基于STC89C52和LabVIEW的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：為了解決無法對(duì)無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，以Lab-VIEW為開發(fā)平臺(tái)，提出了無人升空平臺(tái)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)可以對(duì)飛行任務(wù)過程中無人升空平臺(tái)設(shè)備艙的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備艙的溫濕度超出所許可的范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息提醒操作員采取適當(dāng)?shù)拇胧⒛軌蜃詣?dòng)調(diào)節(jié)艙內(nèi)的溫濕度，以保證艙內(nèi)任務(wù)設(shè)備時(shí)刻處于良好的工作環(huán)境，確保試驗(yàn)中所采集數(shù)據(jù)的有效性。

　　0 引言

　　無人升空平臺(tái)在電子信息裝備試驗(yàn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在裝備試驗(yàn)過程中任務(wù)設(shè)備所處環(huán)境的溫濕度是一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，影響著任務(wù)設(shè)備能否正常地進(jìn)行工作。長期以來只能依靠地面的氣象觀測對(duì)其實(shí)施監(jiān)測，無法對(duì)處在飛行狀態(tài)的無人升空平臺(tái)設(shè)備艙的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)而有效的監(jiān)控，從而很難保證每次試驗(yàn)中所采集數(shù)據(jù)的有效性。

　　為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，由溫濕度傳感器對(duì)設(shè)備艙的溫濕度進(jìn)行測量經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理并打包，通過通信模塊經(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(shè)備操作人員利用監(jiān)控軟件對(duì)設(shè)備艙的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，一旦設(shè)備艙的溫濕度超出所許可的范圍時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息提醒操作人員采取適當(dāng)?shù)拇胧?，并自?dòng)調(diào)節(jié)艙內(nèi)的溫濕度至正常的范圍之內(nèi)，以確保所采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)

　　無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可分為機(jī)載和地面兩部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)載部分主要由電源模塊、核心控制模塊、溫濕度傳感器、數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤模塊、溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(jiān)控軟件所構(gòu)成。在本系統(tǒng)中，核心控制模塊通過溫濕度傳感器實(shí)時(shí)采集并計(jì)算出無人升空平臺(tái)設(shè)備艙的溫濕度參數(shù)，通過數(shù)碼管顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，將溫濕度數(shù)據(jù)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(jīng)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)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(jiān)控軟件對(duì)設(shè)備艙的溫濕度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

　　1.1 電源模塊

　　電源模塊為機(jī)載部分的核心控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤模塊、通信模塊和溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電壓。

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　　1.2 核心控制模塊

　　系統(tǒng)機(jī)載部分的核心控制模塊采用STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)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(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器，使得STC89C52可以為本系統(tǒng)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(fù)責(zé)采集設(shè)備艙實(shí)時(shí)變化的溫濕度物理數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳感器的性能直接決定了監(jiān)控系統(tǒng)的精度、靈敏度和測量范圍。本系統(tǒng)采用1個(gè)SHT10數(shù)字溫濕度傳感器，其主要性能指標(biāo)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(tǒng)的監(jiān)控要求。

　　1.4 鍵盤模塊

　　鍵盤模塊為方便用戶在地面聯(lián)調(diào)時(shí)由設(shè)備操作人員手動(dòng)設(shè)置設(shè)備艙的溫濕度范圍并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢、復(fù)位等功能。

　　1.5 數(shù)碼管顯示模塊

　　數(shù)碼管顯示模塊主要用于對(duì)設(shè)備艙的溫濕度參數(shù)的顯示，可以方便操作人員在對(duì)無人升空平臺(tái)進(jìn)行地面調(diào)試時(shí)，對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視。該模塊由驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼管構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路完成溫濕度數(shù)據(jù)的鎖存和數(shù)碼管的段選和位選，數(shù)碼管用于實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信的接口，負(fù)責(zé)將核心控制模塊打包發(fā)送來的溫濕度數(shù)據(jù)傳遞至地空鏈路，還負(fù)責(zé)將地面監(jiān)控軟件的控制指令傳遞給核心控制模塊。

　　1.7 溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　當(dāng)設(shè)備艙的溫濕度超出設(shè)備操作人員預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在核心控制模塊的控制下進(jìn)行工作，自動(dòng)將設(shè)備艙的溫濕度調(diào)整為許可的范圍，以確保任務(wù)設(shè)備在規(guī)定的溫濕度條件下進(jìn)行工作。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 機(jī)載核心控制模塊軟件設(shè)計(jì)

　　機(jī)載核心控制模塊軟件運(yùn)行流程如圖2所示，軟件采用C語言編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。以STC89C52單片機(jī)為控制核心主要實(shí)現(xiàn)控制溫濕度采集與處理、數(shù)碼管顯示、鍵盤輸入、對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行控制以及將溫濕度數(shù)據(jù)打包以便進(jìn)行遠(yuǎn)程無線傳輸。一個(gè)完整的工作流程如下：當(dāng)系統(tǒng)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(yù)先設(shè)置的溫濕度參數(shù)范圍，然后進(jìn)行溫度濕度參數(shù)測量，確認(rèn)測量無誤后計(jì)算溫濕度值，并通過數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。若設(shè)備艙的溫濕度值超出地面操作人員所設(shè)定的范圍，由核心控制模塊發(fā)出指令啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備艙的溫濕度直至到所許可的范圍之內(nèi)。最后核心控制模塊將所測量的設(shè)備艙溫濕度值保存并發(fā)送至緩沖區(qū)，由通信模塊將數(shù)據(jù)傳遞給地空鏈路再傳輸?shù)降孛嬷笓]方艙。

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　　2.2 地面監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

　　地面監(jiān)控軟件以LabVIEW為編程環(huán)境編寫，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過串口實(shí)時(shí)采集并以動(dòng)態(tài)曲線的方式顯示由地空鏈路下傳的溫濕度數(shù)據(jù)。一旦設(shè)備艙的溫度或濕度值超出地面操作人員所設(shè)定的溫濕度的范圍時(shí)，監(jiān)控軟件中相應(yīng)的報(bào)警燈會(huì)亮起，以提醒地面操作人員采取相應(yīng)的措施，此時(shí)機(jī)載部分的溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在核心控制模塊的控制下開始工作，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備艙內(nèi)的溫濕度直至到所許可的范圍之內(nèi)。該監(jiān)控軟件具有界面設(shè)計(jì)友好，操作簡便的特點(diǎn)，軟件設(shè)計(jì)界面如圖3所示。

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　　本系統(tǒng)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(jì)算機(jī)上，在指揮所計(jì)算機(jī)取得控制權(quán)后，操作人員就可以在指揮所對(duì)監(jiān)控軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)指揮人員對(duì)無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度參數(shù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　3 結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STC89C52 單片機(jī)和Lab-VIEW 的無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件組成簡潔、緊湊，地面監(jiān)控軟件界面設(shè)計(jì)友好易操作。在裝備試驗(yàn)過程中可實(shí)現(xiàn)對(duì)無人升空平臺(tái)設(shè)備艙溫濕度進(jìn)行不間斷的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控，有助于提高試驗(yàn)中所采集數(shù)據(jù)的有效性。