林忠南 張偉紅 徐 才 陳榮華

(舟山市氣象局，浙江舟山316021)

0 引言

次，多的達(dá)到4～5次。這些小故障經(jīng)常只需手動(dòng)重啟RDASC計(jì)算機(jī)，或伺服計(jì)算機(jī)、伺服總電源就可以解決。為此，舟山站自行研制了遠(yuǎn)程控制器，實(shí)現(xiàn)了RDASC計(jì)算機(jī)、伺服計(jì)算機(jī)、伺服總電源等的遠(yuǎn)程控制，一些相關(guān)的停機(jī)故障無(wú)須上雷達(dá)站就能解決，使CINRAD達(dá)到了無(wú)人值守的要求。

1 控制器結(jié)構(gòu)原理

1.1 控制器原理框圖(圖1)

控制器主要由隔離器、鎖存器、緩沖器、驅(qū)動(dòng)器、繼電器或電子開(kāi)關(guān)組成。

圖1 控制器原理框圖

新一代多普勒天氣雷達(dá)(CINRAD)是一種具有全遙控功能的雷達(dá)，理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。但強(qiáng)大的功能不可避免的使雷達(dá)軟硬件都更加的復(fù)雜化，從而導(dǎo)致雷達(dá)的穩(wěn)定性、可靠性難以達(dá)到無(wú)人值守的要求。特別是CINRAD至今仍存在一些經(jīng)常反復(fù)發(fā)生的小故障，更是給實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守帶來(lái)極大的障礙。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的CINRAD停機(jī)故障都是一些小故障，主要發(fā)生在RDASC計(jì)算機(jī)通訊和伺服控制部分，最常發(fā)生的是“天線(xiàn)座I/O錯(cuò)”，舟山市氣象雷達(dá)站每月都有2～3

1.2 控制器方案

控制器功能簡(jiǎn)單，對(duì)響應(yīng)速度也沒(méi)有很高的要求，但考慮到天氣雷達(dá)的重要性，控制器必須非常穩(wěn)定可靠，因此我們排除了相對(duì)較為復(fù)雜的采用單片機(jī)的制作方法，直接采用計(jì)算機(jī)作為通訊和控制軟件的工作平臺(tái)。

在近距離、低速通訊和控制接口數(shù)量少的情況下，并口通訊比串口通訊、USB通訊更為簡(jiǎn)潔可靠，不需要昂貴的專(zhuān)用設(shè)備就可以開(kāi)發(fā)制作，控制軟件也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此選擇計(jì)算機(jī)的并口作為控制器的通訊接口。而且空出來(lái)的兩個(gè)串口還可以用于CINRAD測(cè)試時(shí)的“天控模擬”和“DAU模擬”，一舉兩得。

1.3 控制器組成

1.3.1 接口隔離

由于計(jì)算機(jī)并口約有20 mA的輸出電流(數(shù)據(jù)口、控制口接TLP521光耦后，實(shí)測(cè)輸出電流約11 mA)，狀態(tài)口輸入端內(nèi)有上拉電阻，因此可以直接在并口的輸入、輸出端口串接光耦，無(wú)須再在光耦與并口間外加電源，使計(jì)算機(jī)與控制器后續(xù)部分達(dá)到了完全的隔離，提高了控制器的抗干擾能力和安全性。

不同的計(jì)算機(jī)并口的輸出電流可能會(huì)有所不同，為保證光耦的正常工作，可調(diào)整輸出端口與光耦間的限流電阻，把電流控制在一定范圍。對(duì)于TLP521系列光耦，可控制在5～10 mA，即保證工作，又可延長(zhǎng)工作壽命。

1.3.2 數(shù)據(jù)接口

計(jì)算機(jī)并口在EPP模式下，其端口可分為8路雙向數(shù)據(jù)口(第2—9腳)、4路控制輸出口(第1，14，16，17 腳)、5 路狀態(tài)讀入口(第 15，13，12，10，11腳)，第18—25腳為公共接地端(如表1)?？刂破饔昧似渲械?6路，即8路雙向數(shù)據(jù)口、4路控制輸出口、4路狀態(tài)讀入口。

表1 EPP模式并口針腳定義

用并口的8路數(shù)據(jù)端口輸出雷達(dá)設(shè)備控制信號(hào)，可以同時(shí)控制八路電源或按鍵信號(hào)，足夠CINRAD的控制要求。如果有更多的控制需求，則可以復(fù)用并口的8路數(shù)據(jù)端口。

用并口的4路控制端口輸出3位的鎖存控制編碼信號(hào)和一位的譯碼器使能信號(hào)，通過(guò)3～8譯碼器控制鎖存器和緩沖器，輸出、讀入雷達(dá)設(shè)備控制信號(hào)。與直接控制相比，用編碼方式不但提高了控制器的抗干擾性，而且使控制器具有很大的擴(kuò)展性。如果不考慮控制命令的驗(yàn)證，可以輸出64路的控制信號(hào)。

用并口的4路狀態(tài)輸入端口讀入當(dāng)前雷達(dá)設(shè)備控制信號(hào)狀態(tài)。狀態(tài)讀入采用時(shí)分復(fù)用方式，通過(guò)控制緩沖器的選通，分兩次讀入8位的當(dāng)前雷達(dá)設(shè)備控制信號(hào)狀態(tài)，并與輸出控制命令作比較，監(jiān)測(cè)控制器是否工作正常。進(jìn)一步提高了控制器的可靠性。

1.3.3 其它主要器件

放大驅(qū)動(dòng)采用達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器uln2803，包含8個(gè)NPN達(dá)林頓管，高耐壓，輸出電流達(dá)500 mA，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器。與晶體管相比，大大簡(jiǎn)化了電路，降低了故障率。

繼電器采用負(fù)載為交流220 V－10 A、控制電壓為5或12 V的小型通用功率繼電器。如果控制信號(hào)是小電流直流信號(hào)，比如按鍵信號(hào)，則可換用電子開(kāi)關(guān)，以改善輸出控制信號(hào)的波形和響應(yīng)速度。

伺服總電源是大電流的三相電源，因此在繼電器后再加一個(gè)三相交流接觸器。

在各繼電器和交流接觸器上并聯(lián)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使得在雷達(dá)不停機(jī)情況下，就可以隨時(shí)把控制器從雷達(dá)系統(tǒng)中脫離，進(jìn)行維護(hù)檢查，保證了氣象探測(cè)的連續(xù)性。

手動(dòng)開(kāi)關(guān)和交流接觸器電壓高、電流大，而且體形較大，因此安裝在專(zhuān)用的配電箱內(nèi)，進(jìn)一步提高了設(shè)備的安全性和可操作性。

1.4 控制器外部連接框圖(圖2)

位于雷達(dá)站的控制器一端連接需控制的雷達(dá)設(shè)備電源或按鍵信號(hào)，另一端連接專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)。山下遙控計(jì)算機(jī)只要通過(guò)遙控軟件，控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，就可以對(duì)與其相連的控制器進(jìn)行操作，從而控制相關(guān)的雷達(dá)設(shè)備。

圖2 控制器外部連接框圖

2 控制器相關(guān)軟件

2.1 遙控程序

遙控程序可隨意選擇流行的成熟產(chǎn)品，但由于遙控程序是復(fù)用從CINRAD的RPG計(jì)算機(jī)和RDASC計(jì)算機(jī)之間的通訊線(xiàn)路，必須保證不能影響正常的雷達(dá)數(shù)據(jù)傳送，因此遙控程序應(yīng)該選擇占用帶寬少的。舟山站采用的是PCANYWHERE10，這款產(chǎn)品數(shù)據(jù)量小、CPU占用率低、操作簡(jiǎn)潔、功能豐富，經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，可同時(shí)應(yīng)用于RDASC計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

2.2 控制程序

2.2.1 并口操作

控制程序工作前需要確認(rèn)計(jì)算機(jī)BIOS中的并口設(shè)置，并口通常可以選擇使用3BCh，378h和278h這3個(gè)基地址，工作模式可選EPP模式或EPP+ECP模式?；刂穼?duì)應(yīng)并口的數(shù)據(jù)寄存器，基地址+1對(duì)應(yīng)并口的狀態(tài)寄存器，基地址+2對(duì)應(yīng)并口的控制寄存器?？刂瞥绦蚓褪峭ㄟ^(guò)虛擬驅(qū)動(dòng)程序讀寫(xiě)這3個(gè)寄存器，與控制器進(jìn)行通訊，控制繼電器動(dòng)作，從而控制相應(yīng)的雷達(dá)設(shè)備。

2.2.2 虛擬驅(qū)動(dòng)程序

虛擬驅(qū)動(dòng)程序可選用WINIO，WINIO是一個(gè)全免費(fèi)的、無(wú)需注冊(cè)的、含源程序的端口操作驅(qū)動(dòng)程序組件。它能在VB，DELPHI，VC等其它環(huán)境下使用，性能特別優(yōu)異。

2.2.3 控制程序界面如圖3。

圖3 控制程序界面

2.2.4 控制程序主流程如圖4。

圖4 控制程序主流程

3 結(jié)語(yǔ)

采用并口通訊的控制器簡(jiǎn)潔可靠，在舟山站一年多的業(yè)務(wù)使用過(guò)程中，雷達(dá)發(fā)生的“天線(xiàn)座I/O錯(cuò)”等數(shù)十次無(wú)法自動(dòng)恢復(fù)的故障，都成功地通過(guò)控制器遠(yuǎn)程遙控解決，大大減少了上雷達(dá)站維護(hù)的次數(shù)和雷達(dá)的故障時(shí)間。控制器穩(wěn)定可靠，故障率為0，很好地保障了舟山站雷達(dá)在遙控操作下的正常運(yùn)行，有較好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 徐善榮.計(jì)算機(jī)接口技術(shù)［M］.湖北:武漢理工大學(xué)出版社，2004.

［2］ 王達(dá).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.