无人升空平台温湿度远程监控系统设计

单片机

　　摘要：为了解决无法对无人升空平台设备舱温湿度进行实时监控的问题，采用STC89C52单片机为控制核心，以Lab-VIEW为开发平台，提出了无人升空平台温湿度远程监控系统的设计方案。该系统可以对飞行任务过程中无人升空平台设备舱的温湿度进行实时的监控，当设备舱的温湿度超出所许可的范围时，系统会发出报警信息提醒操作员采取适当的措施，并能够自动调节舱内的温湿度，以保证舱内任务设备时刻处于良好的工作环境，确保试验中所采集数据的有效性。
　　0 引言
　　无人升空平台在电子信息装备试验中发挥着越来越重要的作用。在装备试验过程中任务设备所处环境的温湿度是一项重要的技术参数，影响着任务设备能否正常地进行工作。长期以来只能依靠地面的气象观测对其实施监测，无法对处在飞行状态的无人升空平台设备舱的温湿度进行实时而有效的监控，从而很难保证每次试验中所采集数据的有效性。
　　为了解决上述问题，本文设计了一种无人升空平台设备舱温湿度远程监控系统，由温湿度传感器对设备舱的温湿度进行测量经单片机计算处理并打包，通过通信模块经地空链路下传至地面指挥方舱，再经以太网传至指挥所。设备操作人员利用监控软件对设备舱的温湿度进行实时的监控，一旦设备舱的温湿度超出所许可的范围时，监控系统会发出报警信息提醒操作人员采取适当的措施，并自动调节舱内的温湿度至正常的范围之内，以确保所采集试验数据的有效性。
　　1 系统结构及总体设计
　　无人升空平台设备舱温湿度远程监控系统可分为机载和地面两部分，系统总体结构如图1所示。机载部分主要由电源模块、核心控制模块、温湿度传感器、数码管显示模块、键盘模块、温湿度调节系统及通信模块组成，地面部分由安装在地面指挥方舱和指挥所中的监控软件所构成。在本系统中，核心控制模块通过温湿度传感器实时采集并计算出无人升空平台设备舱的温湿度参数，通过数码管显示模块进行实时显示，将温湿度数据打包传送至通信模块，由通信模块通过地空链路下传至地面指挥方舱再经以太网将数据传送至指挥所，最终由操作人员在地面指挥方舱和指挥所通过地面监控软件对设备舱的温湿度参数进行实时的监控。
　　1.1 电源模块
　　电源模块为机载部分的核心控制模块、数码管显示模块、键盘模块、通信模块和温湿度调节系统的正常工作提供优质、稳定的电压。

　　1.2 核心控制模块
　　系统机载部分的核心控制模块采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，拥有灵巧的8 位CPU 和8 KB 在系统可编程FLASH存储器，使得STC89C52可以为本系统的核心控制提供高灵活、超有效的解决方案。
　　1.3 温湿度传感器
　　温湿度传感器主要负责采集设备舱实时变化的温湿度物理数据，并将其转换为电信号，传感器的性能直接决定了监控系统的精度、灵敏度和测量范围。本系统采用1个SHT10数字温湿度传感器，其主要性能指标如下：湿度测量范围：0~100% RH;温度测量范围：-40~123.8 ℃；湿度测量精度：±4.5% RH;温度测量精度：±0.5 ℃；低功耗为80 μW,满足系统的监控要求。
　　1.4 键盘模块
　　键盘模块为方便用户在地面联调时由设备操作人员手动设置设备舱的温湿度范围并实现系统自检、复位等功能。
　　1.5 数码管显示模块
　　数码管显示模块主要用于对设备舱的温湿度参数的显示，可以方便操作人员在对无人升空平台进行地面调试时，对温湿度进行实时的监视。该模块由驱动电路和数码管构成，驱动电路完成温湿度数据的锁存和数码管的段选和位选，数码管用于实现温湿度数据的实时显示。
　　1.6 通信模块
　　通信模块是核心控制模块与地空链路之间数据通信的接口，负责将核心控制模块打包发送来的温湿度数据传递至地空链路，还负责将地面监控软件的控制指令传递给核心控制模块。
　　1.7 温湿度调节系统
　　当设备舱的温湿度超出设备操作人员预先设定的范围时温湿度调节系统在核心控制模块的控制下进行工作，自动将设备舱的温湿度调整为许可的范围，以确保任务设备在规定的温湿度条件下进行工作。
　　2 系统软件设计
　　2.1 机载核心控制模块软件设计
　　机载核心控制模块软件运行流程如图2所示，软件采用C语言编程实现各项功能。以STC89C52单片机为控制核心主要实现控制温湿度采集与处理、数码管显示、键盘输入、对温湿度调节系统进行控制以及将温湿度数据打包以便进行远程无线传输。一个完整的工作流程如下：当系统初始化后，核心控制模块读取由地空链路上传或由地面操作人员预先设置的温湿度参数范围，然后进行温度湿度参数测量，确认测量无误后计算温湿度值，并通过数码管进行实时显示。若设备舱的温湿度值超出地面操作人员所设定的范围，由核心控制模块发出指令启动温湿度调节系统实时调节设备舱的温湿度直至到所许可的范围之内。最后核心控制模块将所测量的设备舱温湿度值保存并发送至缓冲区，由通信模块将数据传递给地空链路再传输到地面指挥方舱。

　　2.2 地面监控软件设计
　　地面监控软件以labview为编程环境编写，监控计算机通过串口实时采集并以动态曲线的方式显示由地空链路下传的温湿度数据。一旦设备舱的温度或湿度值超出地面操作人员所设定的温湿度的范围时，监控软件中相应的报警灯会亮起，以提醒地面操作人员采取相应的措施，此时机载部分的温湿度调节系统在核心控制模块的控制下开始工作，自动调节设备舱内的温湿度直至到所许可的范围之内。该监控软件具有界面设计友好，操作简便的特点，软件设计界面如图3所示。

　　本系统利用LabVIEW 提供的Web 服务器技术，将地面指挥方舱VI程序前面板移植到指挥所计算机上，在指挥所计算机取得控制权后，操作人员就可以在指挥所对监控软件进行远程操作，从而实现试验指挥人员对无人升空平台设备舱温湿度参数信息的实时监控。
　　3 结语
　　本文设计了一个基于STC89C52 单片机和Lab-VIEW 的无人升空平台设备舱温湿度远程监控系统。该系统硬件组成简洁、紧凑，地面监控软件界面设计友好易操作。在装备试验过程中可实现对无人升空平台设备舱温湿度进行不间断的实时动态远程监控，有助于提高试验中所采集数据的有效性。

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