基于PIC單片機串行輪詢通信的相控陣雷達發射機監控設計

夏光濱　方勇　趙偉東

摘 要：相控陣雷達發射機長時間工作后，經常出現個別功率放大模塊和線纜老化，輻射方向圖和波束指向均會發生偏移，進而對精度和探測范圍產生影響。該文介紹了相控陣雷達發射的基本原理，討論了應用PIC單片機與發射模塊傳感器串行輪詢通信的優點和監控系統通信設計過程，使用低成本的有效、可靠方法實現了相控陣雷達發射機全部功率放大模塊的有效實時監控，從而降低相控陣雷達檢修維護的難度。

關鍵詞：相控陣 發射機 監控設計 單片機 串行輪詢

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（b）-0074-02

Abstract：Ageing of the power amplifier modules or cables will make accuracy of the phased array radar reduced. The paper demonstrates the theory of the phased array radar transmitter，analyzes the merits of the PIC microcontroller serial alternation communication and the process of communication，actualizes the monitor of phased array radar transmitter reliably in a low-cost method.

Key Words：Phased array； Transmitter； Design of monitor； Microcontroller；Alternation communication

1 相控陣雷達發射原理

相控陣雷達即相位控制電子掃描陣列雷達，其快速而精確轉換波束的能力使雷達能夠在1 min內完成全空域的掃描。所謂相控陣雷達是由大量相同的輻射單元組成的雷達面陣，每個輻射單元在相位和幅度上獨立受波控和移相器控制，能得到精確可預測的輻射方向圖和波束指向。雷達工作時發射機通過饋線網絡將功率分配到每個天線單元，通過大量獨立的天線單元將能量輻射出去并在空間進行功率合成，形成需要的波束指向。

相控陣雷達的發射系統由數十至上百塊功率放大模塊組成，通過相控陣天線采用集中式發射，集中向天線面陣饋電并通過移相控制波束方向，發射饋線損耗較大，同時放大模塊故障率較高。相控陣發射機長時間工作后，經常出現個別功率放大模塊和線纜老化情況，雖然不會使雷達整體停止工作，但輻射方向圖和波束指向均會發生偏移，進而對雷達精度和探測范圍產生影響，亟需低成本的有效、可靠方法實現發射機全部功率放大模塊的有效實時監控，從而降低相控陣雷達檢修維護的難度。

2 PIC單片機與傳感器串行組網

發射機功率放大模塊內置傳感器，可以直接監控是否在發射端口實際產生了電磁脈沖。發射模塊傳感器通信信號簡單，除故障信號電平外只提供脈沖是否達到門限值的0/1信號。傳感器具有RS232C電平串行數字通信功能，免去了傳統模擬量監測時大量的模/數轉換器件。由于傳感器數量眾多，串行輪詢通信網絡又極大地減少了線纜鋪設數量，數字信號的傳輸同時可避免模擬信號的線纜內部衰減和干擾問題。

3 PIC單片機串行輪詢通信

PIC單片機網絡采用串行輪詢通信主從通信模式，波特率9 600bit，8位數據位，1位起始位，1位停止位，無校驗。PIC單片機設計為主站，包含發送請求信號、接收信號、邏輯判斷和非正常狀態字上傳工控機的功能。全部內置傳感器為從站，只在接收到主站通信請求后發送狀態數據。PIC單片機主站可通過設計程序響應中斷，進而通過中斷程序控制整個串行輪詢通信過程。對不同編號的內置傳感器產生的中斷賦予不同編號，利用PIC單片機與非邏輯程序語句完成感應器傳回的狀態字判讀工作，并將非正常狀態字上傳工控計算機，最終實現雷達發射機的整體監控。

4 PIC單片機與工控機的通信

將PIC單片機其中一個通用串行通信接口設置為全雙工異步串行通信模式。為了把單片機的RC6和RC7分別設置為串行接口發送/時鐘線和接收/數據線，首先應當把SPEN位和方向存儲器TRISC的D7：D6置1。[1]向波特率寄存器寫入預定的數值并同時產生單片機定時器復位清零的效果，單片機初始化時對該非同步通信端口執行初始化程序：

BSF STATUS，RP1；程序指針指向數據存儲器

MOVWF SPBRG；設置傳輸波特率

CLRF RCSTA；接收控制和狀態寄存器清零

BSF RCSTA，SPEN；允許使用串口

CLRF PIR1；清除中斷標志

CLRF TXSTA；發送控制和狀態寄存器清零

BSF TXSTA，BRGH；設置為異步傳輸

BSF TXSTA，TXEN；發送允許開始

BSF RCSTA，CREN；接收允許開始

當工控機與單片機系統通信時，單片機數據存儲器內的數據格式是十六進制，[1]向工控機傳輸的是十六進制數的ASCII碼的二進制形式。雷達工控機使用windows系統，串口接收使用ANSI碼，而ANSI碼僅前126個與ASCII碼相同。所以，設計中斷編碼時，必須考慮編碼規則使字符長度滿足要求。

5 結語

由于不同型號雷達發射模塊出廠內置的傳感器不盡相同，在監控設計過程中必須充分考慮傳感器的通信性能，尤其要注意傳感器對傳輸速率、信息位個數、校驗位的要求。[2]在單片機中斷響應設計時，也要對傳感器的通信響應時間進行充分實驗，否則容易引起輪詢沖突，使監控系統不定期失效。另外，RS232C通信協議要求傳輸距離最好不超過20m，如確實需要較長通信傳輸距離，建議設計RS485接口的監控系統。[3]

參考文獻

[1] 周杰，張銀勝，劉金濤，等.PIC單片機原理及系統設計[M].氣象出版社，2008：227-229.

[2] 趙雅興.PSpice與電子器件模型[M].北京郵電大學出版社，2006：315-317.

[3] 雷震甲.網絡工程師教程[M].清華大學出版社，2009：570-572.