【摘　要】　論述了固態(tài)發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，介紹了VFD模塊的基本使用方法，以及它在發(fā)射機(jī)顯示中的應(yīng)用。
??? 關(guān)鍵詞：固態(tài)發(fā)射機(jī)，VFD模塊，控制和保護(hù)
　　
1　引　言
　　雷達(dá)發(fā)射機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，固態(tài)發(fā)射機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)越性廣泛地為各種雷達(dá)所采用。固態(tài)發(fā)射機(jī)采用了全固態(tài)晶體管作為放大器，這種器件由于電壓低，比較真空管發(fā)射機(jī)來說有很高的可靠性，其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，提高了發(fā)射機(jī)的可靠性和可維護(hù)性。由于采用了多個(gè)固態(tài)放大器功率組件合成大功率輸出，個(gè)別固態(tài)放大器功率組件發(fā)生故障對(duì)整個(gè)發(fā)射輸出功率無影響，使整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)仍能工作。
　　固態(tài)發(fā)射機(jī)由大量的固態(tài)放大器功率組件和開關(guān)電源構(gòu)成，其數(shù)量根據(jù)發(fā)射機(jī)功率的需要，少則幾個(gè)，多則可達(dá)幾千個(gè)，一旦某一功率組件或開關(guān)電源損壞，要求發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)能迅速準(zhǔn)確判斷故障位置，以往由數(shù)碼管單一顯示故障位號(hào)和故障總數(shù)，并且當(dāng)數(shù)碼管少時(shí)功率組件和開關(guān)電源要分開顯示或輪流顯示，軟硬件設(shè)計(jì)都比較煩瑣，現(xiàn)在采用VFD模塊作為顯示屏，VFD模塊是真空熒光屏，顯示容量大，亮度高，接口簡單，軟硬件設(shè)計(jì)都比較簡單方便，可靠性高，且價(jià)格低，降低成本。
2　控制和保護(hù)系統(tǒng)硬件
　　控制和保護(hù)系統(tǒng)不但要實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)控制，故障信號(hào)的采集和快速保護(hù)，關(guān)鍵參數(shù)的采
集，工作狀態(tài)顯示，故障顯示等功能，還必須能與雷達(dá)主控臺(tái)進(jìn)行通訊，具有遙控功能和與主控臺(tái)的信息交換功能。因此，雷達(dá)發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)是非常重要的，要求能對(duì)故障響應(yīng)迅速且有效地保護(hù)發(fā)射機(jī)。系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。該控制和保護(hù)系統(tǒng)選用了51系列單片機(jī)作核心器件，系統(tǒng)由51系列微處理電路、接口電路、VFD顯示模塊及通訊控制接口等組成。當(dāng)固態(tài)發(fā)射機(jī)的功放組件、電源組件等發(fā)生故障時(shí)，該控保系統(tǒng)一是能迅速、直觀地指示出固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的具體故障的發(fā)生位置，二是完成與雷達(dá)主控臺(tái)的通訊聯(lián)絡(luò)。

3　控制和保護(hù)系統(tǒng)在固態(tài)發(fā)射機(jī)中的具體設(shè)計(jì)
　　下面以某有源相控陣?yán)走_(dá)固態(tài)發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)為例，說明整個(gè)控制和保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3．1　控制和保護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　該發(fā)射機(jī)控制和保護(hù)系統(tǒng)檢測固態(tài)功率組件N個(gè)，開關(guān)電源組件N個(gè)，還需檢測輸出總功率低，輸出駐波大，前級(jí)脈沖過寬和過工作比故障，冷卻故障，前級(jí)放大器A路和B路是否工作正常。該系統(tǒng)由一塊CPU控制板，兩塊接口板，一塊雙工控制板組成。接口板數(shù)量還可以根據(jù)具體情況增加。工作原理框圖見圖2。
　　其檢測量大，要求速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)為了解決高速通用與設(shè)備量之間的矛盾，選用大規(guī)模數(shù)字信號(hào)處理芯片EPLD作為故障處理的核心。
　　CPU控制板由51系列單片機(jī)、EPLD和通訊芯片組成。EPLD具體完成譯碼、片選、分頻和數(shù)據(jù)鎖存等功能。具體工作過程為：故障信息采集后，用光耦隔離后再送入EPLD的I／O接口，后經(jīng)I／O接口送給51系列單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后把所需顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)EPLD的I／O接口送入VFD模塊顯示。雙工控制板主要完成發(fā)射機(jī)的兩路前級(jí)放大器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)檢測到一路前級(jí)放大器發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)到另一路工作。通訊部分接收主控臺(tái)的開關(guān)機(jī)命令，上報(bào)發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)和全部故障信息。
　　實(shí)際使用VFD模塊時(shí)，可以檢測VFD模塊的BUSY信號(hào)，也可以不檢測BUSY信號(hào)，加100ns延時(shí)，同樣可以使VFD模塊正確顯示所需內(nèi)容。VFD模塊的顯示亮度可以根據(jù)實(shí)際需要用軟件來進(jìn)行選擇。
3．2　控制和保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　下面以某型號(hào)固態(tài)發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為例來加以說明。圖3為程序流程框圖。當(dāng)控制和保護(hù)系統(tǒng)上電工作時(shí)，先對(duì)VFD模塊進(jìn)行初始化，定義其工作初態(tài)：復(fù)位、光標(biāo)不顯示、選擇所顯示字符類型。然后把定義發(fā)射機(jī)的故障位號(hào)和總數(shù)量等固定字符放在指定位置，接著進(jìn)行發(fā)射機(jī)故障和工作狀態(tài)巡檢，檢測到的冷卻故障、天線駐波故障和過脈寬、過工作比故障、雙工控制器A路、B路工作狀態(tài)可以用特殊字符來顯示。發(fā)射機(jī)工作時(shí)，讀取發(fā)射功放組件和電源組件的狀態(tài)，若有故障，則在控制分機(jī)的VFD模塊上用數(shù)字顯示功放組件和電源組件的故障總數(shù)和故障位號(hào)?？刂坪捅Ｗo(hù)系統(tǒng)對(duì)發(fā)射機(jī)起的控制作用如下：檢測到冷卻故障、天線駐波故障和過脈寬、過工作比故障時(shí)，迅速切斷激勵(lì)信號(hào)，保護(hù)發(fā)射機(jī)；控制發(fā)射機(jī)的前級(jí)放大器，當(dāng)檢測到無激勵(lì)信號(hào)時(shí)，使雙工控制器保持在A路工作，當(dāng)有激勵(lì)信號(hào)且A路故障時(shí)，自動(dòng)切換到B路工作。以上控制保護(hù)發(fā)生時(shí)，控保護(hù)系統(tǒng)除顯示故障信息外，還將故障信息上報(bào)主控臺(tái)，保留相關(guān)故障數(shù)據(jù)，便于事后故障分析研究與處理。
　　遙控開發(fā)射機(jī)時(shí)，控保系統(tǒng)接收到開機(jī)命令時(shí)，自動(dòng)控制開冷卻，加激勵(lì)使發(fā)射機(jī)工作。
4　該控制和保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)越性
　　傳統(tǒng)的發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)使用數(shù)碼管顯示功率組件和開關(guān)電源的故障位號(hào)和故障總數(shù)，其他故障如駐波保護(hù)、過脈寬和過工作比保護(hù)、冷卻故障等只能用發(fā)光二極管來指示，顯示單一，功耗大，硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜且修改性差，分機(jī)面板元件繁多，人機(jī)界面差。
　　本控保系統(tǒng)采用VFD模塊作顯示屏，可以使固態(tài)發(fā)射機(jī)所有的故障狀態(tài)都能直觀顯示，硬件設(shè)計(jì)簡單化，分機(jī)面板只需一塊尺寸為7cm×13．5cm的顯示屏。
??? VFD模塊系統(tǒng)原理見圖4。該模塊具有自檢和上電復(fù)位功能，具體見表1。
　　VFD模塊具有以下特點(diǎn)：與51系列單片機(jī)并行連接，用20芯扁平電纜連接比較方便；電源僅需直流＋5V，最大電流1A；能顯示121種字符，選擇
性強(qiáng)；顯示屏亮度可以通過軟件設(shè)置進(jìn)行選擇；字符采用5×7點(diǎn)陣顯示，共4行，每行顯示20個(gè)字符。VFD模塊中信號(hào)工作時(shí)序關(guān)系見圖5。
　　圖5中，TPW為WR的脈沖寬度最小為50ns；
TEXE為VFD模塊顯示完成時(shí)間最大為750μs，該時(shí)間段內(nèi)不能接收數(shù)據(jù)信息；／SEL為VFD模塊設(shè)置顯示時(shí)間最小為100ns。
5　結(jié)束語
　　固態(tài)發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)，采用EPLD和VFD模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。簡化了設(shè)計(jì)、提高了系統(tǒng)可靠性，可以使發(fā)射機(jī)控制和保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，向通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化進(jìn)軍，這樣可以大大縮短研制設(shè)計(jì)周期，適應(yīng)科研生產(chǎn)的發(fā)展需要。
　　以上固態(tài)發(fā)射機(jī)控保系統(tǒng)因其設(shè)計(jì)簡單可靠，工作穩(wěn)定，已在多個(gè)產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，并得到用戶的一致好評(píng)。

1　孫育才．MCS－51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社，2000，3