助航标识灯数据采集与状态监控系统设计
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2020-07-25
18:30:09
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助航标识灯数据采集与状态监控系统设计助航标识灯数据采集与状态监控系统设计
设计了一套数据采集与状态监控系统。电量监测模块实现对供电系统的电量监测，光照传感器通过I2C总线采集
光强信息并且实现LED的五级调光。系统以AVR单片机作为处理核心，可显示当前系统的实时状态并传至远程
监控计算机，方便维护人员检修和管理。
引言
随着我国机场改扩建和不停航施工情况的逐渐增多，当遇到跑道、滑行道快修、事故、天气等原因时，需要使用助航标识灯给
飞行员明确的跑道状态信号[1]，飞行员根据此信号决定是继续降落还是避让或复飞。
助航标识灯通常需满足全天候工作的要求，工作过程无人看守，可靠性要求较高。这就要求标识灯具备数据采集与状态监控功
能，并不断向控制端（状态监视计算机）发送当前状态信息，以便工作人员掌控其具体状态，并及时对故障进行维修。本文首
先对机场跑道助航标识灯状态采集与监控系统进行了总体设计，然后设计了各个组成模块的硬件电路，最后按照系统的功能划
分，用ICCAVR编译器进行了程序编写，用AVR Studio进行了调试。
1 系统总体设计
助航标识灯数据采集与状态监控系统包括电池电量监测模块、光照强度采集模块、光强控制通道选择继电器模块、现场状态显
示模块以及状态监控计算机等。系统原理图如图1所示。
图1 系统原理图
其中，蓄电池组为助航标识灯的各电气部分供电，充电装置连接发电机、太阳能帆板或市电，为蓄电池组充电。电池电量监测
模块用于监测蓄电池组的使用状态。光照强度采集模块可根据当前的环境光强，自动调整助航标识灯的五级亮度，防止灯光对
飞行员产生炫目效应。系统可实现助航标识灯的无限时连续工作，主、备用电源可自动切换，达到了全天候的工作要求[2]。
此外，系统可将助航标识灯的工作状态发送到远程状态监控计算机并响应远程无线终端传来的命令，方便工作人员维护和管
理。
2 系统组成
2.1 电池电量监测模块
系统的电池电量监测模块选用HDIBKC15系列开关量输出直流电流变送器。此开关量输出直流电流变送器利用霍尔开环原理测
量原边电流，并设定某一固定点为阈值，当被测电流大于（或小于）此阈值时输出开关量电平信号或者继电器动作信号。原副
边之间高度绝缘，具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小、结构简单、长期工作稳定且适应各种工作环境的优点。在助
航标识灯系统工作前，只需对其输出开关量进行检测即可了解电池组电量是否充足。
2.2 单片机
助航标识灯系统的控制核心选用Atmel公司的AVR系列ATmega128A单片机，信息处理能力强，具有丰富的片上资源而且具有
更多类型的串行和并行数据接口[3]。与同类单片机相比，AVR单片机的稳定性和抗干扰能力更强，功耗较低，适用于机场跑
道状态控制与监测。
2.3 光照强度采集模块
光照强度采集模块采用数字式16位串行I2C总线的BH1750FVI光强传感器。BH1750FVI具有高分辨度（1～65 535 lx），检测
的环境光强范围广泛，而且精确度高，能够适应机场国际民航组织对于机场目视助航灯光的分级调光要求。
2.4 单工数据上传模块
机场跑道助航标识灯系统的采集模块采用周立功RSM485ECHT模块，该模块集电源隔离、电器隔离、RS485接口芯片和总线
保护器件于一身，方便嵌入用户设备。该模块具有很好的隔离及ESD总线保护功能，电磁辐射EME极低，电磁抗干扰EMS极
高，在-40～+85℃温度范围内正常工作，很好地满足了国内大部分机场的工作环境要求。
2.5 光强控制通道选择继电器模块
助航标识灯在工作时，需要控制LED灯具频繁间隔闪烁以达到警示飞行员的作用，对继电器的可靠性和寿命要求较高。该系统
的通道选择继电器选用YANGJI/JGX4FD型固态继电器，此种 SSR电路板式固态继电器用半导体器件代替传统电接点作为切
换装置，开关速度快，使用寿命明显增长，适用于机场跑道标识系统数据采集模块的功能要求。
它的控制方式为直流控直流，负载电流为4 A，负载电压为110 VDC，控制电压为DC 3～32 V。输入端驱动电流小，可方便地
与计算机终端和各种数字程控电路接口，实现了弱功率的隔离和控制。
3 应用电路设计
3.1 供电电路
机场跑道助航标识灯系统的数据采集模块采用MORNSUN公司的WRF0505P6W模块作为系统控制电路的电源。该模块输入电
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