一款基于STM32微处理器的发射机掉功率计时器设计李卓庞毅赵桂同黄文樑

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2024年1月23日发(作者：)

一款基于STM32微处理器的发射机掉功率计时器设计 李卓 庞毅 赵桂同 黄文樑 裴开乾 农海智 何民兆发布时间：2021-08-30T06:19:26.850Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期 作者： 李卓 庞毅 赵桂同 黄文樑 裴开乾 农海智 何民兆[导读] 在广播电视发射台站的工作中保障安全播出是重中之重，当广播电视发射机发生掉功率故障时能在规定时间段内尽快恢复正常播出是保障安全播出的重要措施。广西广播电视技术中心钦州分中心 摘要：在广播电视发射台站的工作中保障安全播出是重中之重，当广播电视发射机发生掉功率故障时能在规定时间段内尽快恢复正常播出是保障安全播出的重要措施。本文为实现广播电视发射机掉功率计时而设计的一款基于嵌入式技术的计时器。掉功率计时器由基于AD8318的功率采集监测、基于STM32的计时功能实现、7寸LCD电容触摸屏、SD卡记录储存四部分组成，实现了一种具有实际应用价值的广电嵌入式应用。 关键词：广播电视发射机，功率监测，计时器，STM32嵌入式，电容触摸屏，SD卡储存

0 概述 本文将从基于AD8318的功率采集监测硬件设计、基于STM32的计时功能实现、基于7寸TFT LCD电容触摸屏的计时显示及触摸操控设计、基于SD卡应用的记录存储、计时器系统软件设计等几部分来详细介绍该发射机掉功率计时器。系统的主控芯片采用32位的STM32F103ZET6，该处理器具有较强的运算能力，具有丰富的硬件外设，例如串口、SPI接口、IIC接口、ADC接口、SDIO接口、FSMC接口等以及实时时钟RTC、高精度通用定时器等内部功能，满足本次设计要求。本设计的系统框图如图1所示。

图2：功率检测模块原理图 本计时器具有时间表设置功能，使用STM32内部的RTC功能实现RTC时钟功能，使得系统具备时间表设置功能，根据每套广播电视节目的播出时间设置时间表，确保发射机在开机时段内掉功率计时器能够实时监测发射机的功率状态。 当计时器监测到发射机发生掉功率故障时会触发声光告警，方便台站值班人员能快速发现故障，及时处理问题，保障安全播出。 2 基于STM32的计时功能实现 本发射机掉功率计时器通过AD8318的功率采集监测模块检测到发射机处在掉功率状态后，STM32主控芯片就触发计时功能，计时功能采用STM32的通用定时器实现。STM32的通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微妙到几个毫秒间调整。本设计中使用STM32的通用定时器TIM3的定时器中断来实现1秒钟中断做为计时基础，具体通过下面几个步骤实现：（1）TIM3时钟使能。（2）初始化定时器参数，设置自动重装值，分频系数，计数方式等。（3）设置TIM3_DIER允许更新中断。（4）TIM3中断优先级设置。（5）使能允许TIM3工作。（6）设置中断服务函数。通过以上步骤，当检测到发射机处于掉功率状态时，触发STM32通用定时器TIM3的1秒钟中断产生，从而现实掉功率的计时功能。

3 基于7寸电容触摸屏的显示及触摸操控设计 本发射机掉功率计时器使用7寸TFT LCD电容触摸屏来实现对计时的实时显示和人机交互，如通过点击屏幕上的“查询记录”按钮查看发射机的掉功率次数和具体发生的时间等。STM32主控芯片使用FSMC接口跟7寸TFT LCD电容触摸屏通信。 3.1 7寸屏显示及电容触摸方案简介 7寸LCD屏采用SSD1963驱动方案，LCD屏使用群创的AT070TN92屏，具有屏幕分辨率高（800*480），支持16/18/24位真彩显示、支持8/9/12/16位数据格式、支持开窗显示等特点。SSD1963作为LCD驱动芯片，自带LCD GRAM（480*864*3字节），无需外加独立驱动器，最高支持24位颜色深度，并且在指令上基本兼容ILI9341，使用非常方便。本设计的LCD接口采用16位的8080并口与STM32控制器连接，通过STM32软件程序向SSD1963发送特定的控制指令和数据，就可以很好的控制7寸LCD屏显示我们所要显示的内容。 在计时器的人机交互方面，采用郭泰电子的FT5206作为电容触摸屏的驱动方案，具有手感好、无需校准、透光性好等特点，支持5点同时触摸，操控效果佳。 3.2 字库显示简介 在LCD屏的人机交互方面，字库显示是必不可少的，本设计中将使用外部FLASH（W25Q128）来存储字库，STM32控制器读取存在FLASH里面的字库，然后将所要显示的汉字或者字符显示在LCD上。本设计使用GBK汉字内码系统，它不仅兼容GB2312，还支持繁体字，总汉字数有2万多个，满足我们的设计需求。将制作好的GBK字库放在SD卡里面，然后通过SD卡将字库文件复制到外部的FLASH芯片W25Q128中，这样W25Q128就相当于一个汉字字库芯片。外部FLASH芯片及SD卡电路原理图如图3所示。STM32主控芯片使用SPI2接口与外部FLASH芯片通信，使用SDIO接口与SD卡通信。

图3：外部FLASH及SD卡原理图 4 SD卡记录存储功能的实现 在广播电视发射台站的安全播出工作中，查询机器设备故障记录是必不可少的环节，本发射机掉功率计时器也具备记录查询功能，记录存储在SD卡中，记录的录入和调取通过对SD的读/写操作完成，而实现对SD卡的文件读/写操作则需要FATFS文件管理系统来管理SD卡。FATFS是一个完全免费开源的FAT文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它采用标准C语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性。它支持FAT12、FAT16和FAT32，支持多个存储媒介，有独立的缓冲区，可对多个文件进行读/写。 本设计中我们将FATFS文件管理系统移植到STM32控制器，用来对SD卡进行管理，当发射机掉功率时间发生时，系统将掉功率的开始时间和持续的时间记录到SD卡中，当对计时器的屏幕操作查看故障记录时，系统通过FATFS读取SD卡中相关的数据，将故障记录显示到屏幕上。 5 系统软件设计及实际安装应用 系统软件设计采用C语言编程，使用MDK4编译平台进行编译，软件设计的流程是STM32通过AD8318功率检测模块把发射机功率值转换成的电压值，然后用该电压值与事先测量好的标定值进行对比，从而判断当前发射机的功率状态是否正常，如果发射机功率不正常就触发掉功率事件发生，系统开始计时，屏幕上实时显示计时状态，同时触发声光报警，直到发射机功率恢复正常。功率恢复正常后，系统将该故障发生的开始时间点和持续时间记录在SD卡，供查询记录使用。发射机同时还有考虑当前时间发射机是处在开机时间还是处在停机检修时间，如果处在开机时间就进行监测，如果处在停机检修时间就停止监测。系统软件设计流程图如图4所示。

图5：本设计实际安装应用图 6 结束语 本文提出的基于STM32嵌入式系统的发射机掉功率计时器，利用STM32做为主控处理器，AD8318射频对数检波芯片对发射机功率进行采集，采用STM32内部的RTC功能进行时间表的设置，使用STM32通用定时器TIM3作为计时基础，采用7寸TFT LCD电容触摸屏显示计时数据和查询记录人机交互操作。本设计在广西广播电视技术中心钦州分中心245台实际调试，测试，运行。 参考文献： [1]方德葵.电视与调频发送技术.中国广播电视出版社，2005（03） [2]陈德泽.广播电视监测技术，中国广播电视出版社，2008（04） [3]沈红卫.STM32单片机应用与全案例实践，电子工业出版社，2017（06） [4]田民波.TFT液晶显示原理与技术，科学出版社，2010（04）

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