本文詳細介紹系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，軟硬件設(shè)計方案及監(jiān)控平臺設(shè)計。實踐證明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高，測溫及時、準確，低功耗低成本等特點，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。有資料表明，在全固態(tài)雷達發(fā)射機中，功率晶體管的結(jié)溫每增加10℃，發(fā)射機的可靠性就下降60%.當前，在雷達系統(tǒng)中，普遍采用空調(diào)系統(tǒng)對雷達發(fā)射機組件進行溫度調(diào)節(jié)，而空調(diào)系統(tǒng)只能按照常規(guī)固有模式運行，不能根據(jù)季節(jié)環(huán)境溫度以及發(fā)射機工作過程中溫度的變化進行智能調(diào)節(jié)，將發(fā)射機溫度控制在合理的范圍內(nèi)，造成降溫效果不理想，影響發(fā)射機的性能和使用壽命。

針對上述問題，本文設(shè)計一種能夠?qū)崟r監(jiān)測和控制雷達發(fā)射機工作環(huán)境溫度的測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PIC18F87K90單片機為控制器，采集雷達發(fā)射機各測溫點的溫度值，并通過RS485總線發(fā)送到雷達監(jiān)控計算機，當監(jiān)測溫度超過設(shè)定閾值時，能夠及時發(fā)出預警提示;同時在雷達監(jiān)控平臺界面上，能夠?qū)照{(diào)系統(tǒng)的溫度進行控制，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，延長發(fā)射機的使用壽命。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及系統(tǒng)工作流程

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

雷達發(fā)射機溫度測控系統(tǒng)由監(jiān)控計算機、監(jiān)控測控板、溫度傳感器節(jié)點和發(fā)射機空調(diào)系統(tǒng)組成。

監(jiān)控計算機：本溫度測控平臺運行在監(jiān)控計算機上，監(jiān)控計算機通過RS485總線與監(jiān)控測控板通信，具有實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、監(jiān)控設(shè)備管理、溫度控制和報警等功能。

監(jiān)控測控板：主要集成了PIC18F87K90單片機、RS485總線接口、單總線接口、紅外發(fā)射器及相應(yīng)的指示燈等。溫度傳感器集成在測溫電纜中并掛在單總線接口上，通過單總線自動搜索、定位所有在線溫度傳感器，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的傳輸和傳感器故障的自檢功能。PIC18F87K90單片機完成溫度數(shù)據(jù)采集，通過RS485將數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控計算機，同時接收來自監(jiān)控計算機的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。

溫度傳感器節(jié)點：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(shù)據(jù)，通過單總線方式與監(jiān)控測控板通信。每個傳感器節(jié)點含有3個~5個數(shù)字溫度傳感器DS18B20,各個溫度傳感器之間以并聯(lián)方式通過電纜相連。測溫電纜的水平、垂直距離應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，以達到及時監(jiān)測發(fā)射機各測溫點溫度的變化。

雷達發(fā)射機及空調(diào)系統(tǒng)：在雷達發(fā)射機方艙安裝了兩個空調(diào)設(shè)備，以便于對雷達發(fā)射組件進行降溫，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(tǒng)工作流程

系統(tǒng)搭建完成后，監(jiān)控測控板定時采集發(fā)射機組件各測溫點的溫度值，單片機將溫度數(shù)據(jù)按照串口通訊協(xié)議進行打包，上傳給監(jiān)控計算機;監(jiān)控計算機對數(shù)據(jù)進行解析、處理、分析，將處理后的各測溫部位的溫度值顯示在監(jiān)控界面上，同時與各部位的溫度值相比較，當連續(xù)3次都超過設(shè)定的閾值，則報警;之后通過界面上的空調(diào)溫度設(shè)置按鈕對各部位的空調(diào)設(shè)備進行溫度控制，以達到監(jiān)測和控制雷達發(fā)射機組件溫度的目的。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 PIC18F87K90簡介

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(nèi)部含有豐富的Flash ROM、SRAM、E2PROM存儲資源，同時含有串口、定時器等外設(shè)資源，該芯片經(jīng)過適當外圍電路擴展，可以滿足本溫度測控系統(tǒng)的要求。如圖1:

3.2 DS18B20簡介

DS18B20芯片是DALLAS公司生產(chǎn)的一款數(shù)字式測溫傳感器，廣泛應(yīng)用于各種測溫系統(tǒng)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有獨一無二的序列號。同時該芯片支持單總線操作技術(shù)，使得本系統(tǒng)的線路簡單、硬件開銷小、簡化系統(tǒng)的硬件設(shè)計復雜度，便于總線的擴展和維護。

3.3 硬件設(shè)計方案

本系統(tǒng)的硬件模塊包括單總線多點溫度采集模塊、單片機控制解析模塊以及紅外線遙控模塊，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。具體功能描述如下：

(1)單總線多點溫度采集模塊

測溫電纜通過單總線接口接入監(jiān)控測控板，再通過I/0口將溫度數(shù)據(jù)送入單片機。單片機中的溫度采集模塊按照設(shè)定的溫度采樣間隔定時從單總線上采集各測溫點的溫度值，按協(xié)議方式對數(shù)據(jù)進行打包處理，再通過RS485總線上傳給監(jiān)控計算機。

(2)單片機控制解析模塊

單片機接收到來自監(jiān)控計算機的控制命令后，按照RS485通信協(xié)議進行解析，將解析出的控制命令按照紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議，打包成相應(yīng)的控制命令，發(fā)給編碼和調(diào)制模塊。

(3)紅外線遙控模塊

此模塊由編碼及調(diào)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(diào)制為38KHz的方波，然后將已調(diào)波放大，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，得到紅外遙控脈沖序列信號。

4.系統(tǒng)監(jiān)控平臺軟件設(shè)計

監(jiān)控平臺是用戶操作的最終界面體現(xiàn)。操作人員通過監(jiān)控平臺對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析、處理，并利用監(jiān)控平臺發(fā)出各種控制指令。監(jiān)控平臺采用客戶/服務(wù)器(B/S)方式開發(fā)，與雷達監(jiān)控的其他功能集成在一個界面上。

4.1 系統(tǒng)監(jiān)控平臺主要功能

監(jiān)控平臺的主要功能有實時監(jiān)控顯示功能、統(tǒng)計分析功能、溫度報警功能、空調(diào)溫度設(shè)置功能、采樣間隔設(shè)置功能、溫度閾值設(shè)置功能和檢測設(shè)備管理功能等。

具體功能描述如下：

(1)實時監(jiān)控顯示功能

在監(jiān)控界面上，實時顯示處理的各測溫點的溫度數(shù)據(jù)。

(2)統(tǒng)計分析功能

將采集上來的溫度數(shù)據(jù)，按照一定的方法分析、處理后，將溫度值與設(shè)置的閾值比較，統(tǒng)計連續(xù)超出閾值的次數(shù)，作為判斷是否報警的依據(jù)。

(3)溫度報警功能

當連續(xù)超出閾值次數(shù)超過3次時，在監(jiān)控界面上進行報警提示。

(4)空調(diào)溫度設(shè)置功能

操作員根據(jù)報警提示或個人經(jīng)驗，在界面上進行空調(diào)溫度設(shè)置，達到控制空調(diào)的目的。

(5)采樣間隔設(shè)定功能

在界面上進行采樣間隔設(shè)置，來控制單片機的采樣頻率。

(6)溫度閾值設(shè)置功能

根據(jù)發(fā)射機組件各溫度部位的特點，對各測溫部位分別進行溫度閾值設(shè)置。

(7)檢測設(shè)備管理功能

主要針對硬件設(shè)備進行檢測，如溫度傳感器，監(jiān)控測控板，如發(fā)生故障，在監(jiān)控界面上進行設(shè)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(jiān)控計算機通信。協(xié)議格式為：

協(xié)議字頭標志為0x5a5a5a5a,占用4個字節(jié);控制符占1個字節(jié);數(shù)據(jù)長度用來記錄數(shù)據(jù)個數(shù)，占2個字節(jié);數(shù)據(jù)段是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容;CRC校驗用來檢驗數(shù)據(jù)的正確性，占2個字節(jié);結(jié)束符表示命令結(jié)束，定義為0x16e916e9,占4個字節(jié)。

4.3 系統(tǒng)界面設(shè)計

圖3是雷達監(jiān)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(tǒng)的監(jiān)控界面，其它部分為雷達另外一些監(jiān)控功能的界面。通過該界面可以看到雷達發(fā)射組件各測溫點的溫度值。若溫度超過設(shè)置的閾值會有報警提示，從而在界面上對該部位的空調(diào)溫度進行重新設(shè)置。

4.4 測試結(jié)果對比、分析

當測溫結(jié)果連續(xù)3 次超過設(shè)定的閾值時，在界面上進行報警提示，如圖4所示，此時對空調(diào)進行降溫控制，一段時間后，溫度降到閾值范圍內(nèi)，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(jié)果進行了對比，表明通過界面可以直觀監(jiān)控發(fā)射機組件各測溫點的溫度，同時可從界面上方便的控制各測溫點空調(diào)的溫度，起到有針對性的為發(fā)射機組件降溫的目的。

5.結(jié)束語

本文將單片機與溫度傳感器組成的測溫系統(tǒng)應(yīng)用到雷達發(fā)射機組件的溫度控制中，實現(xiàn)了對雷達發(fā)射機組件各部位溫度的實時監(jiān)測與控制。監(jiān)控平臺軟件采用了模塊化、對象化和分布計算的設(shè)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(tǒng)解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方式的非實時性、人工現(xiàn)場操作、控制不靈活等缺點，能夠及時發(fā)現(xiàn)雷達發(fā)射機組件的溫度異常，方便設(shè)置空調(diào)溫度，達到快速、有效的降低發(fā)射機溫度的目的。本系統(tǒng)設(shè)計完成后，經(jīng)過兩個月的試用，運行狀況良好，達到了預期設(shè)計要求。