GPS電子時鐘在空管設(shè)備運行中的分析與設(shè)計

1、GPS電子時鐘在空管設(shè)備運行中的分析與設(shè)計馮斯聰【摘要】考慮到精確的時間顯示有助于提升空管設(shè)備運行保障能力，提出了一種基于GPS的電子時鐘系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了在LED顯示屏上顯示時間和文字信息，并具備溫濕度顯示和定時巡視提醒功能，同時基于VisualBasic.NET開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件。該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中起到一定的經(jīng)濟(jì)效益，對空管設(shè)備運行保障具有實際意義?！娟P(guān)鍵詞】GPS；電子時鐘；VisualBasic.NET；空管0引言精確的時間對于民航系統(tǒng)的運行保障是至關(guān)重要的，用以設(shè)備間的同步，消除潛在的數(shù)據(jù)喪失問題。管制指揮、設(shè)備運行、氣象發(fā)報、值班巡視等運行保障工作都需要精確的時間，而GPS可以

2、縮小時間同步上的誤差，提供更加精確的時間信息。如果自動化系統(tǒng)出現(xiàn)時間上的偏差，那么可能導(dǎo)致雷達(dá)信號的抖動，嚴(yán)重的話將影響管制員的正常指揮。如果氣象觀測員由于時間上的偏差造成發(fā)報超過一分鐘，那么是一般過失，超過兩分鐘那么是嚴(yán)重過失【1】。目前，我站使用的是功能單一的電子時鐘，需要額外配合大屏幕進(jìn)行運行信息的顯示。因此，需要設(shè)計一款在功能上和本錢上都能滿足空管設(shè)備運行要求的GPS電子時鐘。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)針對我站的實際情況，根據(jù)市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品，分析了各種技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點，從增加實用功能性、提高產(chǎn)品通用性、降低開發(fā)本錢等角度進(jìn)行設(shè)計，確定了總體方案。具體設(shè)計思路如下。1.1軟、硬件設(shè)計上采用市場

3、使用率高的電子元器件為節(jié)省了硬件設(shè)計上的本錢，縮短了開發(fā)周期，在滿足功能需求的前提下，利用市場上使用率高的電子元器件，在硬件上采用了STC12C5A60S2單片機(jī)、DS1302時鐘芯片、USR-TCP232-T24模塊、DHT11溫濕度傳感器和ISD1820語音錄放芯片。在軟件上采用C語言進(jìn)行硬件編程和VisualBasic.NET進(jìn)行PC軟件編程。1.2時間顯示具備一定的容錯能力由于空管設(shè)備對運行穩(wěn)定性的要求較高，因此該系統(tǒng)時必須擁有一定的容錯能力。在設(shè)計上以GPS為主用，內(nèi)置時鐘芯片為備用。如果其中一方出現(xiàn)數(shù)據(jù)喪失，那么可由另一方作為數(shù)據(jù)源。單片機(jī)通過識別串口接收到的數(shù)據(jù)來判斷是否為GPS

4、時鐘數(shù)據(jù)：如果是，那么顯示GPS時間，同時每一個小時校正一次內(nèi)部時鐘芯片；如果不是，那么顯示內(nèi)置時鐘芯片的時間。當(dāng)單片機(jī)串口數(shù)據(jù)突然中斷時，單片時機(jī)延時3秒鐘：如果3秒內(nèi)依舊沒有接收到東進(jìn)GPS時鐘數(shù)據(jù)，那么自動轉(zhuǎn)為DS1302時鐘芯片的時間；如果3秒內(nèi)接收到東進(jìn)GPS時鐘數(shù)據(jù)，那么繼續(xù)讀取并顯示GPS時鐘。1.3采用128*32LED顯示屏進(jìn)行時間和信息顯示近年來，LED顯示屏成為了當(dāng)前普遍使用的顯示方案，具有高清晰度、大視角等特點，可以用于圖文顯示等。相比使用液晶顯示屏，LED顯示屏的使用本錢更低，故采用了兩塊64*32LED顯示屏組成的128*32LED顯示屏。1.4可通過軟件對LED顯

5、示進(jìn)行時間和信息的控制基于VisualBasic.NET開發(fā)的控制軟件可以實現(xiàn)文字的傳輸以實現(xiàn)文字的顯示，利用字庫將需要顯示的字符轉(zhuǎn)換為LED顯示屏可以識別的數(shù)據(jù)，從而顯示在LED屏幕上，同時該軟件還可以實現(xiàn)在時間和文字顯示之間的切換，在線修改內(nèi)置時鐘芯片時間。1.5設(shè)計上充分考慮其使用的多功能性結(jié)合我站實際工作的要求，該系統(tǒng)還增加了一些在值班巡視中常用的功能：溫濕度顯示和定時巡視提醒。2關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)2.1LED顯示屏的控制近年來，LED顯示屏成為了當(dāng)前普遍使用的顯示方案，故采用了兩塊64*32LED顯示屏組成的128*32LED顯示屏，通過74HC245雙向緩沖器提高單片機(jī)的負(fù)載能力，搭配5

6、V15A的開關(guān)電源，不僅可以顯示時間，還可以顯示溫濕度和最多16個漢字字符。LED顯示屏設(shè)計的核心是對其顯示的控制，該顯示屏提供08接口形式。該接口共有16個引接，其中A、B、C、D引腳表示行信號，R1、R2、G1、G2引腳表示列信號，EN引腳表示使能，SCK引腳表示時鐘，STB引腳表示鎖存，GND引腳表示地【2】。對于128*32的雙色LED顯示屏來說，總共有128列，通過64個74HC595芯片進(jìn)行級聯(lián)，將其擴(kuò)展為128位串行輸入，128位并行輸出，從而實現(xiàn)對128列信號進(jìn)行控制。R1、R2、G1、G2引腳就是用來輸入128位串行數(shù)據(jù)的。其中，R1、G1用來控制上半屏16行的紅、綠信號，R

7、2、G2用來控制下半屏16行的紅、綠信號。因此，通過循環(huán)行信號，移位串行輸入每一行的列信號數(shù)據(jù)，然后鎖存列信號，就可實現(xiàn)LED顯示屏的顯示。2.2GPS數(shù)據(jù)的接收我站使用的GPS數(shù)據(jù)源是東進(jìn)GPS效勞器，該效勞器只提供RS232接口，無法滿足各類設(shè)備的引接，因此我站利用串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊，將GPS數(shù)據(jù)引接到接入交換機(jī)上，實現(xiàn)了各類設(shè)備對GPS數(shù)據(jù)的引接。該效勞器在協(xié)議上采用的是TCPServer模式，需要創(chuàng)立一個TCPClient建立與效勞器的連接。該效勞器每秒鐘發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為：“5C110000000A152，其中第6、7、8字節(jié)表示的是時分秒，而第10、11、12、

8、13字節(jié)表示的是年月日星期。因此，利用USR-TCP232-T24模塊，單片機(jī)可通過串口接收GPS數(shù)據(jù)【3】，判斷數(shù)據(jù)包頭正確后，讀取第6、7、8、10、11、12、13字節(jié)，將時間信息顯示在LED顯示屏上。2.3PC軟件的設(shè)計為提高該系統(tǒng)的可操作性，在VisualBasic.NET平臺上開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件。該軟件的功能是實現(xiàn)LED顯示屏在時間與信息顯示之間的切換、實現(xiàn)中、英等字符的傳輸與顯示、實現(xiàn)內(nèi)置時鐘的在線修改，通過串口實現(xiàn)與單片機(jī)的通信。該軟件的關(guān)鍵局部是利用ASCII字庫和GB2312字庫實現(xiàn)字符的取模轉(zhuǎn)換【4】，從而實現(xiàn)字符在LED顯示屏上的顯示。3總結(jié)本文通過分析了電子時鐘在空管設(shè)備運行中的實際使用情況，提出了一種基于GPS的電子時鐘系統(tǒng)，通過接收GPS數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在LED顯示屏上的顯示，同時具有定時巡視提醒功能，并在VisualBasic.NET平臺上開發(fā)了該系統(tǒng)的控制軟件，實現(xiàn)比以往單一電子時鐘更具有實用性，對空管設(shè)備運行保障具有實際意義，也為相關(guān)單位提供一種設(shè)計參考?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【4】袁貴宏.淺析空管設(shè)備保障的風(fēng)險評估管理J.空中交通管理，20218：39-41.【2】殷曉安，吳明亮.基于單片機(jī)的LED點陣顯示條屏控制系統(tǒng)設(shè)計J.世