测控系统设计（精选12篇）
测控系统设计 篇1
1 概述
自1968年2月20日中国空间技术研究院成立以来,中国的卫星技术也取得了飞速的发展,研制成功了实验卫星、返回式遥感卫星、地球静止轨道通信卫星和气象卫星、同步轨道气象卫星、地球资源卫星等,其中有很多项目已经跨入世界先进行列。通过卫星传输回来的信息被广泛的运用于我国的如地质、海洋、农林、考古、环保、铁道、公路和军事等各部门,创造出巨大的收益[1]。
卫星和飞船在国民经济和国防建设中有着重要的作用,对于他们的发射和运行过程进行跟踪测控是航天系统的重要组成部分,理想状态是对卫星或飞船进行全程跟踪测控。然而测控设备只能观测到所在点切平面以上的空域,且在与地面夹角为3°的范围内测控效果不好,实际上每个测控站只考虑与地平面夹角3°以上的空域[2]。在一个卫星或者飞船的发射与运行过程中,往往有多个测控站联合小组完成测控任务。
2 卫星测控站设计
2.1 理想模型设计
假设卫星在赤道上空的轨道是一个近似的圆,如图1所示,是卫星的发射轨迹。
由于卫星的运行轨道是圆形,因而可以得出一个站点对卫星的测控情况,如图2所示。外圆为卫星运行轨道,内圆为地球表面,D点为站点所在的地球表面位置,则为站点测控的范围角。
由图2所示建立模型,利用正弦公式得:
则一个测控站检测的范围角为:
由于总的弧长为2π,则建立方程
方程(1)、(2)、(3)得
由(4)式可知,随着卫星或飞船到地球表面距离的增加,所需要的测控站数目不断减少,因此只需讨论卫星或飞船在最低轨道运行时所应建的测控站数目。即只需考虑卫星或飞船距地球表面200Km时所需的测控站数目。
则当H=200Km时,由(4)式可得
即需要建立16个测控站,才能实现全程跟踪测控,因此,也就是在赤道上空,相隔22.5°等间距地布置16个测控站。
根据卫星在中低轨道、卫星轨道高度集中在200km~1200km之间的不同运行高度,根据(4)式,用MATLAB软件[3]计算得出结果,建立如表1所示表格。
2.2 实际模型设计
如图3所示,根据空间几何[4,5],以地球的中心为坐标原点,分别建立x、y、z轴,设卫星轨道所在平面与赤道平面夹角为。
建立坐标,那么地球表面坐标为:
我们设卫星所在的平面方程为:
那么联合(5)、(6)、(7)、(9),即卫星轨道平面与地球表面的交线方程为
进行求解得:
因为经线面方程是过z轴的,所以得经线面方程为
因而卫星赤道平面和经线面的法向量分别为
设过y,z轴坐标的平面为0度经线面,那么0度经线面的法向量为
地球自转角速度为,所以经度角为:
所以纬度角:
当,卫星轨道平面与地球交线圆周上的运动速度,用MATLAB作得卫星在地球表面上的经纬线轨迹如图4。
卫星运行三个周期时,卫星在地球上投影经过的经纬线轨迹如图5。
对其中一条纬线进行卫星在该纬线上的投影情况分析如图6所示,设地球上北纬度的纬线圈在t=0时刻卫星的正投影刚好在A点,卫星的周期为:
如果k为整数,那么卫星在北纬度的纬线圈正投影点数为k个,当卫星再次运行到A点正上方时,卫星在地球表面上的投影,将会重复上一次经过A点时的轨迹。
如果k不是整数,那么卫星在北纬度的纬线圈正投影点数不是有限点,卫星的投影能到达该纬线圈上的任一点,这种情况下,是卫星轨迹平面与赤道平面的夹角,那么卫星能扫过纬度是范围内的地球区域,如图7所示,因此在这种情况,所需要监测点数最多。
为了方便对卫星的测控,设计卫星轨道时,设计合适的高度,使k为整数,即
当k=1时,卫星在地球上的投影只有一条轨迹线,所需要布设的监测站最少。
又因为:
解得:
那么监测站的监测范围在地球经纬坐标平面中是一个直径为156.7478的圆,那么在当卫星周期与地球周期一样时,卫星在地球经纬坐标平面的投影,以及监测站的布点情况如图8所示。
从图8中可以很容易看到,在,则需要5个监测站。
结束语
本文通过利用空间坐标,建立地球与卫星的空间运行模型。再利用MATLAB软件进行求解。设计出卫星的运行轨道,以及地面最少的测控站点,从而建立卫星测控网,实现对卫星运行全程的跟踪测控。本设计还存不足,因没有考虑到地球地面的情况,在需要设置测控点的地方可能不适合设置测控点,从而影响测控站点的布置。接着下来的研究将会结合地球的地理位置特点,以及地区的安全政策的影响下进行测控点的优化设计,进一步符合实际应用要求。
参考文献
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[2]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京:北京科学出版社,2008.
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[5]李瑰贤.空间几何建模及工程应用[M].北京:高等教育出版社,2007.
测控系统设计 篇2
设计
基于ARM linux的嵌入式远程测控系统设计
类别：嵌入式系统
前言 目前，大多数远程测控系统中，系统的硬件采用8／16位的单片机，软件多采用汇编语言编程，该编程仅包含一个简单的循环处理的控制流程；单片机与单片机(或上位机)之间的通信通过RS232、RS485或CAN总线来组成局域网，再用Pc机作为 Web服务器，与Internet进行通讯。这样的远程测控设备成本高、体积大、速度慢、功耗大。现在，32位嵌入式CPU价格已下降，性能指标也有提高，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况，我们将嵌入式系统应用于远程测控系统，大大提高了测控系统的性能，同时降低了成本和功耗，体积也大大减小。
嵌入式系统一般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上，由于Linux有完整开放的源代码，因而它具有修改和优化系统、内核稳定、适用于多种CPU和多种硬件平台、支持网络等特点，所以选择Linux作为嵌入式操作系统较好。本文提出的基于 ARMlinux的嵌入式远程测控系统不仅能够实现本地数据采集与控制，还能实现远程测控任务。
1、硬件系统
硬件系统如图1。S3C2410包含一个16／32-bit的Risc(ARM920T)的CPU内核，主频200Hz，内部含有8通道1O位AD转换器和大量的I／O口、LCD控制器等丰富接口，能运行Ucosll、ARMlinux和Wince嵌入式操作系统，DM 9OOO是10M／100M以太网接口控制芯片。本硬件系统结构简单，成本低，不需要Pc机就可直接接入Internet。
2、软件系统
嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。本系统选择ARMlinux系统。由于嵌入式系统的存储容量很小，因此要把ARMLinux操作系统装入有限的存储器内，就要对它进行裁剪。很多资料对此都有论述，这里就不再累述。下面主要介绍基于操作系统上的远程测控软件设计。其体系结构如图2。
2.1 基于Boa的Web服务器
嵌入式linux主要有三个web Server：Hapd、Thttpd和Boa。Httpd是最简单的一个web Server。它的功能最弱，不支持认证，不支持CG1。Thttpd和Boa都支持认证、CGI等，功能都比较全。Boa是一个单任务的小型Httpd 服务器，源代码开放、性能优秀，特别适合应用在嵌入式系统中。下面介绍Boa的移植与编译。
对于有MMU嵌入式linux，把Boa下载到Redhat宿主机上后，解压到任意目录，再修改Boa／src／Makefde里面的编译器。例如：
CC=／opfhosfarmv41／bin／armv41—unkllown—linux—gcc CPP=／opt／host／army41／bin／armv41—unknown—linux—g++ 此后直接在Boa／src目录下执行make即可生成Boa可执行文件。将其复制到ramdisk加载mount的目录的bin里面后，等一同加入配置文件和HTML/CGI文件后，重做ramdisk即可。
配置文件Boa．conf的编制见下。
需要说明的是，Linux下的应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，～般都是放在目标板／ete／目录下或者／ctc／config目录下，但Boa 的配置文件Boa．conf一般都放置在目标板／home／httpd／目录下。本系统Boa.conf文件的编写程序为：
Servername S A M S U N G—A R M DocumentRoot／home／httpd／cgi—bin／
ScfiptAlias／index．html／home／httpd／html／index.html 它指定了HTML页面index.html必须放／home／httpd／html目录下，CGI可执行文件必须放到／home／httpd／cgi～bin目录下。
2.2 CGI程序技术原理
CGI(Common Gateway Interface)是外部扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端浏览器输入的数据，从而完成客户端与服务器的交互操作。而CGI规范定义了Web服务器如何向扩展应用程序发送消息，在收到扩展应用程序的信息后又如何进行处理等内容。通过 CGI可以提供许多静态的Html网页无法实现的功能。其www与CGI的工作原理如下。
HTTP协议是WWW的基础，它基于客户／服务器模型。一个服务器可以为分布在网络各处的客户提供服务。它是建立在TCP／IP协议之上的“无连接”协议。每次连接只处理一个请求。当一个请求到来时，便创建一个子进程为用户的连接服务。根据请求的不同，服务器会返回HTML文件或通过CGI凋用外部应用程序，返回处理结果。服务器通过CGI与外部程序和脚本之问进行交互，根据客户端在进行请求时所采取的方法，服务器会收集客户所提供的信息，并将该部分信息发送给指定的CGI扩展程序。CGI扩展程序对信息进行处理并将结果返回服务器。服务器对信息进行分析后，将结果发送网客户端。
外部CGI程序与www服务器进行通信、传递有关参数和处理结果是通过环境变量、命令行参数和标准输入来进行的。服务器提供了客户端(浏览器)与CGI扩展程序之问的信息交换的通道。客户的请求通过服务器的标准输出传送给CGI的标准输入。CGI对信息进行处理后，会将结果发回到它的标准输入，然后由眼务器将处理结果发送给客户端。
2.3 CGI外部扩展程序的编制
服务器程序可以通过三种途径接收信息：环境变量、命令行和标准输入。具体使用哪一种方法要由标签的Method属性来决定。在“Method=GET”时，向CGI程序传递表单编码信息的正常做法是通过命令来进行的。
大多数表单编码信息都是通过Qucry-String的环境变量来传递的。如果“Method=POST”，表单信息将通过标准输入来读取。还有一种不使用表单就可以向CGI传送信息的方法。那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之间用问号(?)来分隔。本测控系统采用的是GET方法。下面是远程控制LED闪烁快慢的程序。其网页如下页图3，其程序如下。
；LED测试
＜input type=“radio”name=“speed”value=“show”checked＞慢速
＜input type=“radio”name=“speed”value=“normal”＞中速 ＜input type=“radio”name=“speed”value=“rast”＞高速
＜input type=“submit”value=确定“name=”submit＞
其中leds.cgi程序如下：
#!/bin/sh Period=1+case $QUERY-STRING in slow）
period=0.25 ；；
normal)period = 0.125 ；；
fast period=0.0625+；；
fast)+ period =0.0626 ；；
esac /bin/echo $ period ? /tmp/led-control//通过Query_String的环境变量传递给应用程序。
echo “Content-type:texe/html；charset=gb2312”
echo /bin/cat led =result.template exit 0 led—control是编译好的可执行的应用程序，通过led驱动来实现对LED的控制。因为S3C2410有MMU，所以通过操作系统来对硬件控制需要驱动程序来实现。其数据采集部分也类似，不再单独说明。
图3 实验结果
3、测试结果
首先建立好基于S3C2410嵌入式开发环境，把编译好的booloader、嵌入式linux内核和ramdisk烧人Flash中，然后起动Boa服务器，在PC机的浏览器上输人嵌入式系统的IP地址，即显示出如图3的网页。通过点击慢速、中速和高速，再点击确定，测控板上LED的闪烁由慢变快，圆满实现了设计目标。
4、结论
温室中无线环境测控系统的设计 篇3
关键词：温室；传感器；无线传输；单片机
中图分类号：TP277.2 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）04-0356-03
收稿日期：2013-08-22
基金项目：河北省唐山市科技项目（编号：10120201C-7、12140206A-2）；唐山师范学院教改項目（编号：2011001015）。
作者简介：姜丽飞（1977—），女，河北唐山人，硕士，副教授，主要从事测量与控制方面的教学与研究工作。E-mail：jianglifei1977@163.com。随着农业产业结构的调整，我国的农业已经逐步摆脱了延续数千年的耕作方式，走上了现代化、设施化的道路。现代化的温室以其环境可控、易于管理、生产效率高等特点得到了越来越广泛的应用。无线传输技术在工业控制领域的应用不但节约了成本、降低了布线的难度，同时也降低了人工测控的繁琐，提高了生产及管理效率。本研究设计的温室中无线环境测控系统能够做到实时监测温室中的环境信息并作出相应的控制，从而减轻种植人员的负担，促进温室中作物的正常成长。
1系统硬件设计
1.1系统功能设计
本研究设计的无线环境测控系统实现了对温室中温度、湿度、光照强度和CO2浓度的检测，系统由监测终端和探测节点组成。多个探测节点主要完成温室中环境信息的采集及无线发送，探测节点的组成框架见图1。监测终端的框架如图2所示，可以看出监测终端主要由单片机、键盘、液晶显示电路、无线数据收发电路、控制电路和报警电路组成。监测终端具有良好的人机界面，采用C系列液晶显示器OCM4×8C显示温室中当前的空气温度、湿度、光照强度和CO2浓度等参数，系统配有4×4键盘，用于输入控制系统的各参数的预设值。监测终端对接收的数据进行分析后，给出合适的控制信号，经三极管放大后便驱动遮阳网、喷淋装置和通风装置，从而实现温室中温度、湿度和光照强度等环境因子的自动控制。
1.2系统模块的电路设计
1.2.1单片机选型本设计采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制系统的核心。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8 k在系统中可编程的Flash存储器，与工业89C51产品指令和引脚完全兼容。片上的Flash允许程序存储器在系统中可编程，也适用于常规编程器，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供了灵活、有效的解决方案[1]。 AT89S52单片机引脚图如图3所示[2]。
1.2.2传感器选择（1）空气温度、湿度的检测：温室中温度、湿度的检测采用数字传感器DHT11。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能的8位单片机相连接，因此本产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点；单线制串行接口使系统集成变得简易快捷；超小的体积、极低的功耗，使其成为最为苛刻的应用场合中的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便[3]，图4为DHT11与单片机的接线电路图。
（2）光照度检测：光照传感器利用光敏电阻的光敏特性完成对环境中光照强度的判断。光信号由电阻R1和光敏电阻R2分压的方式获得，光敏电阻的一端接地，通过调节R1来调节电压，使得电阻在不同光照条件下输出不同的电压值，进而经AD转换为数字量。AD7705 是AD 公司新推出的16 位AD 转换器，器件包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA）组成的前端模拟调节电路，可编程数字滤波器等部件，从而直接将传感器测量到的多路微小信号进行AD转换（图5）。报警电路由蜂鸣器和驱动电路组成，电路简单实用，功耗低。
（3）CO2浓度检测：采用红外CO2传感器LDC-A1检测棚内CO2浓度。LDC-A1量程为0～5 000 mg/L，供电电压 5 V（直流），功耗小于100 mV，该仪器功耗低、防水、抗震动。
1.2.3nRF24L01无线传输电路 系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，由于系统所处环境较恶劣，因此对数据传输的可靠性要求较高。综合考虑以上因素，本系统采用nRF24L01作为无线数据传输模块。
nRF24L01是一款工作在2.4～2.5 GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，有6路通道的数据接收，工作电压为1.9～3.6 V，为低电压工作；具有自动应答及自动重发功能，具有地址及CRC检验功能，数据传输率为1 Mb/s或 2 Mb/s，SPI 接口数据速率0～8 Mb/s[4]。
nRF24L01有4种工作模式：即接收模式、发送模式、待机模式和掉电模式，其工作模式由PWR_UP、CE和CS3个引脚决定。其中收发模式有2种，即ShockBurstTM模式和增强型ShockBurstTM模式。在ShockBurstTM模式下，nRF24L01可以与成本较低的低速MCU相连，高速信号处理是由芯片内部的射频协议进行的。nRF24L01提供的SPI接口数据率取决于单片机本身的接口速度，通过允许与单片机的低速通信和无线部分的高速通信，ShockBurstTM模式减小了通信的平均消耗电流。本系统设计即采用ShockBurstTM模式[5]。
控制芯片工作的信号引脚有6 个：CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ。nRF24L01 在不同模式下的引脚功能见表1。图6为无线模块与单片机接线的电路图。
1.2.4电源电路的设计[6]要使单片机稳定可靠地工作，电源必须稳定。220 V电压经变压器降压后，二极管全波整流，电容滤波，经过三端稳压器LM7805进行稳压，可以作为单片机AT89S52及LCD显示电路的电源。由于无线数据传送模块对电源的要求为1.9～3.6 V，因此电路设计用LM317制作稳压电路。电路如图7所示。
2系统软件设计
2.1通信协议
对于一个无线监测系统来说，可以接收很多个探测节点的数据，每个从机都不可以随时更改自己的地址编号，因此需要保证从机编号不能重复，以免发生通信冲突。本试验采用
中断接收方式接收、发送环境信息，在所有的数据传送中都用相同的通信协议来判断通信网络的结构、自己在网络中的位置、执行相应的命令，通信协议中的数据帧结构见表2。
监测终端工作在监控状态下，等待探测节点的数据，接收到的数据如果正确则发送应答信号，显示温湿度、光照信息和CO2浓度；如果接收的数据错误，则丢弃数据，探测节点在规定的时间内收不到应答信号则重新发送。
2.2系统软件
3结论
（1）用NRF24L01无线数据传输模块实现主从机间的温湿度数据传输，数据传输有效距离远，系统抗干扰效果好；（2）系统带有键盘和液晶显示， 具有良好的人机交互，方便使
用；（3）本系统将传感器技术与无线通信技术相结合，具有工作性能稳定、结构简单、布点灵活等特点，能够克服温室测控系统中线路多、布线复杂、维护困难等缺点，有利于蔬菜大棚的智能化和统一化管理；（4）系统可靠性与可扩展性好，做相应的改变即可应用于各种需要环境信息监测的系统中。
参考文献：
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电梯智能测控系统设计 篇4
1、电梯控制系统结构[1]
电梯控制系统由PLC控制的逻辑部分和变频器控制的调速部分组成如图1所示。
PLC接收来自操纵控制盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号, 经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时, 根据随机逻辑控制的要求, 向变频器发出运行方向、启动、加速、减速和制动停梯等信号。由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。其控制流程图如图2。
2、数字PID控制算法
在PID调节中, 由于PID算式不同, 会得到不同的控制效果, 特别是算法中某些参数选择得不妥时, 会引起控制系统的超调或震荡, 这对电梯运行过程十分有害。为了避免这种有害现象的发生, 分析和研究PID算法, 确定合理的PID参数是十分必要的。
PID调节器由比例调节器 (P) , 积分调节器 (I) 和微分调节器 (D) 构成, 它通过对偏差值的比例积分和比例微分运算后, 用计算所得的控制量来控制被控对象, 如图3所示。
图3中:R为设定的期望值, y为控制变量, s为实际输出量, e为控制偏差 (e=R-S) , 其数学模型
式 (1) 中:KP为比例系数, Ti积分常数, Td为微分常数, y0为偏差e等于零时调节器的输出值。
数字PID控制系统是时间的离散系统, PLC对生产过程的控制是断续的过程.即在每一个采样周期内, 传感器将所测数据转换成统一的标准信号后输送给调节器, 在调节器中与设定植进行比较后得出偏差值, 经PID运算得出本次的控制量, 将控制量输入到执行体后, 才完成了本次的调节任务。
对式 (1) 进行离散处理, 可得到数字PID控制算法的表示函数为:
式 (2) 中:e (k) 为第k个采样时刻输入的偏差值;KP比例系数;KI积分系数;KD微分系数。
从式 (2) 中可见, 当调整参数改善控制性能时, 只需调整KP、KI、KD的大小即可。
3、数字PID控制算法的可编程控制器PLC实现
3.1 基于可编程控制器PLC的数字PID控制算法模型
典型的基于数字PID的闭环控制系统如图4示, 其中虚线部分在PLC内部实现。结合式 (2) 可见:第K次采样时控制器的输出为
其中:s (k) 为过程变量, R (k) 为给定植, y (k) 为输出值, e (k) 为s (k) 与R (k) 之差值, KP为比例常数;KI为积分系数;KD为微分系数。
3.2 PLC的硬件配置[2]
根据电梯运行控制要求 (以五层楼电梯控制为例) , 计算出输入、输出I/O点数分配, 具体分配见表1。
从表1可以看出:输入有开关门按钮、上下行按钮厅外呼唤按钮、选层按钮、超载压力传感器、防夹红外线传感器、上下平层位置感应器、检修开关、基站开关、上下强迫开关、开关门极限行程开关和上下行极限行程开关共12类控制信息, 需要31个I点。输出有开关门继电器、上下行指示、选层信号指示、呼唤信号指示、上下行启停信号、加减速信号和楼层显示共8类控制信息, 需要26个O点。输入、输出信号均为开关量信号, 不需要模拟量模块[3]。选择S7-300系列的CPU313, 加上数字输入量模块SM321及数字输出量模块322就能满足控制要求。[3]
3.3 可编程控制器PLC的软件设计[4]
由于乘客对电梯的呼叫是随机的, 为了提高电梯的响应速度, 缩短PLC的扫描和逻辑运行时间, PLC程序设计采用分部编程。
1) 组织块 (主程序) :组织块OB1用于调用逻辑功能, 实现电梯的逻辑控制功能。根据电梯的设计使用情况, 逻辑功能FC应由7块组成, 即:开关门FC1、楼层信号FC2、内选信号FC3、外呼信号FC4、定上下行指示FC5、停层FC6、启停、运行FC7, 并把实参赋给逻辑功能块。下面以楼层信号为例, 梯形图如图5所示。
2) 逻辑功能 (子程序) :是用户程序子程序, 用来完成某项具体控制功能。以楼层显示为例, 梯形图如图6所示。
当电梯位于某一层时, 应产生位于该层的楼层信号, 以控制楼层显示器显示楼层处的位置, 离开该层时, 该信号应被新的楼层信号 (上一层或下一层) 取代。电梯的楼层数存放在MW20中。“#xsq”是上强迫行程开关的形参, 当电梯到达5楼时, 使MW20为5。“#sxq”是下强迫行程开关, 当电梯到达1楼时, 使MW20为1。在中间, 电梯上行时, 每上一层, MW20加1;电梯下行时, 每下一层, MW20减1。如果层显有误, 只要将电梯开到顶层或1层, 马上就能显示正常楼层序号。
4、结论
在电梯的自动控制系统中引入了先进的PID控制技术和PID控制算法, 给出了系统模型和实现方法, 给出了关键程序设计梯形图。实践证明, 该系统波动小、响应块、控制精度高, 具有良好的控制效果, 提高了电梯的工作效率、运行平稳性和可靠性。由此研究的电梯, 可广泛应用于智能楼宇和公共交通场所。
摘要：在现代都市中, 电梯成了都市人重要的生活、工作交通工具。为了尽可能地提高电梯运行的可靠性、安全性和舒适性, 利用PLC技术和数字PID算法, 对传统的电梯控制系统进行了智能化的改造, 研制智能电梯成为必然。理论分析和实验结果表明:该系统可对电梯运行实施测控任务, 实现电梯的智能化控制, 从而提高了电梯的工作效率和可靠性, 可广泛应用于高层楼宇和商场。
关键词：可编程控制器,PID,智能测控系统,智能电梯
参考文献
[1] 王少华.PLC、变频器在电梯中的应用[J]
[2] S7可编程控制器.系统手册[M] .西门子 (中国) 公司.2004
[3]胡学林.可编程控制器教程[M]北京:高等教育出版社.2005
测控系统设计 篇5
基于GIS的无人机地面测控系统设计与实现
为满足无人机飞行实时监测和控制的要求,在Windows平台下,嵌入GIS(地理信息系统),设计了一套地面测控系统,实现了导航参数实时获取、飞行航迹实时显示、参数在线调整、航迹规划与回显、数据纪录与分析等功能.实际联调表明,该系统运行可靠稳定,直观、方便地实现了航迹信息的管理,具有一定的`实用性和推广价值.
作 者：张劲锐 卢京潮 ZHANG Jinrui LU Jingchao 作者单位：西北工业大学自动化学院,西安,710072刊 名：弹箭与制导学报 PKU英文刊名：JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE年，卷(期)：200828(5)分类号：V279.3关键词：无人机 GIS 地面站 MapX
测控系统设计 篇6
【关键词】管式捕集器；测控系统；组态王
管式捕集器由若干根下倾的平行管段构成，具有操作简单、处理量大、气液分离效果好等优点，能够捕集天然气/凝析液混输中产生的段塞流，防止段塞流对后续生产设备产生冲击所造成的生产事故。
随着微处理器技术的发展，台湾研华公司的ADAM数据采集模块逐步得到用户的认可，不同功能的ADAM模块配合上位机及通讯就构成一个完整的网络系统，实现对工业生产过程的检测和控制。为提高管式捕集器的运行效率和整个系统的安全性，根据工艺要求设计了采用ADAM4000系列模块和调节仪、利用组态王6.52作为上位软件的测控系统，实现了数据实时监测、报表查询以及在EXCEL中实现数据储存。
1.测控系统方案
系统结构采用 ADAM 4017模拟量输入模块来采集各类仪表的所有4～20mA信号，采用 ADAM 4080模块来采集流量计的脉冲信号，界面信号与调节仪、调节阀构成了闭环控制，使界面保持在给定的恒定值；两个液位计交替使用来调节同一个电动调节阀，使液位保持在给定的恒定值；涡轮流量计输出为脉冲信号，在二次表流量显示仪中实时显示瞬时流量，同时显示仪有4～20mA信号输出，可连接至ADAM 4017模块。
所有ADAM 4017模拟量输入模块和ADAM 4080模块，通过一对双绞线并联到RS—485网络上，通过RS—485网络系统利用ADAM4520模块实现485/232信号转换，上位机采用组态王6.52进行编程可采集上述数据，以便对各参数进行实时显示和记录、绘制各种曲线、图表以及实现参数的打印和存储，同时实现报表数据实时查询和EXCEL存储。
上位机
上位机
上位机
上位机
上位机
上位机
上位机
2.系统硬件
2.1 ADAM系列模块功能
它是一种内置微处理器、变送器及计算机接口的智能设备，用户可通过计算机以RS—485通讯协议发出ASC 码专用命令集对模块进行遥控。该系列模块具有信号调理、量程调整、A/D和D/A转换及数据通讯等功能，模块的配置参数均可通过计算机远程设定并存入EEPROM存储器，即使在掉电情况下，也能保证配置参数不丢失。
ADAM4017为16位8通道模拟量输入模块，可采集电压、电流等模拟量输入信号，它为所有通道都提供了可编程的输入范围，其模拟量输入通道和模块间还提供3000V的电压隔离。 ADAM4017支持6路差分输入，2路为单端信号。如果测试电流信号，需在该通道的输入端口并联250Ω的电阻。所有通道的输入范围均可编程设置并可将传感器电压或电流信号转换成相应的工程量。
ADAM4080模块具有两个32位计数器输入通道，可计数也可测频率，可编程设置；提供TTL输入和光隔离输入信号接线方式，并分别提供接线端口。接线后需编程确定哪种输入方式被激活；提供一个可编程的数字滤波器来消除输入通道噪音。
ADAM4520模块为光隔离的RS-232至RS-422/485转换模块，将RS-232信号转换成隔离RS-485信号，此外该模块可自动控制数据传输方向，提高传输速率。
2.2调节仪双重调节功能
管式捕集器装置上有一台磁翻转远传液位计，容积式段塞流捕集器原有一台远传液位计，二者不同时运行，但共用管式捕集器油出口的电动调节阀，由远传液位计控制调节电动调节阀。控制过程为：转换开关拨至标记“管式捕集器”侧→管式捕集器的液位信号传送至调节仪→通过闭环控制实现调节或调节仪等比例输出液位至ADAM4017；转换开关拨至标记“段塞流捕集器”侧→段塞流捕集器的液位信号传送至调节仪→通过闭环控制实现调节或调节仪等比例输出液位至ADAM4017。
本系统对两个液位交替实现了闭环控制，通过测量、比较得到偏差，使系统沿减少或消除偏差的方向运动；通过转换开关来选择管式捕集器或段塞流捕集器的液位变送器，用作反馈信号PV，将来自液位变送器的反馈信号PV送入SR93调节仪，与该调节仪设定的液位给定值SV的偏差进行PID运算，由调节仪输出4～20mA控制信号给电动调节阀，控制调节阀的阀门开度，使液位保持在恒定的范围内。
3.系统软件
监控组态软件是面向监控和数据采集的软件平台工具，亚控公司的组态王是一款Microsoft Windows98/2000/XP全中文的工控组态软件，可生成交互式图形界面、实时多任务，并提供如PLC、智能模块等的驱动软件，简化了上位机与现场控制系统间的连接等。
3.1软件制作流程
制作组态画面：监控界面主要包含工艺流程图、参数界面、实时、历史趋势曲线显示和报表查询。根据信号类型和分布区域绘制工艺流程图，模拟生产运行的流程，在模拟流程上直观地实现生产流程全自动化运行监控，另外在任一处单击鼠标右键都可弹出菜单进入任一画面；参数界面包括模拟参数汇总；通过选择不同测点组，操作员可浏览任意点的当前数据状态和曲线、任意时间段的历史数据和曲线；系统将利用组态王提供的报表组件为生产提供定义好的表格，在组态王中制作报表，并实现在EXCEL中存储。
构造数据库（定义变量）：数据库是“组态王”最核心部分，是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值，构造实时数据库需要定义相应的外部设备及数据变量。在定义数据库变量时只要把I/O变量连接到外部设备上，按照设备安装向导的提示就可完成设备的配置工作，可和组态王交换数据。
建立动画连接：就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系，当压力、液位、脉冲信号等发生变化时，通过I/O接口将引起实时数据库中变量的变化。
3.2软件编程中的关键问题
脉冲信号流量计算编程：ADAM4080采集的脉冲信号在程序中以寄存器的形式显示，其中要使用PCVL、PCVH两个寄存器，分别是计数器低位和高位。
报表制作及存储编程：在组态王中利用编程制作列表控件“报表菜单”实现两项功能，即程序运行后，单击报表菜单，出现“历史查询”选项，单击该项可在组态王中进行历史数据查询；再次单击报表菜单，出现“保存结果”列项，单击该项可在指定的EXCEL文件中自动保存该查询结果，同时存表结果显示成功。
4.运行调试中出现的问题及解决办法
当检测系统建立后调试出现的问题及解决办法：（1）在ADAM 4000 UTILITY中无法搜索到模块。这是因为计算机只有一个COM口和模块相连，如同时打开ADAM 4000 UTILITY和组态王就会出现该情况，正确做法是先打开ADAM 4000 UTILITY，搜索设置完毕后关闭该软件，再运行组态王软件。（2）模块无法初始化。在一个模块进行初始化时除ADAM4520外其它模块都不能上电，所以每个模块采用24V电源分配器，每个模块供电采用一路。（3）接线不牢靠：ADAM4017的一个接线端内除一根电线外还有两个250Ω电阻的一端，电阻接线端很细且易弯曲，建议使用ADAM4017+来代替ADAM4017。
5.结论
基于ADAM系列模块的管式补集器测控系统采用了工业自动化组态软件——组态王设计监控界面， ADAM系列模块作控制器开发了测控系统，系统开发周期短，可移植性强，稳定性高，具有良好的工程应用价值。
【参考文献】
[1]李琦，冯叔初.管式液塞捕集器的初步研究 油气田地面工程，2000，3（19）.
[2]ADAM 4000 Data Acquisition Modules Users Manual.
测控仪器精密主轴系统设计 篇7
对于需要作回转运动的测控仪器来说, 主轴系统是一个关键部件, 主轴系统的精度将直接影响整台测控仪器的综合精度。主轴系统设计的主要要求是主轴能够在一定载荷下具有一定的回转精度, 同时还要求有一定的刚度和热稳定性。通常主轴系统由主轴, 轴承, 安装在主轴上的传动单元、驱动单元以及分度元件组成。因此, 要想设计一套适合测控仪器使用的高精度精密主轴系统, 主轴系统的机械结构设计、传动和驱动单元的选型和分度元件的选型是至关重要的。
1 精密主轴系统机械结构设计
1) 总体方案设计。主轴系统的机构类型有很多种, 按照所用轴承种类划分, 常见的结构有半运动式圆柱型轴承结构轴系、锥形滑动轴承轴系、V型弧滑动轴承轴系和滚动摩擦轴承轴系等。这些不同的结构类型有不同的特点, 适用于不同的应用场合。对于我们本次设计的适用于测控仪器的高精度精密主轴系统来说, 考虑到轴系的回转精度、刚度、主轴的热稳定性和使用寿命等因素, 同时参考过去在精密主轴系统方面的设计经验, 我们决定采用技术成熟、应用较广的非标密珠滚动轴承的设计方案。根据仪器主轴系统安装空间和安装方式的要求, 充分考虑精密仪器主轴机械设计过程中的各种注意事项, 初步设计轴系装配图 (如图1所示) 。密珠在保持架6、8、9的约束下, 密集分布于主轴4与轴套3的径向和端面之间;锁紧螺母1、消隙簧片11和止推板2固定在轴套下端, 限制主轴在轴向方向的窜动;主轴下端继续向下延伸, 用于安装主轴驱动电机与角度编码器。
1.锁紧螺母2.止推板3.轴套4.主轴5, 10.轴向承载滚珠6, 8, 9.密珠保持架7.径向滚珠11.消隙簧片
2) 设计过程中的计算。主轴轴系的总体方案确定后, 我们在后续的具体设计过程中还需对一些关键参数进行充分的论证, 并进行必要的设计计算, 其中主要包括以下几项:
(1) 轴向滚珠直径d1和数量z1的确定。因主轴系统是在垂直情况下安装使用的, 轴系载荷都集中在轴向承载滚珠上, 所以主轴的承载能力由轴向承载滚珠的承载能力决定, 影响滚珠承载能力的因素有滚珠的材料、直径和数量, 滚珠材料通常是轴承钢GCr15, 所以我们只需通过计算确定滚珠直径和数量即可。按强度条件计算滚珠直径d1的公式为:
式中:[P]为滚珠材料许用负荷强度;a1为负荷情况系数, 静载荷时取1;a2为工作时间系数, 10 000h时取2;a3为座圈转动系数, 取1;W为最大轴向载荷;k为承载负载滚珠比例, 通常k=0.8;z1为止推滚珠个数。
从公式中我们可以看出, 滚珠直径d1是与滚珠个数z1之间相关联的, 在主轴载荷确定的情况下, 两者之间呈反比关系, 滚珠个数z1越大, 所需的滚珠直径越小。根据材料力学分析, 减小滚珠直径会有助于提高密珠滚动轴承轴系的刚性, 但是滚珠个数z1太多会影响轴系的运动灵活性。所以, 我们应在不影响主轴旋转灵活性的前提下, 根据主轴尺寸合理排布滚珠, 确定滚珠个数z1, 从而确定钢球直径d1。最后还应通过计算滚珠的直径变形量δ来校验所选的滚珠直径是否满足要求。滚珠的直径变形量:
式中, E1、E2分别为滚珠和滚珠接触面的材料弹性模量。
(2) 径向滚珠直径d2和个数z2的确定。因为垂直安装使用的主轴轴系径向载荷较小, 所以径向滚动轴承的滚珠尺寸可选得小些, 以便使轴系结构更紧凑, 根据我们以往的设计经验, 选取常用的ф4钢球作为径向滚珠, 滚珠个数z2由主轴尺寸和滚珠排布周期确定。
(3) 径向滚珠装配过盈量的确定。由于轴系零件在加工中不可避免地存在加工误差, 导致轴系在装配时径向会产生间隙 (轴向间隙可以通过消隙簧片11调整消除) , 影响轴系运动精度和刚性, 所以为了能够消除此间隙, 常采用过盈量装配的方法。对于本设计的轴系来说, 可以在加工完轴套内圆直径尺寸和确定所用钢球直径后, 通过配磨主轴外圆直径的方式, 调整主轴径向装配的过盈量, 根据以往的设计经验, 比较合理的过盈量为5~8μm。
2 精密主轴系统电机和角度编码器的选型
1) 主轴系统电机的选型。参考国内外主流设计选型方案, 我们选用了由DDR直驱力矩电机与主轴连接一体的直接驱动方式, 这种结构省去了传动机构, 主轴电机通过主轴直接作用到轴系, 具有可靠性高、易维护、定位精度和可重复精度高、刚性好和机械噪声低等诸多优点, 也是现在高精度主轴轴系普遍采用的一种方式。根据主轴与负载的转动惯量Jm (Jm=Mr2/2。式中, M为主轴与负载质量, r为负载半径) 、主轴最大转速n和最大角加速度a, 我们可以计算出主轴系统所需的最大扭矩Tm=Jm·a。在电机选型的计算过程中, 以往还需校验负载与电机轴的惯量比, 但是因为DDR直驱电机技术使得电机通过主轴直接连接到负载, 电机和负载的惯量成为了一个公共惯量比, 惯量比能够达到大于11 000∶1, 这可以满足绝大多数的应用需求, 因此只需根据最大扭矩Tm和所需的电机安装形式尺寸选择合适的主轴电机型号即可。
2) 主轴系统角度编码器的选型。对于精密主轴系统的分度元件, 目前普遍采用的是高精度光栅角度编码器, 也是目前设计高精度主轴系统的最佳选择。考虑机械安装条件和设计所需达到的精度要求, 我们选用了国际著名厂商生产的孔式圆光栅角度编码器, 光栅精度为±1″, 一周光栅刻线36000线, 光栅信号在经过25倍频处理后, 再经过4倍频的光栅信号辨向倍频处理, 最终的光栅分辨率能达到0.36″, 完全能够满足精密主轴系统的设计要求。
3 结语
经过一系列的设计计算以及图纸的绘制, 完成了该套精密主轴系统的设计工作, 通过对第一台样机的测试, 各项技术指标均达到了设计要求, 可见该设计方案是可行的, 为我们以后对于精密主轴系统方面的设计积累了宝贵经验。
摘要：介绍了适合测控仪器所用的一种精密主轴系统的设计过程, 详述了主轴系统的机械结构设计方法, 并对主轴系统配套驱动电机的选型以及角度编码器的选型进行了概述。
关键词：精密主轴系统,密珠滚动轴承,DDR直驱力矩电机,角度编码器
参考文献
[1]King M, 李幼涵.机器设计中伺服电机及驱动器的选型[M].北京:机械工业出版社, 2012.
[2]吕辉.现代测控技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.
温室温度智能测控系统的设计 篇8
在现代农业中, 温室已经不是单纯用于为作物升温的设施, 而是根据作物的要求来调节或保障作物生长条件的设施。其中, 对温室温度的调节为主要因素之一, 无论是升温还是降温, 都需要相应的设施。冬季温室内温度过低时, 仅利用太阳能来升温明显不足, 因此温室内必须增加加热设备来升温;夏季太阳能又过分充足, 温室温度过高, 使温室的降温和植物的光合作用对阳光的需求形成矛盾, 因此必须增加制冷设备来降温。
国外温室的内部设施已经发展到比较完备的程度, 并形成了一定的标准。国内有关温室环境测控方面的研究起步较晚。目前国内的温室测控设备, 无论在智能化程度还是控制策略方面都不能和发达国家相比, 而进口的测控设备由于能耗大、价格高并不能完全适应我国农业生产的要求。因此, 开发符合我国国情的温室温度智能测控系统, 对提高我国温室产品质量、温室经济效益和生产现代化水平具有重要意义。
本文立足国情, 基于我国不同类型温室经营者的经济和技术水平, 研制开发出一种价格适中、扩展性好的多因子温室温度智能测控系统。其主要是根据外界环境的温度、湿度、光照以及风速、风向、雨量等气候因子, 基于温室专家系统和用户参数设定, 通过一些控制措施来调节温室内的温度, 创造出适合作物生长的温度, 即根据作物不同生长阶段的需求制定出检测标准, 通过对温室温度的实时检测, 将测得参数进行比较后自动调整温室各个控制设备状态, 以使温室温度符合既定要求。它能够有效地改善农业生态、生产条件, 促进农业资源的科学开发和合理利用, 提高土地产出率、劳动生产率和社会、经济效益。
1 系统整体框图
温室生态环境优良的依据, 是按不同植物生长的要求进行统筹优化后制定的。由植物生长不同阶段的需求制定出监测的标准, 对温室温度环境进行监测, 将测得参数进行比较后进行调整。
温室温度智能测控系统主要由以下几个部分组成:
(1) 温度信号采集电路:主要通过传感器DS18B20进行温室温度检测。
(2) 信号处理部分:核心元件是单片机AT89C52, 整个系统主要是通过AT89C52按照所编的程序进行相应控制的。
(3) 输出及控制部分:主要控制升、降温电路, 声光报警电路, 还有控制遮阳网、喷雾系统、水幕墙系统、窗的开关等系统的电路。
系统整体框图如图1所示。其主要的工作原理为:系统由温度设定按键来调节预设温度, 通过温度信号采集电路测得温室内的温度, 将数据输送到单片机AT89C52中, 然后按照所编程序进行实时决策, 对各参数进行实时控制、调节, 输出控制参数, 驱动执行元件, 以满足作物生长需要。
2 系统硬件组成
整个系统硬件部分主要包括核心元件AT89C52、温度信号采集电路 (主要通过传感器DS18B20进行温室温度检测) 、加热电路、降温电路、声光报警电路、温度设定按键、LED显示电路等。现对主要部分简要介绍如下:
2.1 单片机AT89C52
我们选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C52, AT89C52是一种低功耗、高性能的8位单片机, 片内带有一个4K字节的FLASH可编程可擦除只读存储器 (EPROM) , 它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器 (NURAM) 技术, 而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。AT89C52是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机, 它可方便地应用在各种控制领域。
2.2 温度传感器DS 18B20
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件, 属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比, 它能够直接读出被测温度, 并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口, 测量温度范围为-55～125℃, 在-10～85℃范围内, 精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输, 用符号扩展的16位数字量方式串行输出, 大大提高了系统的抗干扰性。
2.3 预设温度按键
为了能设定不同的预设温度, 所以设计了2个按键来改变预设温度。用按键UP来升高预设温度, 用按键DOWN降低预设温度。当有按键按下时指示灯就会亮起来, 从而能形象且简单地达到预定的效果。
2.4 LED显示
为了更加直观的了解系统的工作情况, 给系统添加了三位LED显示器。用来显示当前温室的温度。其中包含:十位, 个位和小数位。
LED显示屏由于亮度高, 是主动发光器材, 不受环境影响, 使用寿命长, 个别像素损坏可维护且不影响全局。虽然它的点密度不高, 不适合近距离观看。但是已经能足够达到所需目的, 而且价格便宜, 降低了成本, 所以选择LED的显示设备。
2.5 升降温设备
系统温度调节使用弱电控制强电的原理, 通过继电器来控制升降温设备。由于升降温设备在设计的时候比较麻烦, 所以在模拟时可用2个发光二极管来代替 (用红色管来代替升温设备, 用绿色管代替降温设备) 。这样也能更加形象的观察到系统的工作情况。
2.6 声光报警设备
当系统检测到温室温度到了所设定的最高值时, 声光报警设备就自动工作, 提醒工作人员必须立刻对温室进行相应的维护。声光报警设备不仅仅是专门对温度测量设计的, 当遮阳棚、喷灌设施或者是通风窗等设备出现不正常情况时也进行报警。由于单片机只是输出高低两种电平, 所以在蜂鸣器前加上一个音乐芯片, 从而达到声光报警的作用。
3 系统软件设计
用单片机对温室温度进行控制就必须要有实现对应功能的程序。本程序是通过C语言来编写的, 其中包含一个主程序和几个子程序。子程序有显示程序、键盘扫描程序、温度读取程序和延迟程序等。所有硬件及检测过程都由软件来控制, 最终能够实现温室温度的实时采集与处理。程序采用模块化设计, 将一个复杂应用程序按整体功能划分成若干相对独立的程序模块, 各模块可以单独设计、编程、调试和查错, 然后装配起来联调成完整的程序。主程序运行过程中对子程序进行对应的调用, 从而达到对温室温度的控制。
3.1 系统的功能
系统软件实现的功能主要有两部分:监测和控制。
(1) 读入各传感器的测量值, 并传送给单片机, 如需要, 将测量数据存入大容量的掉电保护存储器中, 即使停电也不会丢失数据。
(2) 按照对温室内作物选定的生长环境曲线, 并根据当时的光照、温湿度等实际情况, 对温室内的温度进行在线最优控制, 求得在保持作物生长的条件下, 使系统的能耗、水耗达到最少。
(3) 可以根据不同的需要及不同的季节改变DDC参数值, 并可在数据库中保存几组设定值, 以备使用。
(4) 根据测量值及相应生长期的各个温度的最高、最低值, 自动控制相关设备的打开和关闭, 当测量值大于最高值或者小于最低值时, 除打开相应设备外, 还应启动报警设备, 提醒工作人员注意。
3.2 系统流程图
本系统采用自上向下的结构化设计方法来表示算法, 系统启动之后通过按键对预设温度进行设定。系统启动的同时, 温度传感器也开始了对温度信号的采集。按照AT89C52中的程序进行比较控制。其程序流程图如图2所示。
系统运行后, 首先进行初始化, 包括为存放各通道检测的数据开辟缓冲区、设置环境报警和控制极限值, 并完成对中断入口、有关芯片和定时器的初始化操作等。转入循环体后, 完成各路信号的巡回检测, 经分析处理后转向相应控制与报警。在程序执行过程中, 系统随时检测外部中断和定时器中断发出的中断请求信号, 一旦有中断申请则转入相应服务程序, 否则返回显示时钟状态。
4 结语
该温室温度智能测控系统集传感器技术、测控技术及单片机技术于一体, 除了具有参数显示、控制及报警功能外, 用户还可以根据不同作物在不同生长期对环境的不同要求, 灵活方便地利用功能键对目标控制及报警参数进行重新设定或现场修改。该系统具有控制智能化、成本低、扩展性及抗干扰性强等特点, 投入使用将会带来较好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]齐文新, 周学文.分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现[J].农业工程报, 2004, 20 (1) :246-254.
[2]颜全生.温室的自动控制设计及实现[J].电力系统及其自动化学报, 2001, 13 (4) :65.
[3]徐立鸿, 任雪玲.工控系统在设施农业中的应用[J].基础自动化, 2001, 8 (3) :40.
水文缆道自动测控系统设计研究 篇9
当前, 水文缆道自动测控系统的总体设计是以计算机技术为主体, 配合自动化技术、信息技术以及智能传感技术等来完成整个系统的构建, 并使其实现对河道水文进行测验。在利用水文缆道自动测控系统对河道水文进行测验的过程中, 系统会对系统设备以及测验仪器进行控制, 实现整个测验过程的自动、智能运行, 并顺利完成整个测验操作。测验过程中, 测验仪器会对水文环境进行测验, 并将测验结果化为信息数据通过传感装置传递给计算机, 然后计算机会对所有数据进行采集、整理、计算、分析以及储存, 测验过后, 测验人员就可以直接通过计算机查看结果。
当前, 水文缆道自动测控系统主要分为三个组成部分, 分别是动力子系统、主控子系统以及测量子系统。其中, 主控子系统是系统的核心, 用以对另外两个子系统进行控制和协调。在系统运行的过程中, 主控子系统会控制动力子系统完成铅鱼测点定位, 并控制测量子系统对河道深度以及水流速度等水文环境进行测验[1]。在动力子系统和测量子系统完成各自任务之后, 主控子系统会继续对相关数据进行收集和整理, 由计算机计算和分析出最终结果。
二、水文缆道测控系统硬件设计
在测控系统中, 硬件主要包括系统核心的主控计算机、输入输出接口、流速直读仪、水下装置以及设备主机等相关硬件。
在系统的设计中, 主控计算机主要是通过输入、输出接口对系统其它硬件进行控制, 并对系统数据信息进行采集、整理、计算以及分析, 是整个测控系统的核心部分。设备主机, 是整个系统的载体, 包括流速、水面、水底以及数据信息通信和处理单元, 能够对整个系统的各种信号和数据进行接受和处理, 并将其转化成数据信息传递给主控计算机。水下装置是动力子系统的核心, 其不仅包括能够对铅鱼的运行进行控制的变频调速动力装置, 还包括能够对铅鱼进行定位, 对水位和水深进行计数的计数装置以及能够对水样进行采集, 对水样进行测验的测沙采样器。流速直读仪既属于一个测验装置, 也属于系统的接口承载器, 承载着系统的大部分接口, 以实现系统的输入、输出连接。流速直读仪能够直接对水流速度进行精准测量, 并及时将测验结果传递主控计算机, 以方便主控计算机有针对性的对其他系统设备进行控制。
三、水文缆道测控系统软件设计
系统软件主要包括三个部分, 分别为系统控制、数据采集存储以及成果计算与数据分析。而在对系统软件进行设计的过程中, 为了确保整个系统运行的稳定性和互不干扰性, 通常采用功能模块独立、信息局部化以及编程独立的方法将整个系统中的系统控制、数据采集存储以及成果计算与数据分析等细分为若干个功能模块, 然后以低耦合高内聚为基准对所有功能模块进行独立编程、测试和修改, 降低系统各功能模块之间的关联性, 确保即使系统某一功能模块出现故障也能够正常运行[2]。
在对系统控制模块以及系统数据信息采集和整理模块进行设计的过程中, 要确保系统主控计算机是通过控制接口向系统各功能模块发送命令, 并使对应功能模块能够顺利执行命令, 完成任务。同时, 在对系统通信模块进行设计的过程中, 要确保系统接受数据的方式为中断方式, 使系统即使出现异常停止运行也不会造成数据丢失。
在对系统软件进行设计的过程中, 由于每个测验站所处的测验环境何所拥有的测验仪器都不相同, 所以为了避免出现信号或者是命令相同等情况, 在对软件进行设计的过程中应该设置参数预置功能, 使测验人员在进行测验之前能够对包括垂线设置、测速方法、仪器参数以及气象条件等在内的参数进行设置。当系统进行测量作业时, 主控计算机可以提前对这些参数值进行读取操作, 并根据不同的参数执行的不同的测验操作, 使软件能够具有通用性和灵活性。
结束语
利用自动测控系统替代人工操作对河道水文环境进行测验, 其不仅能够缩短测验的时间, 降低测验人员的工作力度, 还能够提升测验结果的准确性, 提高测验效率。因此, 在对水文进行测验的过程中, 一定要加强对自动测控系统的应用, 并通过优化系统设计等方式, 不断提高测验效率。
摘要：优化水位缆道自动测控系统的设计, 加强自动测控系统的应用对提升水文测验结果准确性具有比较重要的推动作用。本文中, 以实现自动测控系统设计的优化为目的, 对系统总体结构、硬件以及软件设计进行了研究。
关键词：水文缆道,自动测控,测控系统,系统设计
参考文献
[1]宋伯生.PLC系统配置及软件编程[M].中国电力出版社, 2011.
土壤温湿度测控系统设计 篇10
一、土壤温湿度测控的系统设计方案
土壤温湿度测控系统设计的关键是温湿度传感器。所谓传感器指的是可以感受到所规定的被测控, 同时能够按照一定的规律将其转换成相应信息信号的装置。该系统设计方案中, 运用集成数字温湿度传感器来收集所测控环境的温湿度, 收集完毕后将其传输至单片机进行相关的数据分析。随着微型计算机和通讯技术的快速发展, 传感器和微处理器以及微型计算机三者完美结合而产生智能化传感器, 使得传感器的测控功能大大提高。智能传感器借助于半导体技术把传感器和信号调节电路、接口电路以及微处理器同时接在一块芯片上, 从而构成了较大规模且功能测控齐全的集成电路智能传感器。
二、土壤温湿度测控的硬件系统设计
1、单片机的硬件系统设计
随着人类社会逐步进入了信息化时代, 微型计算机的应用已经涉及到社会活动的各个领域, 单片机技术的应用, 是计算机技术的重要分支。土壤温湿度测控一般采用80C51单片机。 (1) 单片机的基本结构。单片机是单片微型计算机的简称, 它能够把中央处理器CPU、随机取存器RAW以及只读存储器ROM等集成在同一块芯片中, 组成一个相对完整的微型计算机。具有品牌齐全、兼容性较强、软硬件资源丰富和性价比高等优点, 符合我国国情对土壤温湿度的测控。单片机的硬件, 其内部数据可以采用8位地址的存储器、其信息寻找范围能够扩大到256个字节、总共有4个8位能够和I/O接口并行用于对信息地址与数据的输送、其中断系统能够设置成二级的中断优先级, 能够同时接受5个中断源的中断信息请求。 (2) 单片机的工作时序。80C51单片机的时钟周期是其振动器产生时钟脉冲频率的倒数, 也是温湿度测控系统最基本的定时信号;80C51单片机的状态周期为时钟脉冲二分频过后的脉冲信号, 其状态周期为时钟周期的两倍;80C51单片机工作时的基本定时单位为其机器周期, 一个单片机包含了6个状态周期和12个时钟周期。倘若时钟频率为12MHz的时候, 其机器周期是1u S, 而它的时钟频率是6MHz的时候, 其机器周期是2u S;
2、传感器的硬件系统设计
人类的社会活动和温湿度紧密联系, 由于领域的不同, 所以温湿度感应器的技术要求也各有差异。土壤温湿度测控宜用SHT11传感器。其可将温度和湿度感测以及信号转换等集成一个芯片, 具有高度集成优点;同时它具有信号传输可靠性强、测控精准度高、可编程调节等优点。
3、土壤温湿度测控的程序设计语言选用
单片机的开放以及应用当中, 高级语言的运用必不可少, 而C语言是较为适合的高级语言程序。C语言拥有良好的模块化, 具有容易阅读以及维护等优点。使用C语言作为程序设计语言对单片机有着以下几个优点:指定操作的变量选择组合对程序的可读性有着极大的提高;能够更贴切操作者的思维, 易于操作;有着能极好的可移植性, 且适用于较大范围的目标系统等。
4、土壤温湿度测控的软件系统设计
土壤温湿度测控除了必要的硬件设施外, 同时也离不开其软件系统的设施。由于Keil C51单片机软件有运用简便、精确性、使用C语言程序等优点, 因此土壤温湿度测控的软件系统选择Keil C51软件系统。 (1) Keil C51的项目管理。其工程由源文件、开发工具选项和编程说明三部分组合而成。 (2) Keil C51的集成功能。其集成功能包括以下几个作用:集成资源浏览器可以利用符号数据库使得操作者能够迅速地查阅文件;具有文件的寻找功能;能够协调用户的CPU以及其外部程序等。 (3) 软件设计程序流程图。土壤温湿度测控的软件设计程序图如图一所示:
结语
土壤温湿度对于工农业以及我们的社会活动有着极大的联系, 因此对土壤温湿度测控系统设计该课题的探究有着重大的意义。其设计的基本要求为降低其成本的同时保证其测控的进准度。围绕该基本原则, 从土壤温湿度测控的硬件系统设计和软件系统设计两个方面出发进行了详细的说明。使得该系统设计有利于土壤的温湿度测控、有利于我们生活水准的提高。
参考文献
[1]李华:《MSC51系统单片机使用接口技术》, 北京航空航天大学出版社。
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农村配电网智能测控管理系统方案 篇11
关键词：配电网智能；测控管理；系统
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0116-02
我局农村电网覆盖地域较广、用户众多、供区半径较大、用电负荷季节性、时段性强。尤其是台区低压电网，更是点多面广，情况复杂，现有的技术手段和人员数量无法及时准确地掌握配电网的运行状况，随着农村经济社会快速发展，近年农村售电量持续高位增长，居民对供电质量、供电可靠性的要求也越来越高，部分地区农村电网的运行维护水平与人民群众的要求已不相适应，农村配电网的运行维护水平已经不能满足当地经济和社会发展的需要。
1 农村配网主要存的问题
①运行维护人员的数量不足与运行维护的工作量较大的矛盾较为突出。如我局的XX供电所配网组5人要负责71 km10 kV线路，266 km低压线路，68台配电变压器的运行维护工作，工作量可想而知，加之现有的自动化系统与实际结合较差，也增加了工作难度。
②供电可靠性低，供电安全性较差。线路柱上开关和台区总路漏电保护器跳闸后，由于不能远方监控其状态，运维人员不知道用户失电，往往是用户打电话才清楚情况，增加了故障查找时间，降低了供电可靠性。由于10 kV柱上开关不能实现远方操作，在10 kV线路发生接地故障时，确知某处10 kV线路接地的情况下，也需要拉开变电站的总路开关来切断故障，而且在变电站开关无法断开时，需抢修人员到现场断开柱上开关，即降低了供电可靠性，又增加了安全运行的风险。另外，由于台区总路漏保无法在远方监视其运行状态和定值设置，部分运维人员为了减少麻烦，而人为的将定值设置得较大，也增加了安全运行的风险。
③自动化程度低，数据收集原始、落后，不便于有效开展运行分析。由于10 kV柱上开关、总路漏电保护器未实现远方监控，其一定时期内的跳闸信息、运行参数无法有效收集，不便于开展进行分析，直接影响了农网工程的规划和建设。
因此，为了在有效利用现有人员的基础上进一步拓展农村供电所的业务，提高劳动生产率，通过信息技术手段，整合、完善，建设一套能采集配电网管理所需数据的智能系统，真正能够为农村电网实际管理需要提供所需数据，减少运行维护的工作量，进而提高农村电网精细化管理水平就成了当务之急。
2 解决问题的思路和方法
农村配电网智能系统基本需求为实现对10 kV线路柱上开关站、配电变压器、总路漏电保护器和用户在内的集中监视，优化运行控制与管理，达到提高可靠性、提高供电质量、降低线损、减少经营风险、减少运行维护工作量、降低供电成本和为客户提供优质服务的目的。
①为降低建设难度、建设成本，提高实用化水平，根据简阳供电局农网的现状，提出三个点改进需求。
②分步实施。鉴于农网自动化系统涉及面广，资金需求量大，简阳供电局提出分步实施的需求。系统应建成一个开放的、结构化的模式，首先建设系统框架，以后逐步在框架内建设不同的应用。首期工程的主要目标是系统框架建设和改进需求的实现。
③集成现有资源。涉及农配网的信息系统已建成两套，为降低建设成本，提高实用化水平，简阳供电局提出集成现有资源的需求。
调度自动化系统已建成并应用，变电站（含开关站）10 kV馈线、开关站已能实现“四遥”功能，配网自动化系统应能实现与调度自动化系统的数据共享和信息交换。
电能信息采集系统（负荷控制终端）已建成并应用，公用配电变压器、客户专用变压器电量、电压、电流等信息已实现上传，配网自动化系统应能实现与电能信息采集系统进行数据共享，实现对公用配电变压器、客户专用变压器的监视。
④强化对10 kV柱上开关、配电变压器、台区总路漏电保护器的监控。一是通过新装负荷控制终端对10 kV柱上开关进行运行监视，实现遥控、遥信和遥测功能；二是通过台区负荷控制终端对总路漏电保护器的运行状态实现远方监控；三是在实现远方监控的基础上实现开关、漏保跳闸自动报警和变压器过负荷报警功能。
3 解决问题的实践过程描述
①《农村配电网智能测控管理系统》采用“10 kV线路开关状态监测终端”、“10 kV线路故障定位终端”、“智能配变监控终端”实时采集监测点的各种参数，通过GPRS无线网络把采集的数据、信息通过移动公司专线接入的省电力公司前置机服务器上，然后主站服务器快速进行数据分析生成监测统计数据、示意图等。整个系统包括“10kV线路开关状态监测终端”、“10 kV线路故障定位终端”、“智能配变监控终端”、数据专线、前置机服务器、主站服务器、应用服务器几部分组成。同时根据实际应用业务需求，主站系统提供大量分析报表及排序功能。
②整个《农村配电网智能测控管理系统》的主站建设是在农电企业运营功能规范的统一规划下，遵循SG186的统一编码规范的基础上进行建设；主站系统登录可由农电企业门户网站进行统一登录；系统提供接口服务，可与SG186《农电生产管理系统》进行接口，进行数据共享；系统主站，可与现有农村电网电压合格率系统无缝集成，数据共享，统一进行应用分析；系统的基础内容，如线路、台区信息可以与SG186《农电生产管理系统》进行接口，自动调取基本信息，保证系统资料的准确性，同时减少系统操作人员重复录入资料的工作量。
4 主站系统选用条件
主站系统如能满足以下几点要求，可以考虑选用：主站系统的建设必须是在农电企业运营功能规范的统一规划下，遵循SG186的统一编码规范的基础上进行建设；主站系统必须能够与SG186中的《农电生产管理系统》进行接口，进行数据共享；主站系统能够与现有农村电网电压合格率系统进行数据共享，统一进行应用分析；主站系统的基础内容，可以从SG186《农电生产管理系统》调取基本信息。
5 终端选用条件
终端作为实时采集监测点参数的重要设备，在选用终端时，要充分考虑终端的采集容量和传输功能。同时，根据我局农村电网特点，需要的终端必须具有以下功能：可以根据10 kV线路停电情况及线路开关状态统计分析农村中压用户供电可率；能够反应线路故障定位信息，方便及时查找隔离故障，恢复非故障区域供电，最大限度减少供电损失，提高供电可靠率；可以根据采集到的10 kV线路关口及台区总表电能量数据，进行10 kV线损计算和分析，为降低线损提供数据依据；具有自动投切配变负荷开关功能，能够根据台区变压器负荷率、负荷峰值及持续时间、工作温度及时进行操作；能够根据台区功率因数及无功需求，合理自动进行无功补偿；能监测到防盗传感器数据，发出配变防盗警示信息。
6 网络选用条件
考虑到信息安全问题，后台软件的网络连接采用公司内网连接。现场监测设备和后台软件之间的连接可以采用多种方式连接，如GPRS专线连接，短信连接等。
参考文献：
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基于集群的深空测控系统设计策略 篇12
深空测控干涉测量技术作为一种理想的高精度测角手段, 与传统的近地空间探测相比, 具有距离远、延时长、信号衰减大和测量精度高的特点。VL- BI是目前角分辨率最高的天文观测技术[1], VLBI观测所需站数较少、观测方案多样化, 已成为国际上重要的深空测量技术[2,3], 近年来在国内外得到迅速发展并广泛应用。集群技术在大数据量、并行计算处理方面具有高性能、灵活性和扩展性强的特点。基于集群计算平台的深空测控干涉测量系统是VL- BI技术领域的研究热点和趋势[4,5,6,7]。本文主要描述自主研发的基于高性能集群硬件平台的深空测控干涉测量系统, 着重从硬件平台和软件设计模型选取等方面对数据中心的设计策略进行比较详细的描述。
1 系统架构
深空干涉测量系统体系结构如图1所示。
深空干涉测量系统包含深空站、数据中心和管理中心。深空站在指定时间执行深空干涉测量任务, 数据中心收集各深空站获取的数据信息, 实时或事后进行运算处理并完成定轨。深空站和数据中心统一受管理中心的规划和控制。
数据中心的基本功能包括实时收集各深空站的外测数据、气象数据和监控信息, 对数据流进行预处理、相关计算以及综合处理, 得出基线的延迟和延迟率。同时提供事后处理功能, 处理数据量大, 计算强度高, 是整个系统的处理核心[8]。
2 数据中心设计
数据中心系统由数据接收及预处理分系统、相关处理分系统和监控分系统组成, 主要完成数据接收、预处理和数据分发以及相关解算。
整个深空测控干涉测量系统设计过程中, 数据中心的设计是关键和重点。
2. 1 软件系统设计
2. 1. 1 相关并行处理模型
数据中心的数据处理是一个具有高度并行性的运算过程, 具体体现在: ①过程监控、测量管理和相关处理; ②相关处理的FFT; ③不同观测站的接收和处理; ④接收数据预处理与相关处理和综合处理。相关处理是系统的最大计算负载, 软件设计过程中, 在充分考虑节点负载均衡的前提下, 将数据相关的任务放到同一个集群节点上, 利用多线程并行处理算法提高整个中心处理效率。
本系统相关处理采用FX型相关处理机。相关处理先对接收信号进行傅里叶变换再计算互谱。相关处理分系统具有DOR ( Differential One-Way Ran- ging) / DOD ( Differential One-Way Doppler) 快速处理能力、ΔDOR/ΔDOD事后分析处理能力和SBI ( Same Beam Interferometry) 数据处理能力并输出测量结果。现有相关并行处理结构包括: 基线并行结构、观测站并行结构、通道并行结构和时间并行结构[9,10,11]。
基线并行结构中一个相关节点进行一个基线计算, 计算模型简单, 各计算节点处理数据量相同, 节点间通信量少, 便于扩展, 但存在不同基线中对相同观测站数据的多次重复计算。观测站并行结构中对同一站点的相关处理放在同一节点进行, 最后所有相关处理结构汇总到指定的相关节点进行互谱, 通过增加一级相关节点, 每个站的相关处理仅需要在某个节点计算1次, 整体负载得到了减轻。但显著缺点是通信压力增大。以每个站最大64M采样率来计算, 在通信瓶颈处的相关节点的通信量为16. 384 Gbps。
通道并行结构中每个相关节点仅负责处理所有观测站某一子通道的所有基线的数据相关, 不同子通道的数据由不同的相关节点处理。这种结构计算和通信量均较小, 且每个相关节点处理逻辑相对简单, 但这种结构的缺点是当不采用等带宽采样方式时, 易造成各处理节点处理量不均衡; 增加处理节点时需要的调度算法较繁琐; 预处理节点需要将同一时刻的数据分别发送到多个相关节点, 预处理节点处理逻辑相对复杂。
时间并行结构中, 使用Roundbin方式处理数据, 每一个相关节点处理所有基线的某一时间段的数据, 各时间片的数据由不同的相关节点处理。明显优点是计算量小, 每一观测站的数据仅需进行一次时域到频域的变换; 通信量小, 每个数据仅需在网络上传输一次; 相关节点扩展方便, 增加计算节点时, 对调度程序而言只增加一个计算资源, Roundbin处理方法没有改变。这种结构的唯一缺点是每个相关节点需要关注不同通道的处理, 相关节点内部的处理过程稍显复杂, 但相较于其优点来说, 缺点是微不足道的。
分析可知, 基线并行结构和观测站并行结构的缺点突出, 而时间并行结构相较于通道并行结构的优点突出, 本系统设计采用时间并行结构。时间并行结构模型如图2所示。
2. 1. 2 数据预处理功能分配
从站内设备到达数据中心处理设备的基带数据在相关之前需要经过整数比特补偿、条纹旋转、FFT和小数比特补偿4个阶段。一般情况下条纹旋转、FFT和小数比特补偿都在相关节点进行处理。而整数比特补偿有3种方法: 预处理补偿方法、相关处理补偿方法和集中式补偿方法。
在预处理补偿方法中, 预处理节点在获取基带数据后, 根据预处理节点管理的天线位置和目标位置, 采用通用的整数比特补偿惯例, 即将本站信号补偿到地心, 并将补偿后的基带数据以及延迟变化率、未补偿的小数部分发送到相关节点进行进一步处理, 但这种方法具有以下缺点: 同一目标的轨道计算需要在各预处理节点中同时进行, 浪费计算量; 同一轨道数据分布在不同的预处理节点上, 易造成数据不一致; 补偿使用理论模型进行, 在模型重构完成后, 如需要采用闭环补偿, 因模型重构的结果存储在相关管理节点上, 需要相关管理节点再把模型参数传递到预处理节点上, 预处理节点需要在不同的补偿模式间进行切换, 实现逻辑复杂。
相关处理补偿方法中, 预处理节点直接按照观测站的时间将数据分片发送到相关处理节点, 相关处理节点完成整个预处理过程, 预处理所有计算工作转移到相关处理节点上进行, 带来的明显缺点是采样数据得不到有效利用。如数据预处理节点需要充分利用采样数据, 还需保留上一个数据片的数据, 增加了内存负荷和处理复杂度。
集中式补偿方法的基本工作原理是, 相关管理节点根据需要处理的时间段, 为某一预处理节点生成基带数据补偿参数, 并将补偿参数和需要的时间段发送给预处理节点。预处理节点根据整数补偿参数, 在基带采样流内截取合适的基带数据, 并附带整数补偿、小数比特补偿和延迟率发送给相关处理节点, 相关节点接收到基带数据后, 直接对数据进行进一步计算。集中式补偿结构如图3所示。
这种结构中, 所有数据补偿参数均由相关管理节点根据具体工作情况统一生成, 克服了前2种方法的缺点, 预处理和相关处理节点的逻辑复杂性得到减轻。
通过分析, 集中式补偿方法优于其他2种方法, 本项目采用集中式补偿方法进行预处理。
2. 2 系统平台
数据中心是高计算和高数据强度的系统, 使用传统的服务器或工作站单机环境无法满足运算要求。高性能计算 ( HPC) 从软件上通过并行算法, 硬件上通过高性能计算机系统, 完成高性能计算问题。集群技术由于灵活性较高, 扩展性强的特点, 是构建硬件并行计算平台的一种高性价比HPC解决方案。
通过简化模式的保守计算量估算, 数据中心的数据处理约为1 200亿次/s浮点数运算, 最大内部通信量16. 384 Gbps。在硬件平台选取方面, 采用商用工作站或服务器和商用高速网络组件集群系统硬件平台构建计算环境, 能够很好地适应系统的未来扩展要求。
本系统采用得到广泛使用的Linux高性能计算集群。节点通信采用InfiniBand ( IB) 进行连接。IB是由InfiniBand协会开发的体系结构技术, 是一种用于实现基于通道的交换式技术的通用I/O规范, 理论带宽可达30 Gbit/s, 具有高带宽、低延迟的特性, 同时, 硬件承担了原来由CPU完成的许多I/O通信工作, 在处理并发的多路通信任务时没有现有通信协议所固有的额外开销。在无需系统核心层介入的情况下, 能够提供数据拷贝传输, 并使用硬件提供高可靠性和容错性通信, 极大改善了系统的带宽、延迟和可靠性问题。
数据中心硬件平台结构图如图4所示。
3 系统功能
系统能够独立完成月面目标的同波束干涉测量任务, 与VLBI测轨分系统联网实现对月球和深空航天器干涉测量任务, 同时为射电天文观测等无线电科学研究提供服务。具有航天器、射电星信号数字基带转换能力; S/X双频段DOR、DOD干涉测量能力; S/X双频段ΔDOR、ΔDOD干涉测量能力; S/X双频段SBI能力。能够进行双频段DOR、DOD干涉测量计算; 双频段ΔDOR、ΔDOD干涉测量计算; 双频段SBI计算。
数据处理中心软件系统工作于准实时处理模式以及事后处理模式2种模式。直接用户包括: 任务中心、管理中心、站内设备、外部数据相关处理中心和射电天文用户。能同时进行4个测控站、6条基线基带数据的相关处理。
4 测试结果分析
利用仿真数据对系统数据中心的处理能力进行测试, 设置仿真数据生成计算机按照指定信号带宽、信噪比、通道和数据格式生成数据, 再由数据中心处理设备得出结果, 通过将结果与仿真结果比对, 验证数据中心数据处理的准确性。
DOR / DOD精度测试采用的仿真数据生成参数如下:
S频段中心频率: 2 210. 808 MHz / 2 219 MHz / 2 229. 808 MHz / 2 250 MHz;
通道数: 4; 信号形式: USB或单音;
载噪比: 25 dBHz/ 35 dBHz/ 45 dBHz;
延时差: 0, 99. 5 ns; 延时差预报误差: ≤3μs;
延时差变化率: 100 ns/s、1 000 ns/s;
延时差变化率预报误差: ≤10 mHz;
采用同一组参数分别在25 dBHz/ 35 dBHz/ 45 dBHz的载噪比情况下对DOR / DOD精度进行验证。在测试指标与理论值符合的情况下, 后续采用45 dBHz的数据对其他参数下的精度进行测试。
SBI精度测试采用的仿真数据生成参数如下:
中心频率: 8 470 MHz/ 8 479. 768 MHz/ 8 496 MHz / 8 462. 08 MHz;
通道数: 4; 信号形式: USB;
载噪比: 25 dBHz; 信号带宽: 1 MHz;
编帧时的量化位数: 4 bit/ 2 bit/ 1 bit;
延时差: 100 ns; 延时差预报误差: ≤3μs;
延时差变化率预报误差: ≤10 mHz;
不同载噪比的情况下DOR/DOD/SBI精度测试结果数据如表1所示。
载噪比为45 dBHz, 延时差为99. 5 ns的情况下DOR精度测试结果如图5所示。
载噪比为45 dBHz, 延时率为100 ns的情况下DOD精度测试结果如图6所示。
经过分析与测试, 系统各项测量精度及处理时间指标如下:
DOR测量精度及DOD测量精度分别52. 7 cm和0. 4 mm/s, 满足初步设定的优于90 cm和优于1 mm / s的要求。
ΔDOR和ΔDOD的实际测量精度分别达到12. 15 cm和0. 042 mm / s, 满足设定的优于15 cm和优于0. 5 mm/s的指标要求。
系统的SBI的测量精度实测为2. 1 cm, 满足优于3 cm的要求。
5 结束语
详细阐述了基于集群的深空测控干涉测量系统的硬件和软件设计策略。通过对系统数据中心DOR / DOD / SBI的精度测试结果进行分析, 系统具有深空测控任务能力, 在测量精度方面达到了预设标准。结论说明, 采用本文所描述的设计策略开发深空测控干涉测量系统有效可行。
目前系统仍处于内部联试运行状态, 将通过今后的任务实践对系统的处理能力进行更细化的验证。同时, 对数据中心在预处理、相干并行计算等方面的算法作进一步改善。
摘要：针对目前航天领域对深空探测系统的任务需求, 利用集群技术适用于大数据量和并行计算处理的特点, 提出了一种基于集群的深空测控系统的设计和实现策略, 介绍了系统的架构和主要工作流程, 并着重从系统平台选取、相关并行处理模型和预处理方法等方面对系统数据中心的设计策略进行了详细描述。对系统的主要功能和计算能力进行了说明, 并结合系统的精度测试数据, 对系统的性能进行了分析和总结。
关键词：甚长基线干涉测量法 (VLBI) ,集群,深空测控系统
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