合成器N—1備份伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汪哲愷

摘 要：文章介紹如何通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)、制作N-1備份伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)當(dāng)合成器N-1時(shí)關(guān)鍵元器件發(fā)生異常時(shí)，如何跳過(guò)異態(tài)部分，快速切到備份N-1調(diào)諧、調(diào)載電容，實(shí)現(xiàn)N-1播出。

關(guān)鍵詞：N-1模式；伺服；單片機(jī)；調(diào)諧；調(diào)載；合成器

中圖分類號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0097-02

Abstract： This paper introduces how to design and make N-1 backup servo system by single chip microcomputer to realize how to skip the abnormal parts when the key components of the synthesizer N-1 are abnormal， fast enough switch to backup N-1 tuning capacity， load adjustment， and realize N-1 broadcast.

Keywords： N-1 mode； servo； microcontroller； tuning； load adjusting； synthesizer

1 概述

DX-600中波發(fā)射機(jī)在實(shí)際工作中能夠?qū)崿F(xiàn)N-0模式與N-1模式兩種工作，機(jī)器無(wú)異態(tài)時(shí)工作在N-0即三并機(jī)模式，當(dāng)某個(gè)PB異態(tài)時(shí)機(jī)器可以切換至N-1即二并機(jī)模式，但伺服系統(tǒng)只有一套，當(dāng)N-1伺服系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，如合成器調(diào)諧、調(diào)載電容，調(diào)諧、調(diào)載馬達(dá)，反饋電位器，皮帶等關(guān)鍵元器件發(fā)生異常時(shí)，設(shè)備將出現(xiàn)停播，需要較長(zhǎng)時(shí)間處理才能恢復(fù)播音，如果有一套備用裝置可以跳過(guò)這些處理，就能極大地縮短處理時(shí)間，快速恢復(fù)播音。

2 總體思路

根據(jù)以上的要求，我們可以設(shè)計(jì)加裝一套N-1模式時(shí)的備用調(diào)諧、調(diào)載電容，并產(chǎn)生N-1時(shí)的反饋到位信號(hào)送合成器，就能跳過(guò)上述異常的關(guān)鍵元器件處理，設(shè)計(jì)原理如圖1。

該設(shè)計(jì)方案以89C52單片機(jī)為核心，完成整個(gè)時(shí)序邏輯控制功能。將自制的備用N-1伺服切換控制器串接入調(diào)諧、調(diào)載傳動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)原機(jī)系統(tǒng)正常時(shí)，切換控制器內(nèi)的固態(tài)繼電器反接點(diǎn)將控制信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)直通，切換刀閘則接通原機(jī)調(diào)諧、調(diào)載電容；當(dāng)N-1工作原機(jī)調(diào)諧、調(diào)載無(wú)法到位時(shí)，通過(guò)備用N-1伺服切換控制器一鍵切換按鈕，切斷TCU送來(lái)的控制信號(hào)和送回TCU的狀態(tài)信號(hào)，給切換刀閘控制板送24V電源，并將切換刀閘切換至備用調(diào)諧、調(diào)載電容，當(dāng)監(jiān)測(cè)到刀閘切換到位時(shí)，切斷切換刀閘控制板的24V電源，切換器內(nèi)部產(chǎn)生N-1工作時(shí)的到位反饋狀態(tài)信號(hào)，使發(fā)射機(jī)允許在N-1工作模式下開(kāi)機(jī)播出。整個(gè)控制過(guò)程由89C52單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，可在10秒內(nèi)快速切換，20秒內(nèi)恢復(fù)播出，極大地縮短了處理此類故障的時(shí)間，保障了安全播出。

3 伺服反饋信號(hào)的產(chǎn)生

TCU要檢測(cè)伺服馬達(dá)是否調(diào)整到位，是通過(guò)監(jiān)測(cè)馬達(dá)聯(lián)動(dòng)的電位器對(duì)10V電源的分壓值，當(dāng)合成器切換到N-1模式時(shí)，分壓出調(diào)諧電壓為7.31V，調(diào)載電壓為8.58V，把這兩個(gè)電壓送到TCU控制板與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，在正負(fù)1%范圍內(nèi)，就說(shuō)明調(diào)整到位了，允許設(shè)備開(kāi)機(jī)，那么我們就需要在外部產(chǎn)生兩個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，來(lái)說(shuō)明備份N-1系統(tǒng)調(diào)整完成，允許發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)。可以用控制小盒內(nèi)的+24V電源進(jìn)行分壓，因?yàn)榇穗妷簩?duì)運(yùn)行中的設(shè)備很重要，所以我們采用MC34063的DC/DC集成芯來(lái)實(shí)現(xiàn)。

該器件本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價(jià)格便宜。它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件。該電路是在低靜態(tài)電流典型的降壓電路上，用開(kāi)關(guān)變壓器取代自感線圈實(shí)現(xiàn)的。利用開(kāi)關(guān)變壓器以獲取隔離直流電源的能量供給。在確定的硬件系統(tǒng)中，用于向數(shù)字系統(tǒng)供電的VCC電源負(fù)荷是穩(wěn)定的，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的交變方波的占空比也是穩(wěn)定的，因此，可獲得與供電電源、數(shù)字電路電源VCC隔離的+8.58V、+7.31V直流輸出。另一路產(chǎn)生的+5V直流電源供給單片機(jī)使用。

4 電路切換時(shí)序的控制原理

控制芯片采用89C52，它是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多的功能。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）32個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。根據(jù)單片機(jī)特性設(shè)計(jì)出時(shí)序控制原理圖如圖2。

89C52的P2端口設(shè)置為繼電器控制口，P1.0與P1.1作為工作位置指示信號(hào)，P1.4與P1.5作為工作狀態(tài)確認(rèn)信號(hào)，P0.0與P0.1作為切換器控制信號(hào)，P3.3的中斷信號(hào)作為控制觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)需要切換備份N-1工作時(shí)，關(guān)閉發(fā)射機(jī)后，按下控制板上S2觸發(fā)開(kāi)關(guān)，使單片機(jī)P3.3腳產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，在P2.0腳上送一個(gè)低電平，使K6繼電器吸合，將24VDC電源送至TB6-1、TB6-2上供切換伺服電路板上電源。讀P1.4與P1.5腳上的電平信號(hào)判斷切換伺服電路當(dāng)前的工作位置；如果切換伺服電路工作在正常（B）01位置，則給P2.2、P2.1、P2.4和P2.3腳送低電平，讓Q0-Q3反相輸出高電平，使K1、K2、K3和K4繼電器吸合，其作用是斷開(kāi)伺服調(diào)諧電路上TB1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4及伺服調(diào)載電路上B1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4的信號(hào)； 給單片機(jī)P0.0送一個(gè)1秒鐘的低電平信號(hào)，使伺服切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使其倒至備用N-1電容工作。延時(shí)5秒后，單片機(jī)P0.2或P0.3檢測(cè)切換到位時(shí)，在P2.0腳上送高電平，使K8繼電器斷開(kāi)，切斷伺服切換電路板源，使伺服切換板不會(huì)誤動(dòng)作。給P2.5腳上送一個(gè)高電平，使K5繼電器吸合，其作用是將兩個(gè)34063集成電路產(chǎn)生的調(diào)載8.58V與調(diào)諧7.31V的N-1取樣電壓送合成器的伺服控制板。發(fā)射機(jī)檢測(cè)伺服到位，就可以在發(fā)射機(jī)上進(jìn)行N-1模式開(kāi)機(jī)。

反之，故障處理完成后切換伺服電路工作在備用N-1位置需要切回原機(jī)狀態(tài)工作時(shí)，則給單片機(jī)P0.1送一個(gè)1秒鐘的低電平信號(hào)，使伺服切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使其倒至正常調(diào)諧、調(diào)載工作模式；同時(shí)給P2.3腳上送一個(gè)低電平，使K5繼電器斷開(kāi)，其作用是將兩個(gè)34063集成電路產(chǎn)生的調(diào)載8.58V與調(diào)諧7.31V的N-1取樣電壓斷開(kāi)，給P2.2、P2.1、P2.4和P2.3腳送低電平，使K1、K2、K3和K4繼電器斷開(kāi)，其作用是將伺服調(diào)諧電路上TB1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4及伺服調(diào)載電路上B1上的TB1-1、TB1-2、TB1-4的信號(hào)；通過(guò)4個(gè)繼電器的反接點(diǎn)直接送合成器的伺服控制板。延時(shí)2秒后單片機(jī)P0.2或P0.3檢測(cè)切換到位時(shí)，在P2.0腳上送高電平，使K6繼電器斷開(kāi)，切斷伺服切換電路板源，使伺服切換板不會(huì)誤動(dòng)作。此時(shí)切換過(guò)程完成，發(fā)射機(jī)合成器操作到三并機(jī)模式開(kāi)機(jī)。

5 安裝調(diào)試與實(shí)際應(yīng)用效果

此系統(tǒng)在我臺(tái)投入使用的安裝方法與步驟：（1）將原機(jī)伺服電容C91、C90與電感的連接銅管拆除后，把自制的4根銅管分別連接切換器與電感、切換器與電容。做好可靠連接。（2）將備份N-1伺服調(diào)諧電容與調(diào)載電容分別連接到切換器的另一端。（3）將自制的5根電纜線接到控制器對(duì)應(yīng)的航空插頭上。（4）將合成器CCU控制小盒中的伺服控制板用轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)接上。（5）送發(fā)射機(jī)合成器電源，進(jìn)入伺服控制菜單，同時(shí)調(diào)整伺服控制板上的R32，使N-0時(shí)調(diào)載電容的負(fù)載設(shè)定值達(dá)到6.7，此時(shí)C91的電容值為1269P（原機(jī)值為1241P），調(diào)整伺服控制板上的R31，使N-1時(shí)的調(diào)載電容的負(fù)載設(shè)定值達(dá)到9.00，原機(jī)預(yù)設(shè)值為此時(shí)C91的電容值為486P（原機(jī)值為554P）。（6）將備份N-1調(diào)諧電容調(diào)為420P，調(diào)載電容調(diào)為486P。

做好如上調(diào)整后，在原機(jī)狀態(tài)下能正常N-0與N-1模式開(kāi)啟發(fā)射機(jī)房，三大發(fā)射機(jī)指標(biāo)與改進(jìn)前無(wú)變化，均能達(dá)到甲級(jí)，N-1時(shí)一鍵切換到備份伺服系統(tǒng)工作只需要10秒鐘，發(fā)射機(jī)就能順利開(kāi)啟播音。播出效果與原機(jī)的N-1模式相同。

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