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检测系统对外接口电路的设计与实现

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摘要:对外接口电路是发射机与外部软硬件系统设备进行信息交互的桥梁和窗口,是实现发射机自动监控不可或缺的重要组成部分。本文以XAM-10A型中波广播发射机为例探讨了其监测控制系统对外接口电路的设计与实现问题,根据发射机涉及的状态参量和指令信息的对外输入/输出特性类型,完成了对外接口电路关键电路的设计和解析,该设计方法可以作为相关机型监测控制系统对外接口电路设计的参考。

关键词:对外接口电路;输入/输出;外部连锁;监测控制

1引言

近年来,随着广播电视监管要求的提高和监测技术的迅猛发展,无论是发射机的生产者还是使用者,均希望建立一套全自动监测控制系统使得发射机的操控和监测变得更加友好方便和智能高效,而对外接口电路正是实现发射机自动监控不可或缺的重要组成部分。对外接口电路是发射机与外部软硬件系统设备进行信息交互的桥梁和窗口。发射机有着许许多多需要与外部软硬件系统设备进行交互的状态参量和指令信息,如发射机的各类技术状态参数、故障告警信息、本地或远程操作控制指令等等均是通过对外接口电路与外部控制或监测设备间进行交互的。对外接口电路设计的好坏,直接关系着发射机监测控制系统的稳定可靠运行,因此在发射机监控系统升级改造中有着重要的意义,本文以XAM-10A型中波数字调幅广播发射机监测控制系统升级改造为例,对其对外接口电路的设计方法进行了详细解析。

2XAM-10A型中波广播发射机的监测控制信号参量的类型

XAM-10A型中波广播发射机是目前国内比较先进的中波10KW数字调幅广播发射机,其是在美国哈里斯公司(HARRIS)的DX-10系列发射机的基础上研制改进而来的,该机型采用循环调制技术,克服了以往各种模拟调制难以避免的非线性失真,发射效率高,有较好的动态响应和电声技术指标,设备运行稳定,适合自动监控和自动运行模式。XAM-10A型中波广播发射机监测控制的状态信息参量根据输入输出的功能特性主要可以分为七类,我们在这里分别以A、B、C、D、E、F、G类来表示,下面我们分别介绍各类的主要参量。A类:主要为发射机状态参量的显示输出,用于远程遥控显示。A类中主要是发射机各类故障/错误的指示、电缆联锁和控制状态的指示等,一共定义了36个状态参量的输入输出特性,具体如表1所示。B类:用于完成指令输入,主要为实现远程(遥控)设备对发射机的操作和控制而需要的操作和控制指令输入,B类中主要是发射机开机指令的输入(含高功率、中功率和低功率)、关机/关功放指令的输入、升/降功率指令的输入、驻波遥控自测指令输入和复位指令输入等,共定义了18个指令状态参量的输入输出特性,具体如表2所示。C类-G类共定义了15个状态参量,其中:C类、D类、G类分别为±22VDC、±8VDC和±15VDC模拟电压参量,用于给监视器和外部设备供电的遥控测量。E类为正向功率、反射功率、供电电流、主整电压、射频激励、带通滤波器驻波和天线驻波等其它模拟量的测量和输出,供遥控仪表测量。

3关键电路的设计与解析

对外接口电路主要实现发射机的各类技术状态参数、故障告警信息、本地或远程操作控制指令等状态参量和指令信息与外部控制或监测设备间的交互,对外接口电路设计的关键是完成前述A、B、C、D、E、F、G类七种类型状态参量输入输出电路的设计,这里就对外接口电路的几个关键电路进行设计和解析。

3.1A类电路的设计解析

A类电路用于给遥控设备输出各种状态显示电平,输出低电平(L)时,表示故障,高电平(H)时则表示正常,其设计电路如图1所示,晶体管V采用截止电压为40V,最大电流为100mA直流,最大损耗功率为300mW的晶体管,晶体管V构成反相器,当输入低电平时,V截止,输出则为高电平,这个高电平值由外部电路确定。当输入为高电平时,V饱和导通,饱和电流由外部电路提供。+22VDC、VD1和VD2,用于防止输出端出现高负压。R1取350Ω,R2取27Ω,电容器C1(取0.1μF/50V)用于旁路高频电流,滤除信号中的高频噪声和杂波。

3.2B类电路的设计解析

B类电路用于将有关的遥控指令输入到发射机本机控制系统,达到遥控操作发射机的目的,其设计电路形式如图2所示,D为光电隔离器,达到既有效传输操作指令,又能阻隔干扰信号的目的。电容器C2、C3(均取0.1μF/50V)为高频旁路电容,用于滤除信号中的高频噪声和杂波,二极管VD3用于快速抑制瞬变电压,以免对外部设备造成损害,电路中4个电阻R3、R4、R5、R6均采用91Ω电阻。当外部输入为高电平时,光电隔离器D导通,两输出脚是导通(等电位),当外部输入为低电平时,光电隔离器D截止,两输出脚处于开路状态。

3.3C类和D类电路设计解析

C类电路为±22VDC监视输出电路,该电路将±22VDC取样后用于遥控测量,D类电路与C类电路完全相同,指示检测对象为±8VDC。其电路形式如图3所示。电路中C4采用0.1μF/50V的高频旁路电容,在C类电路中,R7取10KΩ,R8取1.82KΩ,其开路电压为±5.4VDC,在D类电路中,R7取2.74KΩ,R8取2KΩ,其开路电压为±3.4VDC。

3.4E类电路设计解析

E类电路为模拟量输出电路,其输出的模拟信号供遥控测量。其电路形式如图4所示,运放器N1组成电压跟随器,由于模拟信号输入到同相端,其输出量的变化与输入完全相同,其最大值不超过3.4V,二极管VD5及电容C6(取0.1μF/50V)构成保护电路,用于对外部设备的保护,电路中4个电阻R9、R10、R11、R12均采用1KΩ电阻。

3.5G类电路设计解析

G类电路为三端稳压电路,用于给外部设备供电,供电电压为±15VDC,电流为175mA,如图5所示,N2为三端稳压块7915,与其它稳压电路不同的是输出端接有二极管VD6,VD6在此用于抑制瞬变电压,电容器C7采用0.47μF/100V、C8采用1μF/100V的高频旁路电容,用于滤除信号中的高频噪声和杂波,R13采用35Ω的电阻。

3.6F类电路设计解析

F类电路为外部联锁电路,提供两个外部联锁的接线端子。

4结语

对外接口电路设计除了要根据发射机与外部系统设备交互信息的参量类型,逐个完成七种类型对应状态及指令参量的输入输出电路设计外,在对外接口电路的设计中还需考虑发射机电磁兼容性能和高频干扰的影响,灵活运用屏蔽、滤波和接地等技术措施,减少传导干扰和辐射干扰,以保证两者之间信息交互的稳定性和可靠性。此外对外接口电路的设计还应考虑电路和外部设备的电源接入方式,并为发射机和外部信号之间提供隔离和保护,同时为外部电缆的瞬态电压或意外不适当的电压提供保护。对外接口电路是实现发射机自动监控不可或缺的重要组成部分,本文虽是以XAM-10A型中波广播发射机监测控制系统为对象介绍和解析其对外接口电路的设计方法,其他类型中波广播发射机尽管操作方式、故障种类和状态参量不尽相同,但其对外接口电路的设计方法和原理是基本一致的,因此在其他机型的对外接口电路设计中也可以进行参考。

作者:周欣国 单位:国家广播电视总局

检测系统对外接口电路的设计与实现责任编辑:张雨    阅读:人次