空管席位机柜内部多点位温度监控及报警系统设计研究

引 言

随着中国民用航空事业的飞速发展，空管需要为民航提供可靠、有效的空中交通管制服务，这离不开空管行业内设备的安全运行。通讯、监视、导航等设备的稳定安全运行对于优质的空中交通管制服务起到了基础性作用。因此，空管行业的设备运行对于运行环境的要求也明显比其他行业严格，空管管制大厅席位内部安装的设备很多，有主备用自动化系统、内话系统、综合信息显示系统、遥控盒等，在一个狭小的空间内，安装多套设备，并且要保障 24 小时安全运行，环境温度对于其稳定性就显得尤为重要，我国对计算机设备工作环境制定的国家标准GB 2887-89，分为a 级、b 级和c 级。为了确保设备运行的温度范围，空管管制席位内通常配备了下送风系统，即从席位底下向机柜内输送适宜的冷风，但是，一般的下送风系统没有席位机柜内部温度检测功能，一旦下送风系统出现故障或者其他原因导致机柜内温度过高，维护人员无法第一时间得知，而在一个狭窄相对密闭的空间里，多套设备的不间断散热会让席位机柜内的温度急剧升高，这非常容易导致设备主机运行异常和故障。因此，设计一套能够实时对多点位，即多席位进行温度监控并报警的软硬件系统成为当务之急。

1 一般温度监控报警系统的结构

设计一套温度监控报警系统，硬件结构上需要具有的模块有温度传感器、数据采集模块、时钟模块、数据转换模块、数据处理控制模块、输出模块等。每一个模块都有配套的相关辅助电路设计。

温度传感器以及其采集模块主要是通过温度传感器进行温度的采集，并且将温度信息转换成电子信号，温度传感器有模拟传感器和数字传感器等。考虑到空管席位机柜的现状，采取 AD590 温度传感器，它是单片集成两端感温电流源，它能将温度转换为电流，且电流与绝对温度成正比，可测量范围－ 55 ℃～ +150 ℃，具有非常好的线性输出性能，温度每增加 1 ℃，其电流增加 1 μA ；时钟模块为系统提供准确的时间信息 ；数据转换模块主要考虑不同接口设备之间的传输方式，通常有AD 或者DA 转换，串口到并口的转换，或者不同接口协议的转换 ；数据处理控制模块可以使用单片机、DSP（数字信号处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）等，考虑到单片机足以完成该设计的控制功能，DSP 和 FPGA 的成本较高，且编程难度比单片机大，故单片机的选型上采用STC12C5A60S2 单片机，该单片机与传统的 8051 单片机相比， 指令代码完全兼容，但是处理速度远远大于传统的 8051 单片机，而且具有功耗低，抗干扰能力强等优点 ；输出模块主要考虑到和电脑主机的对接和接口转换。

通常情况下，主要有三种硬件架构可以实现温度监控报警系统功能。

第一种 ：RS 485 总线型，如图 1 所示。

第三种 ：无线型，主要是电脑监控主机和监控点位之间通过无线传输的方式进行数据交互和通信。

2 空管席位机柜内温度监控报警系统硬件架构选择

空管席位机柜内温度监控报警系统架构的选择主要考虑安全、稳定性方面，第三种无线型架构有可能会对空中交通管制服务造成信号干扰，因此不适宜采用。

第一种RS 485 总线型结构和第二种网络型结构都可以满足和适用于空管席位机柜内的温度监控报警系统设计，然而考虑到开发难度、开发周期以及开发成本，本设计采用第一种架构，其具体的优点有：RS 485 总线传输速度快、抗干扰能力强、信号传输稳定、传输距离远，最远传输距离达 1200m，满足

空管管制大厅最远席位位置和监控主机的距离，同时RS485总线可支持多点通信，最多能支持接入 32 个监测节点。按照目前西安管制席位的配置情况，完全满足需求。且各节点之间连接简易，组网灵活，RS 485 总线的成本低，因此 RS 485 总线型温度监控报警系统结构成为首选方案。

3 控制程序及人机交互界面设计

单片机作为硬件电路信号处理的核心，以及作为温度传感器信号的处理控制，在整个设计中非常重要，对于单片机程序的设计，首要考虑的是稳定性和可靠性，在设计中可以考虑给单片机设置外部按键模块，在系统出现问题的时候，既能够通过单片机进行自动复位，也可以通过手动方式复位。

人机交互界面程序可以方便、简单的对席位监控节点进行控制、数据提取并显示。该界面主要和用户打交道，通过该界面，监控人员可以在界面上对控制对象进行操作，可以设置预告警温度阈值、告警温度阈值、及温度显示方式。程序界面的呈现部分需要尽可能地符合现场的实际位置和感官感受。

结 语

本文首先简单阐述了环境温度对于空管行业设备安全运行的重要性，以及对于环境温度进行实时监控的必要性，由此出发，在三种不同架构都可以实现此项功能的情况下，进行了认知分析，最后结合空管席位机柜和空管管制大厅的实际， 阐述了RS 485 总线型架构的温度监控报警系统软硬件设计思路和方法。