宋政達

摘 要 在民航空管系統，由于大量的使用了無人值守臺站，因此無人值守臺站設備狀態(tài)及設備工作環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)控，就顯得十分的重要。只有能夠實時監(jiān)控到臺站的各項狀態(tài)并對異常的狀態(tài)實現實時監(jiān)控實時處理，民航空管系統無人臺站運行的安全性才能得以保證。在對無人臺站各種狀態(tài)進行監(jiān)控時，需要用到多種類型的傳感器，按照當前通用的做法，每監(jiān)控一種狀態(tài)，就需要設計一種監(jiān)控裝置，既費時又費錢。本文提出了一種通用傳感器接口的設計方法，能夠實現在傳感器后端設備保持不變的情況下，通過調整接口的可調部分，實現對多種類型傳感器的兼容，這樣，對不同狀態(tài)進行監(jiān)控時，只需更換傳感器類型并調節(jié)接口可調裝置即可實現不同狀態(tài)的監(jiān)控，省時省力。

關鍵詞 通用傳感器;接口設計;必要性;原理;實現

1通用傳感器接口設計的必要性

在民航空管系統空中交通管制運行所使用到的大量設備中，由很大比例的設備安裝與遠距離的無人臺站，經過各運營商的光纜以及微波等傳輸設備將信號傳回管制運行中心，供管制員使用。為了增強信號傳輸的可靠性，往往使用兩條不同的路由并行將同一個信號傳回管制中心的管制設備中。

管制員和飛機上機組通話用到的話音信號經過光纜路由和微波路由傳回到管制席的內話設備中。產生話音信號所有的設備叫作電臺，模擬話音信號通過電臺的調制解調變成高頻射頻信號發(fā)射到空中，從而實現空中機組和地面管制員之間的話音通信。由于飛機飛行的航路是非常長，航程從幾百公里到上萬公里，為了實現包含著話音信號的無線射頻信號在整個航路上的覆蓋，這些電臺設備基本都安裝于遠距離的無人值守臺站，為了確保在無人值守的狀態(tài)下這些電臺能夠時刻處于正常的工作狀態(tài)，這就需要管制中心設備運行保障人員能夠時刻監(jiān)視到無人臺站里類似電臺這樣的設備的工作狀態(tài)及其運行環(huán)境的狀態(tài)，比如說臺站的溫濕度、有無聲響、光線的狀態(tài)等等。按照通常的做法，每監(jiān)控一種工作狀態(tài)，就需要請專門的設計公司來設計一套監(jiān)控裝置，采集需要的狀態(tài)然后傳回監(jiān)控終端，供設備維護人員實時查看。這樣一來，不同的監(jiān)控狀態(tài)，就需要請專業(yè)公司設計不同的監(jiān)控系統，不僅耗時長，成本也非常高。

由此可知，不同的監(jiān)控系統最終會經過相同的傳輸路由傳回管制終端，而不同的監(jiān)控系統，僅僅是前端監(jiān)控的信號種類不同，后端的傳輸等部分性質都是一樣的。前端不同種類的信號，需要經過相對應的不同種類的傳感器將外界信號轉化成相同性質的電信號，傳遞給后端的傳輸處理系統。因此不同種類信號監(jiān)控系統歸根結底就是傳感器的不同，如果能夠設計出一個能夠兼容多種傳感器的接口，那么需要對不同監(jiān)控信號進行監(jiān)控時，只需更換不同類型的傳感器并使這個傳感器轉化的信號能夠被相同的后端系統所識別和處理，就能夠達到簡化無人臺站監(jiān)控系統的安裝使用，既能節(jié)省設計安裝時間，又能節(jié)省設計安裝費用?？梢?，這樣的通用傳感器接口存在著很大的使用價值。

2通用傳感器接口的設計原理

傳感器的核心作用，就是把感應到的外界信號轉換成電信號，然后將電信號傳給后端的處理設備，從而實現外界信號狀態(tài)的感知和處理。但是傳感器的種類很多，比如說溫度傳感器、濕度傳感器、光線傳感器、煙霧傳感器等等，會有很多不同的生產單位設計和生產，設備參數也不盡相同，但是不管不同的傳感器設計原理和參數如何不同，最終轉化為電信號后都僅僅會體現為電壓的不同，這就為設計一種能夠兼容多種傳感器的通用傳感器接口提供了可能性，只要將不同傳感器的信號轉換電壓進行一個調整，調整到后端處理系統接受的一個統一電壓數值，那么不管前端傳感器轉換的電壓是多大，都能夠為同一個后級處理系統所接受，實現感應信號的識別和處理[1]。

因此，通用傳感器接口的實現關鍵在于電壓的轉換。在通常電壓轉換的過程中，最常用的設備就是變阻器，將變阻器接入電路回路中，通過改變變阻器的阻值，進而改變后級處理系統接收到的電壓值，最終實現后級處理系統對不同傳感器的接納。

3通用傳感器接口的實現

在對通用傳感器接口進行設計之前，需要先來分析后級信號處理系統的工作原理。后級信號處理系統，一般會采用諸如CMS51系列單片機或ARM內核的處理器芯片。一般會采用外部中斷口來感應前端傳感器的有效信號。外部中斷口引腳在正常情況下有+5V電壓，當外部中斷口引腳上電壓由+5V變?yōu)閷Φ貢r，會觸發(fā)芯片里面設置好的外部中斷處理程序，該程序會描述觸發(fā)中斷后做哪些處理。因此設計通用傳感器接口就是在外部中斷引腳上面+5V電壓到對地這個變化過程的一個兼容過程，因此要用到三極管開關電路串接變阻器這種設置。

使用了三極管開關電路后，當外部中斷引腳上面有+5V電壓時，三極管開關電路處于一個打開的狀態(tài)，此時傳感器上面沒有有效電壓信號[2]。當傳感器上出現有效電壓信號后，三極管開關電路處于閉合狀態(tài)，使得外部中斷引腳上面的+5V電壓變成一種對地狀態(tài)，從而觸發(fā)外部中斷程序的調用，實現后級處理功能。因此，通用傳感器接口設計關鍵就是讓不同類型傳感器的有效電壓能夠和開關電路實現閉合狀態(tài)需要的電壓匹配即可，因此在三極管開關電路的集電極通路上串接可調變阻器即可，通過改變變阻器的阻值，實現不同類型傳感器有效電壓與三極管開關電路的匹配，當不同類型傳感器出現有效電壓后，都能正常觸發(fā)后級芯片的外部中斷引腳。

4結束語

通過串接變阻器從而實現三極管開關電路對不同傳感器有效電壓的適應，實現通用傳感器接口對不同類型傳感器的兼容，是一種簡單有效的辦法。經過筆者所在單位的實地試驗，此種設計能夠有效解決多種傳感器在一套監(jiān)控系統上的兼容問題，簡單但是有效，穩(wěn)定性和抗電磁干擾性也比較好，能夠達到實際使用的需求。

參考文獻

[1] 譚浩強.C程序設計第二版[M].北京：清華大學出版社，1999：73.

[2] 申鳳琴.電子電工技術應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：11.