雷達發(fā)射機溫度測控系統的設計與實(shí)現

本文詳細介紹系統體系結構，軟硬件設計方案及監控平臺設計。實(shí)踐證明，該系統具有穩定性高，測溫及時(shí)、準確，低功耗低成本等特點(diǎn)，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(diǎn)。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，在雷達系統中，普遍采用空調系統對雷達發(fā)射機組件進(jìn)行溫度調節，而空調系統只能按照常規固有模式運行，不能根據季節環(huán)境溫度以及發(fā)射機工作過(guò)程中溫度的變化進(jìn)行智能調節，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(wèn)題，本文設計一種能夠實(shí)時(shí)監測和控制雷達發(fā)射機工作環(huán)境溫度的測控系統。該系統以PIC18F87K90單片機為控制器，采集雷達發(fā)射機各測溫點(diǎn)的溫度值，并通過(guò)RS485總線(xiàn)發(fā)送到雷達監控計算機，當監測溫度超過(guò)設定閾值時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出預警提示;同時(shí)在雷達監控平臺界面上，能夠對空調系統的溫度進(jìn)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(cháng)發(fā)射機的使用壽命。

2.系統結構設計及系統工作流程

2.1 系統結構設計

雷達發(fā)射機溫度測控系統由監控計算機、監控測控板、溫度傳感器節點(diǎn)和發(fā)射機空調系統組成。

監控計算機：本溫度測控平臺運行在監控計算機上，監控計算機通過(guò)RS485總線(xiàn)與監控測控板通信，具有實(shí)時(shí)監控、數據統計分析、監控設備管理、溫度控制和報警等功能。

監控測控板：主要集成了PIC18F87K90單片機、RS485總線(xiàn)接口、單總線(xiàn)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(xiàn)接口上，通過(guò)單總線(xiàn)自動(dòng)搜索、定位所有在線(xiàn)溫度傳感器，實(shí)現對溫度數據的傳輸和傳感器故障的自檢功能。PIC18F87K90單片機完成溫度數據采集，通過(guò)RS485將數據上傳給監控計算機，同時(shí)接收來(lái)自監控計算機的控制命令，執行相應的操作。

溫度傳感器節點(diǎn)：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據，通過(guò)單總線(xiàn)方式與監控測控板通信。每個(gè)傳感器節點(diǎn)含有3個(gè)~5個(gè)數字溫度傳感器DS18B20,各個(gè)溫度傳感器之間以并聯(lián)方式通過(guò)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(shí)監測發(fā)射機各測溫點(diǎn)溫度的變化。

雷達發(fā)射機及空調系統：在雷達發(fā)射機方艙安裝了兩個(gè)空調設備，以便于對雷達發(fā)射組件進(jìn)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 系統工作流程

系統搭建完成后，監控測控板定時(shí)采集發(fā)射機組件各測溫點(diǎn)的溫度值，單片機將溫度數據按照串口通訊協(xié)議進(jìn)行打包，上傳給監控計算機;監控計算機對數據進(jìn)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控界面上，同時(shí)與各部位的溫度值相比較，當連續3次都超過(guò)設定的閾值，則報警;之后通過(guò)界面上的空調溫度設置按鈕對各部位的空調設備進(jìn)行溫度控制，以達到監測和控制雷達發(fā)射機組件溫度的目的。

3.系統硬件設計

3.1 PIC18F87K90簡(jiǎn)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(shí)含有串口、定時(shí)器等外設資源，該芯片經(jīng)過(guò)適當外圍電路擴展，可以滿(mǎn)足本溫度測控系統的要求。如圖1:

3.2 DS18B20簡(jiǎn)介

DS18B20芯片是DALLAS公司生產(chǎn)的一款數字式測溫傳感器，廣泛應用于各種測溫系統中，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(wú)二的序列號。同時(shí)該芯片支持單總線(xiàn)操作技術(shù)，使得本系統的線(xiàn)路簡(jiǎn)單、硬件開(kāi)銷(xiāo)小、簡(jiǎn)化系統的硬件設計復雜度，便于總線(xiàn)的擴展和維護。

3.3 硬件設計方案

本系統的硬件模塊包括單總線(xiàn)多點(diǎn)溫度采集模塊、單片機控制解析模塊以及紅外線(xiàn)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(xiàn)多點(diǎn)溫度采集模塊

測溫電纜通過(guò)單總線(xiàn)接口接入監控測控板，再通過(guò)I/0口將溫度數據送入單片機。單片機中的溫度采集模塊按照設定的溫度采樣間隔定時(shí)從單總線(xiàn)上采集各測溫點(diǎn)的溫度值，按協(xié)議方式對數據進(jìn)行打包處理，再通過(guò)RS485總線(xiàn)上傳給監控計算機。

(2)單片機控制解析模塊

單片機接收到來(lái)自監控計算機的控制命令后，按照RS485通信協(xié)議進(jìn)行解析，將解析出的控制命令按照紅外數據通信協(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(xiàn)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(dòng)紅外發(fā)光二極管，得到紅外遙控脈沖序列信號。

4.系統監控平臺軟件設計

監控平臺是用戶(hù)操作的最終界面體現。操作人員通過(guò)監控平臺對監控數據進(jìn)行分析、處理，并利用監控平臺發(fā)出各種控制指令。監控平臺采用客戶(hù)/服務(wù)器(B/S)方式開(kāi)發(fā)，與雷達監控的其他功能集成在一個(gè)界面上。

4.1 系統監控平臺主要功能

監控平臺的主要功能有實(shí)時(shí)監控顯示功能、統計分析功能、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(shí)時(shí)監控顯示功能

在監控界面上，實(shí)時(shí)顯示處理的各測溫點(diǎn)的溫度數據。

(2)統計分析功能

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

(3)溫度報警功能

當連續超出閾值次數超過(guò)3次時(shí)，在監控界面上進(jìn)行報警提示。

(4)空調溫度設置功能

操作員根據報警提示或個(gè)人經(jīng)驗，在界面上進(jìn)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(jìn)行采樣間隔設置，來(lái)控制單片機的采樣頻率。

(6)溫度閾值設置功能

根據發(fā)射機組件各溫度部位的特點(diǎn)，對各測溫部位分別進(jìn)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(jìn)行檢測，如溫度傳感器，監控測控板，如發(fā)生故障，在監控界面上進(jìn)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(gè)字節;控制符占1個(gè)字節;數據長(cháng)度用來(lái)記錄數據個(gè)數，占2個(gè)字節;數據段是傳輸的數據內容;CRC校驗用來(lái)檢驗數據的正確性，占2個(gè)字節;結束符表示命令結束，定義為0x16e916e9,占4個(gè)字節。

4.3 系統界面設計

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

4.4 測試結果對比、分析

當測溫結果連續3 次超過(guò)設定的閾值時(shí)，在界面上進(jìn)行報警提示，如圖4所示，此時(shí)對空調進(jìn)行降溫控制，一段時(shí)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(jìn)行了對比，表明通過(guò)界面可以直觀(guān)監控發(fā)射機組件各測溫點(diǎn)的溫度，同時(shí)可從界面上方便的控制各測溫點(diǎn)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(yǔ)

本文將單片機與溫度傳感器組成的測溫系統應用到雷達發(fā)射機組件的溫度控制中，實(shí)現了對雷達發(fā)射機組件各部位溫度的實(shí)時(shí)監測與控制。監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)射機測控系統解決了傳統監控方式的非實(shí)時(shí)性、人工現場(chǎng)操作、控制不靈活等缺點(diǎn)，能夠及時(shí)發(fā)現雷達發(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。本系統設計完成后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的試用，運行狀況良好，達到了預期設計要求。