引 言

隨著中國民用航空事業(yè)的飛速發(fā)展，空管需要為民航提供可靠、有效的空中交通管制服務(wù)，這離不開空管行業(yè)內(nèi)設(shè)備的安全運行。通訊、監(jiān)視、導(dǎo)航等設(shè)備的穩(wěn)定安全運行對于優(yōu)質(zhì)的空中交通管制服務(wù)起到了基礎(chǔ)性作用。因此，空管行業(yè)的設(shè)備運行對于運行環(huán)境的要求也明顯比其他行業(yè)嚴(yán)格，空管管制大廳席位內(nèi)部安裝的設(shè)備很多，有主備用自動化系統(tǒng)、內(nèi)話系統(tǒng)、綜合信息顯示系統(tǒng)、遙控盒等，在一個狹小的空間內(nèi)，安裝多套設(shè)備，并且要保障 24 小時安全運行，環(huán)境溫度對于其穩(wěn)定性就顯得尤為重要，我國對計算機設(shè)備工作環(huán)境制定的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2887-89，分為a 級、b 級和c 級。為了確保設(shè)備運行的溫度范圍，空管管制席位內(nèi)通常配備了下送風(fēng)系統(tǒng)，即從席位底下向機柜內(nèi)輸送適宜的冷風(fēng)，但是，一般的下送風(fēng)系統(tǒng)沒有席位機柜內(nèi)部溫度檢測功能，一旦下送風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者其他原因?qū)е聶C柜內(nèi)溫度過高，維護人員無法第一時間得知，而在一個狹窄相對密閉的空間里，多套設(shè)備的不間斷散熱會讓席位機柜內(nèi)的溫度急劇升高，這非常容易導(dǎo)致設(shè)備主機運行異常和故障。因此，設(shè)計一套能夠?qū)崟r對多點位，即多席位進(jìn)行溫度監(jiān)控并報警的軟硬件系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。

1 一般溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

設(shè)計一套溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)上需要具有的模塊有溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、輸出模塊等。每一個模塊都有配套的相關(guān)輔助電路設(shè)計。

溫度傳感器以及其采集模塊主要是通過溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集，并且將溫度信息轉(zhuǎn)換成電子信號，溫度傳感器有模擬傳感器和數(shù)字傳感器等?？紤]到空管席位機柜的現(xiàn)狀，采取 AD590 溫度傳感器，它是單片集成兩端感溫電流源，它能將溫度轉(zhuǎn)換為電流，且電流與絕對溫度成正比，可測量范圍－ 55 ℃～ +150 ℃，具有非常好的線性輸出性能，溫度每增加 1 ℃，其電流增加 1 μA ；時鐘模塊為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時間信息 ；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊主要考慮不同接口設(shè)備之間的傳輸方式，通常有AD 或者DA 轉(zhuǎn)換，串口到并口的轉(zhuǎn)換，或者不同接口協(xié)議的轉(zhuǎn)換 ；數(shù)據(jù)處理控制模塊可以使用單片機、DSP（數(shù)字信號處理器）、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）等，考慮到單片機足以完成該設(shè)計的控制功能，DSP 和 FPGA 的成本較高，且編程難度比單片機大，故單片機的選型上采用STC12C5A60S2 單片機，該單片機與傳統(tǒng)的 8051 單片機相比， 指令代碼完全兼容，但是處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的 8051 單片機，而且具有功耗低，抗干擾能力強等優(yōu)點 ；輸出模塊主要考慮到和電腦主機的對接和接口轉(zhuǎn)換。

通常情況下，主要有三種硬件架構(gòu)可以實現(xiàn)溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)功能。

第一種 ：RS 485 總線型，如圖 1 所示。

第三種 ：無線型，主要是電腦監(jiān)控主機和監(jiān)控點位之間通過無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通信。

2 空管席位機柜內(nèi)溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)硬件架構(gòu)選擇

空管席位機柜內(nèi)溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)架構(gòu)的選擇主要考慮安全、穩(wěn)定性方面，第三種無線型架構(gòu)有可能會對空中交通管制服務(wù)造成信號干擾，因此不適宜采用。

第一種RS 485 總線型結(jié)構(gòu)和第二種網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)都可以滿足和適用于空管席位機柜內(nèi)的溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計，然而考慮到開發(fā)難度、開發(fā)周期以及開發(fā)成本，本設(shè)計采用第一種架構(gòu)，其具體的優(yōu)點有：RS 485 總線傳輸速度快、抗干擾能力強、信號傳輸穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)傳輸距離達(dá) 1200m，滿足

空管管制大廳最遠(yuǎn)席位位置和監(jiān)控主機的距離，同時RS485總線可支持多點通信，最多能支持接入 32 個監(jiān)測節(jié)點。按照目前西安管制席位的配置情況，完全滿足需求。且各節(jié)點之間連接簡易，組網(wǎng)靈活，RS 485 總線的成本低，因此 RS 485 總線型溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成為首選方案。

3 控制程序及人機交互界面設(shè)計

單片機作為硬件電路信號處理的核心，以及作為溫度傳感器信號的處理控制，在整個設(shè)計中非常重要，對于單片機程序的設(shè)計，首要考慮的是穩(wěn)定性和可靠性，在設(shè)計中可以考慮給單片機設(shè)置外部按鍵模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候，既能夠通過單片機進(jìn)行自動復(fù)位，也可以通過手動方式復(fù)位。

人機交互界面程序可以方便、簡單的對席位監(jiān)控節(jié)點進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)提取并顯示。該界面主要和用戶打交道，通過該界面，監(jiān)控人員可以在界面上對控制對象進(jìn)行操作，可以設(shè)置預(yù)告警溫度閾值、告警溫度閾值、及溫度顯示方式。程序界面的呈現(xiàn)部分需要盡可能地符合現(xiàn)場的實際位置和感官感受。

結(jié) 語

本文首先簡單闡述了環(huán)境溫度對于空管行業(yè)設(shè)備安全運行的重要性，以及對于環(huán)境溫度進(jìn)行實時監(jiān)控的必要性，由此出發(fā)，在三種不同架構(gòu)都可以實現(xiàn)此項功能的情況下，進(jìn)行了認(rèn)知分析，最后結(jié)合空管席位機柜和空管管制大廳的實際， 闡述了RS 485 總線型架構(gòu)的溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)軟硬件設(shè)計思路和方法。