广播电视发射台发射机房温度监测系统的设计

1、广播电视发射台发射机房温度监测系统的设计与实现摘要针对广播电视发射台发射机房现有的情况，为实现广播电视发射台发射系统真正意义的全自动，设计该系统。该系统可以对发射机房所设置的各个点进行温度的检测，以取代现有的靠人工记录，温度计显示的模式，有助于对整个发射系统参数的掌握并实现全自动控制。关键词发射机房温度监测rs485 接口sql2000 数据库vb语言目前我国大部分广播电视发射台均是由中央控制室和独立的发射机房构成，值班人员在中央控制室负责全部的播出业务。发射机房内无人值班，只进行定期的巡视。虽然现阶段机房安装的各种进口高功率发射机，性能稳定，自我保护功能完善，但目前发射机在一些关键点上设置的

2、温度传感器，仅仅是为了保护设备安全的开关式传感器，无法在温度越限之前提供有效温度的信息，这就导致整个机房和重要设备的实时运行温度等数据信息不能及时反馈到中央控制室，这就成为整体可靠运行的一个缺口。鉴于此，安装一套监测范围广、采集精度高、运行稳定、报警灵敏的温度监测系统显得尤其重要，对当前“有人留守，无人值班”运行模式下的安全播出提供又一个可靠的保障。本系统实现分为硬件设计和软件设计两方面：1 硬件设计1.1 系统构建发射台内只有控制值班室是24 小时有人值班， 因此采集到的数据信息最后必须统一在控制值班室显示和报警。控制值班室和发射机房虽然在一栋建筑内，但相隔距离较远，而且发射机房也由主机部分

3、、馈线部分和冷凝器设备等几个独立空间，面积大、设备多、分布广、传输距离远，另外需要温度检测的点比较多，直接由主机访问所有的传感器难度较大。因此整个系统必须采取分布式的架构，即每个机房作为一个独立单元，由一个下位机模块统一采集管理这些采集点，在中央控制室设立上位机，对所有的下位机进行统一的管理，形成上位机、下位机和传感器这种分布式系统架构，使结构清晰，管理方便，而且易于扩展。在系统通讯方面， rs485 接口规范的通信模式， 传输速度快、 抗干扰能力强、布线少、接入方便，被广泛采用。但rs485 的通信距离为 1.2 千米左右，考虑到有效的传输性能，距离会更短一些，因此在一个机房内使用rs485

4、 总线比较合适，但从机房到中央控制室的距离较远、现场环境恶劣，使用rs485 总线在传输上难以满足系统需求，另外总线位置相对固定，不利于后期的调整。随着信息化的蓬勃发展，目前各台站的网络建设日趋完善，尤其台内网的建设方面都已比较成熟，在各机房都可以方便地接入网络，因此采用台内网连接上位机和下位机，可以用最少的用线量和最低的施工成本实现上位机与下位机之间的数据传输，利用网络传输数据不仅使子系统接入方便，而且上位机可以设置在任意一个网络终端，更加灵活方便。1.2 硬件的选择1.2.1 传感器的选择在传感器的选择上主要考虑以下几方面问题：（1）需要采集的点较多，设备类型和安装位置多样化，所以需要传感

5、器体积较小，方便安装；（2）需要传感器工作范围较宽，从25?癈 +120?癈以上，且在此范围内有较好的工作稳定性和测量精度；（3）需要传感器有较强的抗干扰能力； （4）传感器接入系统方便，硬件开销小。通过考察市场和相应的研究，发现采用符合一线制（1-wire ）的数字温度传感器 ds18b20 比较适合当前系统。1-wire总线是美国 dallas公司的一项专有技术单总线技术(1-wire bus technology) ， 该技术在理论上每条总线连接的1-wire器件数量可达 248 支，适用于单主机、多从设备的系统。它与其他串行通信方式最大的不同在于它采用单一信号线，同时传输时钟又传输数据

6、， 而且数据传输是双向的。 1-wire 使用较低的数据传输速率，通常是用来沟通小型设备，如数位温度计等。1-wire有两种速率：标准模式 16kbps，驱动模式 142kbps。ds18b20 是由美国 dallas公司生产的数字温度传感器，支持单总线数据通信；有超小的体积，多种封装方式，封装后的ds18b20 可用于各种非极限温度场合。适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。温度在检测点即转换为数字信号，与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰能力更强；测温范围宽，检测范围可达-55?癈 +125?癈；每个传感器内置产品序列号（id ） ，方便多机挂接；对温度反应灵敏， 传输速度快

7、； 传感器内含 crc 校验码，更有效地保证了数据交换的可靠性。多个 ds18b20并联在一根总线上，采用码分多址、串行方式进行访问，访问过程一般分为三步：首先系统反复操作搜索每个传感器的内置产品序列号，然后启动所有在线ds18b20进行温度检测，最后逐个读出 ds18b20 的输出温度。1.2.2 下位机的设计下位机即数据采集器是联系温度传感器和上位机的纽带，是现场测量的处理和转发，向下传递给统一管理所有的温度传感器，采集各个点的温度，向上响应上位机的访问请求并传送数据。通过市场调研，发现市场上有专门针对ds18b20的数据采集器，每个数据采集器同时支持8 条单总线，每条总线支持16 个温度

8、传感器，即一个采集器可以管理128个传感器，满足系统设计需要。数据采集器在初始化中读取所有总线上的每个温度传感器id ， 然后按照一定的延时循环读取每个传感器的温度信息，并将每个代表温度信息的二进制码转换为易识别的十进制温度值，存入对应的不同数据寄存器中，随时准备响应上位机的访问。数据采集器与上位机的连接采用 rs485 协议规范，在同一现场，可以将多个数据采集器通过 rs485 总线相连构成一个小型的采集网络，进行更多采集点的管理。另外数据采集器支持modbus协议，方便程序的通用性，便于以后系统的扩展。modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，已成为一个通用工业标准。通过此协议，

9、不同厂商生产的控制设备可以组成工业网络进行集中监控。modbus的物理层和 rs232/485 等都是一样的，属于串行通信，二进制从左到右传输，一般来说，标准modbus组成包括四部分：（1）地址码；（2）功能码；（3）数据区；（4）crc 校验。modus支持一主多从，主机发出命令，只能是地址相对的从机回应，从机和从机之间无法通信。数据采集器与网络间的接口转换通过串口服务器实现，利用市场上成熟的硬件产品可以方便地将rs485 接口转换为 rj45接口，而且通过为每个串口服务器配置不同的虚拟串口，实现对不同数据采集器方便快捷的访问。2 软件设计系统下位机采用市场成熟产品，因此不需要额外编程，仅

10、需要根据厂家提供的资料对设备进行访问即可，因此软件的编写主要是对上位机的软件编写，主要包括两方面： （1）对下位机的访问，包括对下位机的访问设置和温度数据的读取；（2）用户界面及相关的数据处理程序。上位机的软件编写采用vb 和 sql2000 两种编写模式， 采用两层结构。第一层主要实现：（1）总界面的编写，实现与用户的交互和重要数据的显示。（2）从总体上管理各个机房，响应各机房如报警等公共数据。第二层主要实现：（1）各机房子界面的系统编写。 （2）访问各机房的温度数据并进行数据处理和相应的响应。采用这种结构使整个程序结构清晰，每个机房访问各自机房的下位机和传感器，独立处理采集的数据并进行报警

11、和数据存储等相关工作，因此程序可以方便地进行扩展，如增加或减少机房数量，程序的编写和维护也更加清晰和简单。数据存储可以采用两种方式：一是按固定时间间隔存储所有温度数据；二是判断每个点温度的变化值，当温差超过设定的值后存储该温度值。第一种存储方式在后期查询中温度变化信息显示更直观，由于周期固定，数据分析也更容易实现。但因为采集点多、数据量相当大，几天运行下来数据就达百万条之多，对数据库是个不小的负担，因此也影响到后期检索的速度。第二种方法虽然具有精细度和连续性稍差的缺陷，但可以有效地控制数据量，同时在程序正常运行下也不影响对设备运行情况的判断，因此最后决定采用第二种存储方法。从目前使用看，效果良

12、好。在程序设计时，为了更直观反映设备长期的工作状态，程序自动分析并存储每个采集点每天温度的最值和历史温度的最值，并将一些重要设备的最值温度显示在主界面上。监测主界面按机房设备的实际位置绘制，每个点代表每个传感器，其在界面上的位置也尽量按照实际位置放置，便于值班人员直观了解各位置的运行信息， 正常工作时， 传感器为绿色， 报警时为红色，不工作时为灰色。同时设置报警显示框，可以方便查看连续发生的报警信息。当有报警信息时，通过声音、颜色、对话框等多种形式进行提醒。界面也按照设备实际位置绘制，实时显示当前采集的温度，当有报警时，越限的温度用红色显示。3 系统设计中的需要注意的问题机房有多部大功率发射机

13、， 总功率高达几千 kw，工作频率从几 mhz到几十 mhz ，系统实现过程中出现的一些问题大多数和高频干扰有关所以对于温度传感器的布局，在可以检测到温度的前提下，尽量远离高功率的高频器件，如电子管、真空电容、天馈线等；下位机的布局应考虑总线的布局，并在总线最短的前提下，接入所有的传感器，如果跨度太大，可以多布几根总线，同时尽量减少总线的分支，另外下位机的布局也要考虑离网络接入端尽可能近些，最好安装在带有高频屏蔽的柜子里。在系统器件的选择时，应采用高品质的器件，如总线和接插件，质量较次的器件在正常环境中的测试和实验都正常，但在此系统如此恶劣的环境中长期使用时，将成为系统的隐患，所以要采用品质高的元器件。虽然在硬件设计和施工时进行了很多的处理防止错误信号的产生，但在大量的数据采集、并在多变的（下转第182 页） （上接第176 页）高频环境中，仍不能完全杜绝错误数据的返回，因此在设计软件时必须考虑对错误数据的处理。错误数据主要分两种：一是完全范围外的数据， 如（-99.9 ） ，当返回此类数据时可以直接丢弃；二是数据属于正常范围内，但与上一次的采集数据相差较大，因此对于此类数据采用多次比较的方法，只有对连续多次返回的数据相差较小的情况，才将此数据认为是当前采集点的正确返回值