基于STC89C52和LabVIEW的溫濕度遠程監控系統設計

　　摘要：為了解決無(wú)法對無(wú)人升空平臺設備艙溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控的問(wèn)題，采用STC89C52單片機為控制核心，以L(fǎng)ab-VIEW為開(kāi)發(fā)平臺，提出了無(wú)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(wù)過(guò)程中無(wú)人升空平臺設備艙的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，當設備艙的溫濕度超出所許可的范圍時(shí)，系統會(huì )發(fā)出報警信息提醒操作員采取適當的措施，并能夠自動(dòng)調節艙內的溫濕度，以保證艙內任務(wù)設備時(shí)刻處于良好的工作環(huán)境，確保試驗中所采集數據的有效性。

　　0 引言

　　無(wú)人升空平臺在電子信息裝備試驗中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。在裝備試驗過(guò)程中任務(wù)設備所處環(huán)境的溫濕度是一項重要的技術(shù)參數，影響著(zhù)任務(wù)設備能否正常地進(jìn)行工作。長(cháng)期以來(lái)只能依靠地面的氣象觀(guān)測對其實(shí)施監測，無(wú)法對處在飛行狀態(tài)的無(wú)人升空平臺設備艙的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)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(wèn)題，本文設計了一種無(wú)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(jìn)行測量經(jīng)單片機計算處理并打包，通過(guò)通信模塊經(jīng)地空鏈路下傳至地面指揮方艙，再經(jīng)以太網(wǎng)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(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，一旦設備艙的溫濕度超出所許可的范圍時(shí)，監控系統會(huì )發(fā)出報警信息提醒操作人員采取適當的措施，并自動(dòng)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(wú)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(pán)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(guò)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)采集并計算出無(wú)人升空平臺設備艙的溫濕度參數，通過(guò)數碼管顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，將溫濕度數據打包傳送至通信模塊，由通信模塊通過(guò)地空鏈路下傳至地面指揮方艙再經(jīng)以太網(wǎng)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(guò)地面監控軟件對設備艙的溫濕度參數進(jìn)行實(shí)時(shí)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(pán)模塊、通信模塊和溫濕度調節系統的正常工作提供優(yōu)質(zhì)、穩定的電壓。

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　　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 溫濕度傳感器

　　溫濕度傳感器主要負責采集設備艙實(shí)時(shí)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。本系統采用1個(gè)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(mǎn)足系統的監控要求。

　　1.4 鍵盤(pán)模塊

　　鍵盤(pán)模塊為方便用戶(hù)在地面聯(lián)調時(shí)由設備操作人員手動(dòng)設置設備艙的溫濕度范圍并實(shí)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(wú)人升空平臺進(jìn)行地面調試時(shí)，對溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監視。該模塊由驅動(dòng)電路和數碼管構成，驅動(dòng)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(shí)現溫濕度數據的實(shí)時(shí)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(fā)送來(lái)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

　　當設備艙的溫濕度超出設備操作人員預先設定的范圍時(shí)溫濕度調節系統在核心控制模塊的控制下進(jìn)行工作，自動(dòng)將設備艙的溫濕度調整為許可的范圍，以確保任務(wù)設備在規定的溫濕度條件下進(jìn)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(yǔ)言編程實(shí)現各項功能。以STC89C52單片機為控制核心主要實(shí)現控制溫濕度采集與處理、數碼管顯示、鍵盤(pán)輸入、對溫濕度調節系統進(jìn)行控制以及將溫濕度數據打包以便進(jìn)行遠程無(wú)線(xiàn)傳輸。一個(gè)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(jìn)行溫度濕度參數測量，確認測量無(wú)誤后計算溫濕度值，并通過(guò)數碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)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(fā)出指令啟動(dòng)溫濕度調節系統實(shí)時(shí)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(fā)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。

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　　2.2 地面監控軟件設計

　　地面監控軟件以LabVIEW為編程環(huán)境編寫(xiě)，監控計算機通過(guò)串口實(shí)時(shí)采集并以動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)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(shí)，監控軟件中相應的報警燈會(huì )亮起，以提醒地面操作人員采取相應的措施，此時(shí)機載部分的溫濕度調節系統在核心控制模塊的控制下開(kāi)始工作，自動(dòng)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(jiǎn)便的特點(diǎn)，軟件設計界面如圖3所示。

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　　本系統利用LabVIEW 提供的Web 服務(wù)器技術(shù)，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(jìn)行遠程操作，從而實(shí)現試驗指揮人員對無(wú)人升空平臺設備艙溫濕度參數信息的實(shí)時(shí)監控。

　　3 結語(yǔ)

　　本文設計了一個(gè)基于STC89C52 單片機和Lab-VIEW 的無(wú)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(jiǎn)潔、緊湊，地面監控軟件界面設計友好易操作。在裝備試驗過(guò)程中可實(shí)現對無(wú)人升空平臺設備艙溫濕度進(jìn)行不間斷的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)遠程監控，有助于提高試驗中所采集數據的有效性。