无人台站监控系统通用传感器接口设计探究

宋政达

摘 要 在民航空管系统，由于大量的使用了无人值守台站，因此无人值守台站设备状态及设备工作环境状态的监控，就显得十分的重要。只有能够实时监控到台站的各项状态并对异常的状态实现实时监控实时处理，民航空管系统无人台站运行的安全性才能得以保证。在对无人台站各种状态进行监控时，需要用到多种类型的传感器，按照当前通用的做法，每监控一种状态，就需要设计一种监控装置，既费时又费钱。本文提出了一种通用传感器接口的设计方法，能够实现在传感器后端设备保持不变的情况下，通过调整接口的可调部分，实现对多种类型传感器的兼容，这样，对不同状态进行监控时，只需更换传感器类型并调节接口可调装置即可实现不同状态的监控，省时省力。

关键词 通用传感器;接口设计;必要性;原理;实现

1通用传感器接口设计的必要性

在民航空管系统空中交通管制运行所使用到的大量设备中，由很大比例的设备安装与远距离的无人台站，经过各运营商的光缆以及微波等传输设备将信号传回管制运行中心，供管制员使用。为了增强信号传输的可靠性，往往使用两条不同的路由并行将同一个信号传回管制中心的管制设备中。

管制员和飞机上机组通话用到的话音信号经过光缆路由和微波路由传回到管制席的内话设备中。产生话音信号所有的设备叫作电台，模拟话音信号通过电台的调制解调变成高频射频信号发射到空中，从而实现空中机组和地面管制员之间的话音通信。由于飞机飞行的航路是非常长，航程从几百公里到上万公里，为了实现包含着话音信号的无线射频信号在整个航路上的覆盖，这些电台设备基本都安装于远距离的无人值守台站，为了确保在无人值守的状态下这些电台能够时刻处于正常的工作状态，这就需要管制中心设备运行保障人员能够时刻监视到无人台站里类似电台这样的设备的工作状态及其运行环境的状态，比如说台站的温湿度、有无声响、光线的状态等等。按照通常的做法，每监控一种工作状态，就需要请专门的设计公司来设计一套监控装置，采集需要的状态然后传回监控终端，供设备维护人员实时查看。这样一来，不同的监控状态，就需要请专业公司设计不同的监控系统，不仅耗时长，成本也非常高。

由此可知，不同的监控系统最终会经过相同的传输路由传回管制终端，而不同的监控系统，仅仅是前端监控的信号种类不同，后端的传输等部分性质都是一样的。前端不同种类的信号，需要经过相对应的不同种类的传感器将外界信号转化成相同性质的电信号，传递给后端的传输处理系统。因此不同种类信号监控系统归根结底就是传感器的不同，如果能够设计出一个能够兼容多种传感器的接口，那么需要对不同监控信号进行监控时，只需更换不同类型的传感器并使这个传感器转化的信号能够被相同的后端系统所识别和处理，就能够达到简化无人台站监控系统的安装使用，既能节省设计安装时间，又能节省设计安装费用。可见，这样的通用传感器接口存在着很大的使用价值。

2通用传感器接口的设计原理

传感器的核心作用，就是把感应到的外界信号转换成电信号，然后将电信号传给后端的处理设备，从而实现外界信号状态的感知和处理。但是传感器的种类很多，比如说温度传感器、湿度传感器、光线传感器、烟雾传感器等等，会有很多不同的生产单位设计和生产，设备参数也不尽相同，但是不管不同的传感器设计原理和参数如何不同，最终转化为电信号后都仅仅会体现为电压的不同，这就为设计一种能够兼容多种传感器的通用传感器接口提供了可能性，只要将不同传感器的信号转换电压进行一个调整，调整到后端处理系统接受的一个统一电压数值，那么不管前端传感器转换的电压是多大，都能够为同一个后级处理系统所接受，实现感应信号的识别和处理[1]。

因此，通用传感器接口的实现关键在于电压的转换。在通常电压转换的过程中，最常用的设备就是变阻器，将变阻器接入电路回路中，通过改变变阻器的阻值，进而改变后级处理系统接收到的电压值，最终实现后级处理系统对不同传感器的接纳。

3通用传感器接口的实现

在对通用传感器接口进行设计之前，需要先来分析后级信号处理系统的工作原理。后级信号处理系统，一般会采用诸如CMS51系列单片机或ARM内核的处理器芯片。一般会采用外部中断口来感应前端传感器的有效信号。外部中断口引脚在正常情况下有+5V电压，当外部中断口引脚上电压由+5V变为对地时，会触发芯片里面设置好的外部中断处理程序，该程序会描述触发中断后做哪些处理。因此设计通用传感器接口就是在外部中断引脚上面+5V电压到对地这个变化过程的一个兼容过程，因此要用到三极管开关电路串接变阻器这种设置。

使用了三极管开关电路后，当外部中断引脚上面有+5V电压时，三极管开关电路处于一个打开的状态，此时传感器上面没有有效电压信号[2]。当传感器上出现有效电压信号后，三极管开关电路处于闭合状态，使得外部中断引脚上面的+5V电压变成一种对地状态，从而触发外部中断程序的调用，实现后级处理功能。因此，通用传感器接口设计关键就是让不同类型传感器的有效电压能够和开关电路实现闭合状态需要的电压匹配即可，因此在三极管开关电路的集电极通路上串接可调变阻器即可，通过改变变阻器的阻值，实现不同类型传感器有效电压与三极管开关电路的匹配，当不同类型传感器出现有效电压后，都能正常触发后级芯片的外部中断引脚。

4结束语

通过串接变阻器从而实现三极管开关电路对不同传感器有效电压的适应，实现通用传感器接口对不同类型传感器的兼容，是一种简单有效的办法。经过笔者所在单位的实地试验，此种设计能够有效解决多种传感器在一套监控系统上的兼容问题，简单但是有效，稳定性和抗电磁干扰性也比较好，能够达到实际使用的需求。

参考文献

[1] 谭浩强.C程序设计第二版[M].北京：清华大学出版社，1999：73.

[2] 申鳳琴.电子电工技术应用[M].北京：机械工业出版社，2005：11.