無人升空平臺溫濕度遠程監控系統設計

摘 要： 為了解決無法對無人升空平臺設備艙溫濕度進行實時監控的問題，采用STC89C52單片機為控制核心，以LabVIEW為開發平臺，提出了無人升空平臺溫濕度遠程監控系統的設計方案。該系統可以對飛行任務過程中無人升空平臺設備艙的溫濕度進行實時的監控，當設備艙的溫濕度超出所許可的范圍時，系統會發出報警信息提醒操作員采取適當的措施，并能夠自動調節艙內的溫濕度，以保證艙內任務設備時刻處于良好的工作環境，確保試驗中所采集數據的有效性。

關鍵詞： LabVIEW； 溫濕度監控； 無人升空平臺； 遠程監控

中圖分類號： TN06?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）11?0103?03

0 引 言

無人升空平臺在電子信息裝備試驗中發揮著越來越重要的作用。在裝備試驗過程中任務設備所處環境的溫濕度是一項重要的技術參數，影響著任務設備能否正常地進行工作。長期以來只能依靠地面的氣象觀測對其實施監測，無法對處在飛行狀態的無人升空平臺設備艙的溫濕度進行實時而有效的監控，從而很難保證每次試驗中所采集數據的有效性。

為了解決上述問題，本文設計了一種無人升空平臺設備艙溫濕度遠程監控系統，由溫濕度傳感器對設備艙的溫濕度進行測量經單片機計算處理并打包，通過通信模塊經地空鏈路下傳至地面指揮方艙，再經以太網傳至指揮所。設備操作人員利用監控軟件對設備艙的溫濕度進行實時的監控，一旦設備艙的溫濕度超出所許可的范圍時，監控系統會發出報警信息提醒操作人員采取適當的措施，并自動調節艙內的溫濕度至正常的范圍之內，以確保所采集試驗數據的有效性。

1 系統結構及總體設計

無人升空平臺設備艙溫濕度遠程監控系統可分為機載和地面兩部分，系統總體結構如圖1所示。機載部分主要由電源模塊、核心控制模塊、溫濕度傳感器、數碼管顯示模塊、鍵盤模塊、溫濕度調節系統及通信模塊組成，地面部分由安裝在地面指揮方艙和指揮所中的監控軟件所構成。在本系統中，核心控制模塊通過溫濕度傳感器實時采集并計算出無人升空平臺設備艙的溫濕度參數，通過數碼管顯示模塊進行實時顯示，將溫濕度數據打包傳送至通信模塊，由通信模塊通過地空鏈路下傳至地面指揮方艙再經以太網將數據傳送至指揮所，最終由操作人員在地面指揮方艙和指揮所通過地面監控軟件對設備艙的溫濕度參數進行實時的監控。

1.1 電源模塊

電源模塊為機載部分的核心控制模塊、數碼管顯示模塊、鍵盤模塊、通信模塊和溫濕度調節系統的正常工作提供優質、穩定的電壓。

1.2 核心控制模塊

系統機載部分的核心控制模塊采用STC89C52單片機。STC89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，擁有靈巧的8位CPU和8 KB在系統可編程FLASH存儲器，使得STC89C52可以為本系統的核心控制提供高靈活、超有效的解決方案[1?3]。

1.3 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器主要負責采集設備艙實時變化的溫濕度物理數據，并將其轉換為電信號，傳感器的性能直接決定了監控系統的精度、靈敏度和測量范圍[4?6]。本系統采用1個SHT10數字溫濕度傳感器，其主要性能指標如下：濕度測量范圍：0～100% RH；溫度測量范圍：-40～123.8 ℃；濕度測量精度：±4.5% RH；溫度測量精度：±0.5 ℃；低功耗為80 μW，滿足系統的監控要求。

1.4 鍵盤模塊

鍵盤模塊為方便用戶在地面聯調時由設備操作人員手動設置設備艙的溫濕度范圍并實現系統自檢、復位等功能。

1.5 數碼管顯示模塊

數碼管顯示模塊主要用于對設備艙的溫濕度參數的顯示，可以方便操作人員在對無人升空平臺進行地面調試時，對溫濕度進行實時的監視。該模塊由驅動電路和數碼管構成，驅動電路完成溫濕度數據的鎖存和數碼管的段選和位選，數碼管用于實現溫濕度數據的實時顯示。

1.6 通信模塊

通信模塊是核心控制模塊與地空鏈路之間數據通信的接口，負責將核心控制模塊打包發送來的溫濕度數據傳遞至地空鏈路，還負責將地面監控軟件的控制指令傳遞給核心控制模塊。

1.7 溫濕度調節系統[7?9]

當設備艙的溫濕度超出設備操作人員預先設定的范圍時溫濕度調節系統在核心控制模塊的控制下進行工作，自動將設備艙的溫濕度調整為許可的范圍，以確保任務設備在規定的溫濕度條件下進行工作。

2 系統軟件設計

2.1 機載核心控制模塊軟件設計

機載核心控制模塊軟件運行流程如圖2所示，軟件采用C語言編程實現各項功能。以STC89C52單片機為控制核心主要實現控制溫濕度采集與處理、數碼管顯示、鍵盤輸入、對溫濕度調節系統進行控制以及將溫濕度數據打包以便進行遠程無線傳輸。一個完整的工作流程如下：當系統初始化后，核心控制模塊讀取由地空鏈路上傳或由地面操作人員預先設置的溫濕度參數范圍，然后進行溫度濕度參數測量，確認測量無誤后計算溫濕度值，并通過數碼管進行實時顯示。若設備艙的溫濕度值超出地面操作人員所設定的范圍，由核心控制模塊發出指令啟動溫濕度調節系統實時調節設備艙的溫濕度直至到所許可的范圍之內。最后核心控制模塊將所測量的設備艙溫濕度值保存并發送至緩沖區，由通信模塊將數據傳遞給地空鏈路再傳輸到地面指揮方艙。

2.2 地面監控軟件設計

地面監控軟件以LabVIEW為編程環境編寫[10]，監控計算機通過串口實時采集并以動態曲線的方式顯示由地空鏈路下傳的溫濕度數據。一旦設備艙的溫度或濕度值超出地面操作人員所設定的溫濕度的范圍時，監控軟件中相應的報警燈會亮起，以提醒地面操作人員采取相應的措施，此時機載部分的溫濕度調節系統在核心控制模塊的控制下開始工作，自動調節設備艙內的溫濕度直至到所許可的范圍之內。該監控軟件具有界面設計友好，操作簡便的特點，軟件設計界面如圖3所示。

圖3 地面監控軟件界面

本系統利用LabVIEW提供的Web服務器技術，將地面指揮方艙VI程序前面板移植到指揮所計算機上，在指揮所計算機取得控制權后，操作人員就可以在指揮所對監控軟件進行遠程操作，從而實現試驗指揮人員對無人升空平臺設備艙溫濕度參數信息的實時監控。

3 結 語

本文設計了一個基于STC89C52單片機和LabVIEW的無人升空平臺設備艙溫濕度遠程監控系統。該系統硬件組成簡潔、緊湊，地面監控軟件界面設計友好易操作。在裝備試驗過程中可實現對無人升空平臺設備艙溫濕度進行不間斷的實時動態遠程監控，有助于提高試驗中所采集數據的有效性。

參考文獻

[1] 杜豫平.基于51單片機的溫濕度檢測設計[J].電子世界，2011（12）：64?65.

[2] 趙龍，郝潤科.基于單片機的數字式智能飲水機設計[J].現代電子技術，2012，35（17）：112?115.

[3] 蔣正金.基于單片機的無線溫濕度采集與控制系統[J].現代電子技術，2012，35（17）：126?129

[4] 樓智翔，沈浩，孫杰.基于ARM的振動及溫濕度監測系統的設計[J].工業控制計算機，2011（4）：41?44.

[5] 莊華勇.基于無線傳感器網絡技術的高速動車組車內溫濕度監測系統[D].成都：西南交通大學，2010.

[6] 周磊.基于GSM的溫濕度環境參數遠程無線監控系統研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2010.

[7] 李曉偉.基于嵌入式系統技術的溫濕度檢測系統設計[D].大連：大連理工大學，2012.

[8] 夏如孝，肖文波，張馨心.溫濕度實時采集與無線傳輸系統的研究[J].現代電子技術，2012，35（9）：157?158.

[9] 邵祥兵，溫秀蘭，朱佳，等.電力線傳輸網絡型溫濕度監測系統軟件設計[J].計量與測試技術，2011，38（11）：47?48.

[10] 倪自強，解強，姜波.LabVIEW環境下溫濕度監控系統實現[J].電子元器件應用，2009（2）：32?34.