雷達發(fā)射機溫度測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

本文詳細介紹系統(tǒng)體系結構，軟硬件設計方案及監(jiān)控平臺設計。實踐證明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高，測溫及時、準確，低功耗低成本等特點，能夠有效保障雷達發(fā)射組件的安全。

1.引言

目前大部分雷達發(fā)射機采用全固態(tài)發(fā)射機，該發(fā)射機具有集成化程度高、發(fā)射功率大、產(chǎn)生熱量大、工作溫度高等特點。有資料表明，在全固態(tài)雷達發(fā)射機中，功率晶體管的結溫每增加10℃，發(fā)射機的可靠性就下降60%.當前，在雷達系統(tǒng)中，普遍采用空調系統(tǒng)對雷達發(fā)射機組件進行溫度調節(jié)，而空調系統(tǒng)只能按照常規(guī)固有模式運行，不能根據(jù)季節(jié)環(huán)境溫度以及發(fā)射機工作過程中溫度的變化進行智能調節(jié)，將發(fā)射機溫度控制在合理的范圍內，造成降溫效果不理想，影響發(fā)射機的性能和使用壽命。

針對上述問題，本文設計一種能夠實時監(jiān)測和控制雷達發(fā)射機工作環(huán)境溫度的測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PIC18F87K90單片機為控制器，采集雷達發(fā)射機各測溫點的溫度值，并通過RS485總線發(fā)送到雷達監(jiān)控計算機，當監(jiān)測溫度超過設定閾值時，能夠及時發(fā)出預警提示;同時在雷達監(jiān)控平臺界面上，能夠對空調系統(tǒng)的溫度進行控制，達到快速、有效降溫的目的，從而使雷達發(fā)射機工作在適宜的環(huán)境中，保證發(fā)射機的安全，延長發(fā)射機的使用壽命。

2.系統(tǒng)結構設計及系統(tǒng)工作流程

2.1 系統(tǒng)結構設計

雷達發(fā)射機溫度測控系統(tǒng)由監(jiān)控計算機、監(jiān)控測控板、溫度傳感器節(jié)點和發(fā)射機空調系統(tǒng)組成。

監(jiān)控計算機：本溫度測控平臺運行在監(jiān)控計算機上，監(jiān)控計算機通過RS485總線與監(jiān)控測控板通信，具有實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、監(jiān)控設備管理、溫度控制和報警等功能。

監(jiān)控測控板：主要集成了PIC18F87K90單片機、RS485總線接口、單總線接口、紅外發(fā)射器及相應的指示燈等。溫度傳感器集成在測溫電纜中并掛在單總線接口上，通過單總線自動搜索、定位所有在線溫度傳感器，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的傳輸和傳感器故障的自檢功能。PIC18F87K90單片機完成溫度數(shù)據(jù)采集，通過RS485將數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控計算機，同時接收來自監(jiān)控計算機的控制命令，執(zhí)行相應的操作。

溫度傳感器節(jié)點：由MCU和溫度傳感器組成，布置在發(fā)射機的工作環(huán)境中，偵測發(fā)射機組件各部位的溫度數(shù)據(jù)，通過單總線方式與監(jiān)控測控板通信。每個傳感器節(jié)點含有3個~5個數(shù)字溫度傳感器DS18B20,各個溫度傳感器之間以并聯(lián)方式通過電纜相連。測溫電纜的水平、垂直距離應控制在一定的范圍內，以達到及時監(jiān)測發(fā)射機各測溫點溫度的變化。

雷達發(fā)射機及空調系統(tǒng)：在雷達發(fā)射機方艙安裝了兩個空調設備，以便于對雷達發(fā)射組件進行降溫，把發(fā)射組件的工作控制在理想的工作環(huán)境下。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)搭建完成后，監(jiān)控測控板定時采集發(fā)射機組件各測溫點的溫度值，單片機將溫度數(shù)據(jù)按照串口通訊協(xié)議進行打包，上傳給監(jiān)控計算機;監(jiān)控計算機對數(shù)據(jù)進行解析、處理、分析，將處理后的各測溫部位的溫度值顯示在監(jiān)控界面上，同時與各部位的溫度值相比較，當連續(xù)3次都超過設定的閾值，則報警;之后通過界面上的空調溫度設置按鈕對各部位的空調設備進行溫度控制，以達到監(jiān)測和控制雷達發(fā)射機組件溫度的目的。

3.系統(tǒng)硬件設計

3.1 PIC18F87K90簡介

P I C 1 8 F 8 7 K 9 0單片機是一款低功耗工作的單片機，其最高工作頻率可以達到64MHz,內部含有豐富的Flash ROM、SRAM、E2PROM存儲資源，同時含有串口、定時器等外設資源，該芯片經(jīng)過適當外圍電路擴展，可以滿足本溫度測控系統(tǒng)的要求。如圖1:

3.2 DS18B20簡介

DS18B20芯片是DALLAS公司生產(chǎn)的一款數(shù)字式測溫傳感器，廣泛應用于各種測溫系統(tǒng)中，其分辨率可以從9-12位選擇，最高精度為±0.0625℃，測溫范圍為-55-125℃，可以采用外部供電/寄生供電，每片DS18B20有獨一無二的序列號。同時該芯片支持單總線操作技術，使得本系統(tǒng)的線路簡單、硬件開銷小、簡化系統(tǒng)的硬件設計復雜度，便于總線的擴展和維護。

3.3 硬件設計方案

本系統(tǒng)的硬件模塊包括單總線多點溫度采集模塊、單片機控制解析模塊以及紅外線遙控模塊，其硬件結構圖如圖2所示。具體功能描述如下：

(1)單總線多點溫度采集模塊

測溫電纜通過單總線接口接入監(jiān)控測控板，再通過I/0口將溫度數(shù)據(jù)送入單片機。單片機中的溫度采集模塊按照設定的溫度采樣間隔定時從單總線上采集各測溫點的溫度值，按協(xié)議方式對數(shù)據(jù)進行打包處理，再通過RS485總線上傳給監(jiān)控計算機。

(2)單片機控制解析模塊

單片機接收到來自監(jiān)控計算機的控制命令后，按照RS485通信協(xié)議進行解析，將解析出的控制命令按照紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議，打包成相應的控制命令，發(fā)給編碼和調制模塊。

(3)紅外線遙控模塊

此模塊由編碼及調制電路和紅外發(fā)光二極管組成。單片機發(fā)出的控制信號，經(jīng)編碼后，再將該編碼信號調制為38KHz的方波，然后將已調波放大，驅動紅外發(fā)光二極管，得到紅外遙控脈沖序列信號。

4.系統(tǒng)監(jiān)控平臺軟件設計

監(jiān)控平臺是用戶操作的最終界面體現(xiàn)。操作人員通過監(jiān)控平臺對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析、處理，并利用監(jiān)控平臺發(fā)出各種控制指令。監(jiān)控平臺采用客戶/服務器(B/S)方式開發(fā)，與雷達監(jiān)控的其他功能集成在一個界面上。

4.1 系統(tǒng)監(jiān)控平臺主要功能

監(jiān)控平臺的主要功能有實時監(jiān)控顯示功能、統(tǒng)計分析功能、溫度報警功能、空調溫度設置功能、采樣間隔設置功能、溫度閾值設置功能和檢測設備管理功能等。

具體功能描述如下：

(1)實時監(jiān)控顯示功能

在監(jiān)控界面上，實時顯示處理的各測溫點的溫度數(shù)據(jù)。

(2)統(tǒng)計分析功能

將采集上來的溫度數(shù)據(jù)，按照一定的方法分析、處理后，將溫度值與設置的閾值比較，統(tǒng)計連續(xù)超出閾值的次數(shù)，作為判斷是否報警的依據(jù)。

(3)溫度報警功能

當連續(xù)超出閾值次數(shù)超過3次時，在監(jiān)控界面上進行報警提示。

(4)空調溫度設置功能

操作員根據(jù)報警提示或個人經(jīng)驗，在界面上進行空調溫度設置，達到控制空調的目的。

(5)采樣間隔設定功能

在界面上進行采樣間隔設置，來控制單片機的采樣頻率。

(6)溫度閾值設置功能

根據(jù)發(fā)射機組件各溫度部位的特點，對各測溫部位分別進行溫度閾值設置。

(7)檢測設備管理功能

主要針對硬件設備進行檢測，如溫度傳感器，監(jiān)控測控板，如發(fā)生故障，在監(jiān)控界面上進行設備故障報警。

4.2 串口通信協(xié)議

串口通信用于單片機與監(jiān)控計算機通信。協(xié)議格式為：

協(xié)議字頭標志為0x5a5a5a5a,占用4個字節(jié);控制符占1個字節(jié);數(shù)據(jù)長度用來記錄數(shù)據(jù)個數(shù)，占2個字節(jié);數(shù)據(jù)段是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容;CRC校驗用來檢驗數(shù)據(jù)的正確性，占2個字節(jié);結束符表示命令結束，定義為0x16e916e9,占4個字節(jié)。

4.3 系統(tǒng)界面設計

圖3是雷達監(jiān)控平臺的主界面，該主界面的右下角為雷達發(fā)射機測控系統(tǒng)的監(jiān)控界面，其它部分為雷達另外一些監(jiān)控功能的界面。通過該界面可以看到雷達發(fā)射組件各測溫點的溫度值。若溫度超過設置的閾值會有報警提示，從而在界面上對該部位的空調溫度進行重新設置。

4.4 測試結果對比、分析

當測溫結果連續(xù)3 次超過設定的閾值時，在界面上進行報警提示，如圖4所示，此時對空調進行降溫控制，一段時間后，溫度降到閾值范圍內，報警提示消除如圖5所示。

圖4和圖5對降溫前后的溫度結果進行了對比，表明通過界面可以直觀監(jiān)控發(fā)射機組件各測溫點的溫度，同時可從界面上方便的控制各測溫點空調的溫度，起到有針對性的為發(fā)射機組件降溫的目的。

5.結束語

本文將單片機與溫度傳感器組成的測溫系統(tǒng)應用到雷達發(fā)射機組件的溫度控制中，實現(xiàn)了對雷達發(fā)射機組件各部位溫度的實時監(jiān)測與控制。監(jiān)控平臺軟件采用了模塊化、對象化和分布計算的設計方法，便于組裝、擴展，具有很高的靈活性。雷達發(fā)射機測控系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方式的非實時性、人工現(xiàn)場操作、控制不靈活等缺點，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷達發(fā)射機組件的溫度異常，方便設置空調溫度，達到快速、有效的降低發(fā)射機溫度的目的。本系統(tǒng)設計完成后，經(jīng)過兩個月的試用，運行狀況良好，達到了預期設計要求。