衛(wèi)星射頻單元設(shè)備遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：衛(wèi)星通信需要工作在微波頻段且必須要配備將微波信號(hào)進(jìn)行放大的高功率放大器，而這些射頻設(shè)備容易造成對(duì)人體的微波輻射，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種基于工業(yè)控制的單片機(jī)用來(lái)和衛(wèi)星射頻單元設(shè)備的連接，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)線和基于Delphi軟件對(duì)衛(wèi)星射頻單元的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)的功能，將傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式提升為計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

　　　　O 引言

　　衛(wèi)星通信具有遠(yuǎn)距離、大容量、多業(yè)務(wù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在越來(lái)越受到人們的關(guān)注和青睞，在抗震救災(zāi)、應(yīng)急維穩(wěn)中發(fā)揮了很大作用，但是由于衛(wèi)星通信要求地球站發(fā)射頻率能穿透大氣層到達(dá)通信衛(wèi)星上這個(gè)特殊要求，因此固定站設(shè)備射頻單元均工作在微波頻段，且配備有將微波信號(hào)進(jìn)行放大的高功率放大器，因此整個(gè)射頻單元具有很強(qiáng)的輻射性，為此固定站射頻單元的設(shè)備一般都放在距離主機(jī)房比較遠(yuǎn)的單獨(dú)機(jī)房或天線附近。目前對(duì)于射頻單元的測(cè)試與管理，只能靠人工進(jìn)行巡視和管理，這種值勤方式就造成了射頻單元管理的時(shí)效性不好，容易出現(xiàn)巡視不及時(shí)造成設(shè)備的損壞，特別是惡劣天氣狀況下時(shí)，當(dāng)射頻單元參數(shù)需要調(diào)整和維護(hù)管理時(shí)，人員操作就比較困難，容易造成整個(gè)系統(tǒng)的通信中斷，因此將系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的射頻單元進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理和控制就具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1 系統(tǒng)的原理及整體連接圖

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用軟硬件兩部分相結(jié)合的方式，硬件設(shè)備采用處理速度和配置較高的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)處理芯片，用來(lái)實(shí)現(xiàn)和各射頻單元設(shè)備的連接，該板卡采用的CP 為IXP-422 266 MHz;DRAM為板載128 MB;FLASH為板載32 MB;該板卡擁有8個(gè)串口，2個(gè)USB接口，2個(gè)LAN網(wǎng)口，具有PCIBUS地址總線連接RS485通信端口，這些硬件可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星射頻單元的控制和連接。硬件內(nèi)建嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通過Moxa Linux API Library開發(fā)環(huán)境來(lái)開發(fā)接口單元與綜合服務(wù)器連接的底層代碼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有衛(wèi)星射頻單元設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、讀取及分析，通過RS 485，RS 232串口來(lái)控制所有射頻單元數(shù)據(jù)。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件部分采用Delphi 7.O多線程程序設(shè)計(jì)，主要完成TCP/IP協(xié)議到串口協(xié)議之間的有效轉(zhuǎn)換、設(shè)備數(shù)據(jù)的顯示、修改、監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制射頻單元設(shè)備的切換等諸多功能;通過軟件就將射頻單元的有效數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)口傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制的計(jì)算機(jī)上來(lái)，設(shè)備就可以通過網(wǎng)線和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)相連，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理功能。該系統(tǒng)配有可靠的硬件和穩(wěn)定的軟件相互配合使用，真正實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星射頻單元的遠(yuǎn)程控制和管理。

　　衛(wèi)星射頻設(shè)備遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

　　2 遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

　　該系統(tǒng)作為連接UHF設(shè)備、KU設(shè)備、C波段等不同頻段射頻單元的轉(zhuǎn)接和遠(yuǎn)端控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備，在近端要求設(shè)計(jì)一個(gè)能綜合處理射頻數(shù)據(jù)的一個(gè)服務(wù)器，在遠(yuǎn)端要通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)美觀、可靠穩(wěn)定的遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)軟件，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的要求就是接口標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)接可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，因此整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)它分為綜合管理服務(wù)器設(shè)計(jì)硬件和Delphi軟件開發(fā)監(jiān)控兩大部分。

　　2.1 遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

　　作為連接衛(wèi)星射頻單元的硬件，設(shè)計(jì)了綜合管理服務(wù)器，要求接口標(biāo)準(zhǔn)、轉(zhuǎn)接可靠性能高等要求，也是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的核心。它分為硬件和軟件兩大部分，硬件要運(yùn)算速度高、能全天候進(jìn)行工作，不但要有較多的串口連接，還要有RS 485有連接，同時(shí)對(duì)溫度、環(huán)境的要求要高，因此在硬件上采用了工業(yè)級(jí)別的計(jì)算設(shè)備進(jìn)行計(jì)算和處理，利用板卡的串口、網(wǎng)口進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過該硬件實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星射頻單元的有效連接。

　　遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　整個(gè)裝置以工控機(jī)為主處理平臺(tái)，該平臺(tái)的CPU為IXP-422 266 MHz，8個(gè)獨(dú)立的串口端口，同時(shí)可以提供2個(gè)網(wǎng)口端口，USB端口，提供標(biāo)準(zhǔn)的RJ45端口來(lái)連接用戶，標(biāo)準(zhǔn)的接口和各衛(wèi)星射頻單元通信系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)串口相連接;電源功耗只有12 W，具有防雷電擊、適應(yīng)環(huán)境在工業(yè)級(jí)別，硬件系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠;為了能對(duì)8個(gè)串口進(jìn)行不斷的數(shù)據(jù)掃描的讀取，該裝置工作時(shí)，首先檢測(cè)處理芯片組每100 ms檢測(cè)所有串口接口的狀態(tài)，將所需功率、增益、溫度等主要參數(shù)進(jìn)行讀取，其次當(dāng)需要其他參數(shù)設(shè)置時(shí)采取中斷的方式進(jìn)行。目前該裝置可以提供8路標(biāo)準(zhǔn)的RS 232串口，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星射頻設(shè)備的連接，同時(shí)該系統(tǒng)提供了較大的容量升級(jí)空間，根據(jù)衛(wèi)星站業(yè)務(wù)量大小進(jìn)行必要的升級(jí)和擴(kuò)容。

　　2.2 遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　硬件是連接衛(wèi)星射頻單元設(shè)備和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)終端的有效方式，是整個(gè)系統(tǒng)的骨架，軟件又是整個(gè)系統(tǒng)的核心和靈魂，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，衛(wèi)星射頻遠(yuǎn)程控制與管理系統(tǒng)軟件分為兩大部分：

　　(1)通過綜合管理服務(wù)器所提供的內(nèi)建嵌入式Linux系統(tǒng)來(lái)編程實(shí)現(xiàn)硬件綜合服務(wù)器與衛(wèi)星區(qū)域站設(shè)備之間的連接。該軟件通過分析和解讀實(shí)現(xiàn)對(duì)不同射頻設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取、發(fā)送等任務(wù)，對(duì)溫度、增益、頻率、功率等常用的參數(shù)進(jìn)行100 ms輪詢，對(duì)其他要設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行中斷方式查詢和發(fā)送，最后通過寫入FLASH程序?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)備和衛(wèi)星射頻單元的有效連接和穩(wěn)定運(yùn)行。

　　(2)以Delphi 7.O為開發(fā)平臺(tái)，通過多線程的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議到RS232標(biāo)準(zhǔn)串口之間的可靠轉(zhuǎn)換和有效通信。通過該軟件編程從而在用戶端和遠(yuǎn)端提供良好的監(jiān)測(cè)和控制界面，方便用戶在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星設(shè)備的遙測(cè)和管理;同時(shí)為了能有效且美觀地顯示設(shè)備的增益、溫度、功率等指標(biāo)，還利用Delphi 7.0軟件的類功能，包含了LED顯示類，從而使得遠(yuǎn)端操作界面更加美觀和直觀。主程序通過簡(jiǎn)化編程，調(diào)用各模塊和驅(qū)動(dòng)函數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。其次改變軟件內(nèi)容，可以方便地增加該裝置的其他功能，可擴(kuò)充性強(qiáng)。

　　衛(wèi)星射頻設(shè)備遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)控制界面如圖3所示。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　給出了一種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)衛(wèi)星射頻單元的整個(gè)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。通過設(shè)計(jì)綜合服務(wù)器完成衛(wèi)星各種遠(yuǎn)程控制端口到TCP/IP的有效轉(zhuǎn)接，通過Delphi軟件實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)射頻參數(shù)的控制平臺(tái)，該系統(tǒng)將目前人工巡視射頻單元的傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制，同時(shí)提供了必要的告警信息方便用戶使用，減少了設(shè)備對(duì)人體的微波輻射，大大提高了衛(wèi)星區(qū)域站對(duì)射頻單元設(shè)備的控制和管理效率，成功地解決了只能靠人工方式進(jìn)行設(shè)備巡視的這個(gè)突出弊端，同時(shí)也為衛(wèi)星通信地球站提供了一個(gè)有效的值勤監(jiān)控終端，充分發(fā)揮了衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)和作用，使用前景廣闊。