以及在根据所述检测所得信号发现所述两端连接状态为开路故障状态和/或所述两端电压状态为电压异常状态时，驱动所述负载短路控制电路对所述机场助航灯进行短路操作，以及还在收到来自所述无线通讯电路的控制信息后，根据所述控制信息驱动所述开关管元件导通或断开所述串联交流电路主回路，或者根据所述控制信息驱动所述灯控电路对所述机场助航灯进行点亮操作或熄灭操作，或者根据所述控制信息驱动所述负载短路控制电路对所述机场助航灯进行短路操作或复位操作；

6、所述无线通讯电路，用于在收到所述负载状态信息后，将所述负载状态信息无线传输至上位机，以及无线接收来自所述上位机的所述控制信息，并将所述控制信息传送至所述主控电路；

7、所述灯控电路，用于在所述主控电路的控制下，对所述机场助航灯进行点亮操作或熄灭操作；

8、所述负载短路控制电路，用于在所述主控电路的控制下，对所述机场助航灯进行短路操作或复位操作。

9、基于上述
技术实现要素：
，提供了一种可无线监视并控制机场助航灯的新方案，即包括有两交流电输入端子以及串联在所述两交流电输入端子之间的电感元件、开关管元件和机场助航灯，并通过负载状态检测电路、主控电路、无线通讯电路、灯控电路和负载短路控制电路的配置，可以检测所述机场助航灯的两端连接状态和/或两端电压状态，并自动无线上报状态信息以及无线受控于上位机进行主回路通断、点亮操作、熄灭操作、短路操作或复位操作等，进而可满足对助航灯的监控实时性和高可靠性的要求，同时无需额外铺设管道和光缆，利于方便快捷地安装、施工、调试和维护等，大幅节约了系统建设成本，便于实际应用和推广。

10、在一个可能的设计中，还包括有直流电源电路和稳压电路，其中，所述直流电源电路包括有第一整流二极管、第二整流二极管和超级电容；

11、所述第一整流二极管的阳极电连接所述开关管元件的通路一端，所述第二整流二极管的阳极电连接所述开关管元件的通路另一端，所述第一整流二极管的阴极分别电连接所述第二整流二极管的阴极、所述超级电容的正极和所述稳压电路的输入端，所述超级电容的负极接地，所述稳压电路的输出端分别电连接所述主控电路和所述无线通讯电路的供电端。

12、在一个可能的设计中，还包括有电源电压状态检测电路，其中，所述电源电压状态检测电路包括有第一电阻、第二电阻、第一电容、第一运算放大器、第三电阻和第二电容，所述第二电阻的一端、所述第一电容的一端和所述第二电容的一端分别接地；

13、所述第一电阻的一端分别电连接所述第一整流二极管的阴极和所述第二整流二极管的阴极，所述第一电阻的另一端分别电连接所述第二电阻的另一端、所述第一电容的另一端和所述第一运算放大器的正极输入端，所述第一运算放大器的输出端分别电连接所述第一运算放大器的负极输入端和所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别电连接所述第二电容的另一端和所述主控电路的第一输入端，以便将用于反映所述直流电源电路的输出电压状态的检测所得信号传送至所述主控电路。

14、在一个可能的设计中，所述负载状态检测电路包括有负载两端连接状态检测子电路，其中，所述负载两端连接状态检测子电路包括有第一双向稳压管、第二双向稳压管、第一光电耦合器、第四电阻、第五电阻和第三电容，所述第五电阻的一端和所述第三电容的一端分别接地；

15、所述第一双向稳压管的一端电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯一端的第一连接端子，所述第二双向稳压管的一端和所述第一光电耦合器的发光源供电端分别电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯另一端的第二连接端子，所述第一双向稳压管的另一端和所述第二双向稳压管的另一端分别电连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端电连接所述第一光电耦合器的发光源接地端；

16、所述第一光电耦合器的受光器供电端电连接第一直流电源，所述第一光电耦合器的受光器接地端分别电连接所述第五电阻的另一端、所述第三电容的另一端和所述主控电路的第二输入端，以便将用于反映所述机场助航灯的两端连接状态的检测所得信号传送至所述主控电路。

17、在一个可能的设计中，所述负载状态检测电路包括有负载两端电压状态检测子电路，其中，所述负载两端电压状态检测子电路包括有第六电阻、第七电阻、第四电容、第二运算放大器、第八电阻、第九电阻和第五电容，所述第五电容的一端接地；

18、所述第六电阻的一端电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯一端的第三连接端子，所述第七电阻的一端电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯一端的第四连接端子；

19、所述第六电阻的另一端分别电连接所述第四电容的一端、所述第八电阻的一端和所述第二运算放大器的负极输入端，所述第七电阻的另一端电连接所述第二运算放大器的正极输入端，所述第二运算放大器的输出端分别电连接所述第八电阻的另一端和所述第九电阻的一端，所述第九电阻的另一端分别电连接所述第五电容的另一端和所述主控电路的第三输入端，以便将用于反映所述机场助航灯的两端电压状态的检测所得信号传送至所述主控电路。

20、在一个可能的设计中，所述负载两端电压状态检测子电路还包括有第十电阻、第六电容、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第三运算放大器、第四运算放大器、第一晶体二极管、第二晶体二极管和第十四电阻，其中，所述第六电容的一端、所述第十三电阻的一端和所述第十四电阻的一端分别接地；

21、所述第十电阻的一端电连接所述第二运算放大器的输出端，所述第十电阻的另一端分别电连接所述第六电容的另一端、所述第三运算放大器的正极输入端和所述第四运算放大器的负极输入端；

22、所述第十一电阻的一端电连接第一直流电源，所述第十一电阻的另一端分别电连接所述第十二电阻的一端和所述第三运算放大器的负极输入端，所述第十二电阻的另一端分别电连接所述第十三电阻的另一端和所述第四运算放大器的正极输入端；

23、所述第三运算放大器输出端电连接所述第一晶体二极管的阳极，所述第四运算放大器的输出端电连接所述第二晶体二极管的阳极，所述第一晶体二极管的阴极分别电连接所述第二晶体二极管的阴极、所述第十四电阻的另一端和所述主控电路的第四输入端，以便将用于反映所述机场助航灯的两端电压异常状态的检测所得信号传送至所述主控电路。

24、在一个可能的设计中，所述灯控电路包括有第十五电阻、第一开关管、第三晶体二极管、继电器和第七电容，其中，所述第十五电阻的一端和所述第一开关管的通路一端分别接地；

25、所述第三晶体二极管的阴极和所述继电器的线圈支路一端分别电连接第二直流电源，所述第三晶体二极管的阳极分别电连接所述继电器的线圈支路另一端和所述第一开关管的通路另一端，所述继电器的触电支路第一切换端和所述第七电容的一端分别电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯一端的第一连接端子，所述继电器的触电支路第二切换端、所述继电器的触电支路公共端和所述第七电容的另一端分别电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯另一端的第二连接端子；

26、所述第一开关管的受控端分别电连接所述第十五电阻的另一端和所述主控电路的第一输出端，以便接收来自所述主控电路的且用于对所述机场助航灯进行点亮操作或熄灭操作的第一控制信号。

27、在一个可能的设计中，所述负载短路控制电路包括有第十六电阻、第二开关管、第二光电耦合器、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、分路器、第廿一电阻、第廿二电阻、第三开关管和第四开关管，所述第十六电阻的一端和所述第二开关管的通路一端分别接地；

28、所述第十七电阻的一端电连接第二直流电源，所述第十七电阻的另一端电连接所述第二光电耦合器的发光源供电端，所述第二光电耦合器的发光源接地端电连接所述第二开关管的通路另一端；

29、所述第十八电阻的一端和所述第十九电阻的一端分别电连接第一直流电源，所述第十八电阻的另一端电连接所述第二光电耦合器的受光器供电端，所述第二光电耦合器的受光器接地端分别电连接所述第二十电阻的一端和所述分路器的输入端，所述第十九电阻的另一端电连接所述分路器的供电端，所述第二十电阻的另一端和所述分路器的接地端分别电连接参考地；

30、所述分路器的第一输出端电连接所述第廿一电阻的一端，所述第廿一电阻的另一端电连接所述第三开关管的受控端，所述分路器的第二输出端电连接所述第廿二电阻的一端，所述第廿二电阻的另一端电连接所述第四开关管的受控端，所述第三开关管的通路一端电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯一端的第一连接端子，所述第四开关管的通路一端分别电连接所述串联交流电路主回路中的且用于电连接所述机场助航灯另一端的第二连接端子，所述第三开关管的通路另一端和所述第四开关管的通路另一端分别电连接所述参考地；

31、所述第二开关管的受控端分别电连接所述第十六电阻的另一端和所述主控电路的第二输出端，以便接收来自所述主控电路的且用于对所述机场助航灯进行短路操作或复位操作的第二控制信号。

32、在一个可能的设计中，还包括有电阻元件和负载电流检测电路，其中，所述电阻元件位于所述串联交流电路主回路中并串联在所述两交流电输入端子之间；

33、所述负载电流检测电路包括有廿三电阻、廿四电阻、第八电容、电流检测芯片和廿五电阻，其中，所述廿三电阻的一端电连接所述电阻元件的一端，所述廿四电阻的一端电连接所述电阻元件的另一端，所述廿三电阻的另一端分别电连接所述第八电容的一端和所述电流检测芯片的正/负极输入端，所述廿四电阻的另一端分别电连接所述第八电容的另一端和所述电流检测芯片的负/正极输入端，所述电流检测芯片的输出端电连接所述廿五电阻的一端，所述廿五电阻的另一端电连接所述主控电路的第五输入端，以便将用于反映所述串联交流电路主回路的负载电流状态的检测所得信号传送至所述主控电路。

34、在一个可能的设计中，还包括有环境温湿度采集电路，其中，所述环境温湿度采集电路的启动受控端电连接所述主控电路的第三输出端，所述环境温湿度采集电路的采集数据输出端电连接所述无线通讯电路的数据输入端；

35、所述环境温湿度采集电路，用于在所述主控电路的控制下采集环境温湿度数据，并将所述环境温湿度数据传送至所述无线通讯电路，以便通过所述无线通讯电路将所述环境温湿度数据上传至所述上位机。

36、在一个可能的设计中，所述机场助航灯为单向灯珠或者两向灯珠，并配置有对应的所述负载状态检测电路、所述灯控电路和所述负载短路控制电路。

37、上述方案的有益效果：

38、（1）本发明创造性提供了一种可无线监视并控制机场助航灯的新方案，即包括有两交流电输入端子以及串联在所述两交流电输入端子之间的电感元件、开关管元件和机场助航灯，并通过负载状态检测电路、主控电路、无线通讯电路、灯控电路和负载短路控制电路的配置，可以检测所述机场助航灯的两端连接状态和/或两端电压状态，并自动无线上报状态信息以及无线受控于上位机进行主回路通断、点亮操作、熄灭操作、短路操作或复位操作等，进而可满足对助航灯的监控实时性和高可靠性的要求，同时无需额外铺设管道和光缆，利于方便快捷地安装、施工、调试和维护等，大幅节约了系统建设成本；

39、（2）由于是将主回路供电与通讯分离，实现了在通讯实时性（信号延时<0.8s）的同时使通讯不受供电电源谐波、噪声和串扰等因素干扰，可提高负载控制的实时性、有效性，且降低了控制故障率，进而降低了维护费用；

40、（3）还可以实现对同一助航灯串联回路或不同串联回路中所有灯具，同时亮灭控制和同时状态显示，相互不受影响，为大规模集群控制以及数字化和智能化控制提供了强有力的技术保障，便于实际应用和推广。