新一代運(yùn)載火箭出廠測試進(jìn)艙管理系統(tǒng)的應(yīng)用

趙海龍，徐 寅，肖 冉，劉旭明

(天津航天長征火箭制造有限公司 天津3000457)

新一代運(yùn)載火箭出廠測試進(jìn)艙管理系統(tǒng)的應(yīng)用

趙海龍，徐 寅，肖 冉，劉旭明

(天津航天長征火箭制造有限公司 天津3000457)

設(shè)計(jì)一種基于新一代運(yùn)載火箭出廠測試總體網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測試過程中的有效進(jìn)艙管理。以Micros Visual 2012為編輯環(huán)境，系統(tǒng)測試前端控制軟件和測試后端上電提示軟件實(shí)現(xiàn)了記錄進(jìn)艙操作人員工作、數(shù)據(jù)庫管理進(jìn)艙登記、實(shí)時(shí)發(fā)布進(jìn)艙信息和箭體上電信息等功能?？刂栖浖ㄟ^串口通信控制以51單片機(jī)為核心的控制模塊，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示測試現(xiàn)場溫濕度數(shù)據(jù)、發(fā)出超差報(bào)警信號(hào)和進(jìn)艙指示燈信號(hào)等功能。

運(yùn)載火箭 出廠測試 進(jìn)艙管理 51單片機(jī)

0 引 言

新一代運(yùn)載火箭長征5號(hào)是我國目前研制型號(hào)中直徑最大、系統(tǒng)最復(fù)雜、參與部門最多的火箭。同時(shí)，該型火箭涉及的研發(fā)和生產(chǎn)人員多，出廠測試過程中的人工操作多，特別是進(jìn)艙還會(huì)穿插進(jìn)行總裝工作。由于出廠測試過程中的狀態(tài)變化較多，加之廠房空間大，容易導(dǎo)致前后端(測試大廳和測試現(xiàn)場)不能很好地共享信息，從而產(chǎn)生誤操作。因此，進(jìn)艙管理系統(tǒng)的應(yīng)用就顯得特別重要。本文提出了一套基于現(xiàn)有測試網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟硬件設(shè)備，保障了火箭測試工作的圓滿完成。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖Fig.1 Overall architecture of system

1 總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用現(xiàn)有測試設(shè)備及前后端交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了前端控制軟件和后端系統(tǒng)上電提示軟件的數(shù)據(jù)傳遞。前端控制軟件具有系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)庫、完成操作等功能?？刂颇K作為動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制軟件下達(dá)的操作命令，同時(shí)依靠自身的傳感器做出邏輯判斷發(fā)出警告。后端上電提示軟件主要完成提示功能，有效保障測試任務(wù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)進(jìn)艙管理系統(tǒng)的功能需求，當(dāng)工作人員進(jìn)艙時(shí)，后端測試大廳上電提示軟件發(fā)出已有人員進(jìn)艙提示，同時(shí)后端對箭上加電時(shí)也在前端控制軟件上有所提示且在控制模塊上相應(yīng)報(bào)警指示燈應(yīng)顯示。因此，本控制模塊硬件設(shè)計(jì)通過網(wǎng)絡(luò)與前后端控制軟件連接，采用單片機(jī)采集上位機(jī)發(fā)送的時(shí)間、日期、控制命令等數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和處理，通過LED顯示電路和指示燈電路輸出。增加溫濕度傳感器，監(jiān)測測試現(xiàn)場環(huán)境，保障測試過程中的溫度和濕度，使溫度保持在20±5,℃，濕度保持在不大于75%。溫濕度經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，顯示在LED上，超出這個(gè)范圍值將會(huì)報(bào)警。硬件總體框架圖如圖2所示。

圖2 硬件總體框架圖Fig.2 Overall hardware architecture

2.2 模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 AT89C51

89C51是一種帶4,k字節(jié)閃爍的可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于單個(gè)芯片包含了多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。單片機(jī)部分管腳分配如圖3所示。

2.2.2 溫濕度傳感器

圖3 單片機(jī)部分管腳分配Fig.3 Pin distribution(partial)of SCM

溫度傳感器使用DS18B20芯片。該芯片體積小并以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力，I/O端口與單片機(jī)P2.0連接。濕度傳感器使用IH3605芯片。該芯片測量濕度范圍為0～100% RH，精度為±2% RH，線性度為±0.5%,RH，可以很好地滿足設(shè)計(jì)需要。同時(shí)，由于該濕度傳感器輸出電壓高且線性度好，因此無需進(jìn)行信號(hào)放大，可以將輸出信號(hào)直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。這里選擇TLC1549十位串行A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)輸出DATA與P2.5連接，CLK和EN與P3.4和P3.5連接。

2.2.3 鍵盤顯示報(bào)警電路

顯示電路模塊用于顯示當(dāng)前年、月、日，時(shí)間和現(xiàn)場溫濕度情況。該電路使用128×64顯示屏，D0-D7一端加上拉10,kΩ電阻，一端于P0.0～P0.7連接；RS和LCDEN分別于P2.6和P2.7連接，WS和RD分別與P3.6和P3.7連接。

鍵盤主要完成在沒有及時(shí)做進(jìn)艙記錄的情況下，在艙口通過硬件按鍵的形式達(dá)到提示進(jìn)艙和出艙的目的。該電路由3個(gè)按鍵組成，分別一端接地，一端與P3.2～P3.4連接。

報(bào)警電路由蜂鳴器和指示燈組成。單片機(jī)P2.1端口經(jīng)1,kΩ電阻和PNP三極管接蜂鳴器負(fù)極。指示燈由發(fā)光二極管構(gòu)成，負(fù)極經(jīng)1,kΩ電阻接電源保持常滅狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)控制端口拉低時(shí)才會(huì)點(diǎn)亮。

2.2.4 通信接口電路

該電路使用ENC28J60芯片與通過單片機(jī)I/O口模擬SPI連接的方式建立以太網(wǎng)通信，用于完成單片機(jī)所采集數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)通信。ENC28J60芯片工作電壓為3.3,V，而單片機(jī)工作電壓為5,V，因此需要在二者之間增加電平轉(zhuǎn)換邏輯。ENC28J60的內(nèi)部模擬電路需要在RBIAS引腳與地之間外接一個(gè)2,k?(精度為1%,)的電阻。每個(gè)VDD和VSS引腳對都應(yīng)連接一個(gè)0.1,μF的陶瓷旁路電容，該電容應(yīng)盡可能靠近引腳。該電路使用3.3,V電源，由5,V電壓再次經(jīng)過穩(wěn)壓芯片ASM1117-3.3獲得。

串口電路完成上位機(jī)軟件對單片機(jī)的操作指令的傳輸。該電路使用MAX232芯片，上位機(jī)使用DB9接口與硬件電路連接，TXIN與單片機(jī)RXT引腳連接，RXIOUT與單片機(jī)TXT引腳連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 前端控制軟件

該軟件采用Microsoft Visual 2012編寫，程序界面完全漢化，操作界面如圖4所示。該軟件有4個(gè)操作區(qū)域，分別為進(jìn)艙記錄、出艙記錄、具體操作和日志信息。①進(jìn)艙記錄主要記錄部段名稱、艙口位置、進(jìn)艙單位、攜帶工具等內(nèi)容，通過部段負(fù)責(zé)人確認(rèn)后生成記錄。該記錄以Word形式生成，文件名以記錄時(shí)間命名，也可自行命名。②出艙記錄將相應(yīng)的進(jìn)艙記錄找到保存到同一文件夾，重點(diǎn)記錄出艙時(shí)攜帶的工具，再由部段負(fù)責(zé)人確認(rèn)填寫到該進(jìn)艙記錄中，從而完成一個(gè)完整的進(jìn)艙出艙記錄。③具體操作包括5個(gè)按鍵4個(gè)指示燈，當(dāng)完成進(jìn)艙記錄后先要“連接”網(wǎng)絡(luò)，再點(diǎn)擊“進(jìn)艙”按鈕，點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。同樣，當(dāng)箭上加電提示后，相應(yīng)指示燈也會(huì)被點(diǎn)亮。崗位負(fù)責(zé)人確認(rèn)后，后端軟件會(huì)收到前端“準(zhǔn)備好”的信息，后端設(shè)備就可以完成對箭上的加電動(dòng)作。④日志信息是每1次操作的詳細(xì)記錄?！扒蹇杖罩尽卑存I可以清空日志信息窗口記錄的操作。

3.2 后端上電提示軟件

該軟件在登錄后進(jìn)入圖5界面。其主要完成箭體上電提示警告作用，所以界面較為簡單，通過按鍵箭上加電和斷電，完成該軟件與前端控制軟件通信，以此實(shí)現(xiàn)前后端信息溝通提示箭上加電，當(dāng)?shù)玫角岸丝刂栖浖_認(rèn)后完成箭上加電動(dòng)作。當(dāng)有工作人員進(jìn)艙后，會(huì)彈出窗口作為提示，如圖6所示。同樣，當(dāng)工作人員出艙后也會(huì)有窗口彈出提示艙內(nèi)人員已經(jīng)出艙，這樣后端工作人員就可以給箭上儀器上電，繼續(xù)完成測試任務(wù)。

圖5 上電提示界面Fig.5 Prompt box of Power-up

圖6 艙內(nèi)有人提示窗口Fig.6 Prompt box indicating people in cabin

3.3 下位機(jī)程序

下位機(jī)程序在KEIL 3編輯環(huán)境使用C語言編輯完成。51單片機(jī)在與上位機(jī)控制軟件連接后通過判斷標(biāo)示參數(shù)Lan_meg的值，做出相對應(yīng)的指令。當(dāng)Lan_meg＝0，顯示當(dāng)前年月日；當(dāng)Lan_meg＝1，有工作人員進(jìn)艙指示燈亮；當(dāng)Lan_meg＝2，工作人員出艙指示燈滅。當(dāng)參數(shù)Tem＞25、Hum＞75時(shí)，將會(huì)觸發(fā)溫濕度報(bào)警，提醒現(xiàn)場測試人員盡快做出相應(yīng)措施，保障測試順利進(jìn)行(見圖7)。

圖7 下位機(jī)程序流程圖Fig.7 Program flow chart of lower computer

4 結(jié) 語

新一代運(yùn)載火箭肩負(fù)著我國走向的太空重任，目前xx-5號(hào)已完成合練箭，馬上就會(huì)迎來首飛。因此在進(jìn)艙管理上就更需要有一套精密完善的管理系統(tǒng)，保障出廠測試的順利進(jìn)行。出廠測試進(jìn)艙管理系統(tǒng)很好地解決了測試前后端因?yàn)閺S房限制不能及時(shí)進(jìn)行信息溝通的問題，保證了“上電不進(jìn)箭，進(jìn)箭不上電”。這對未來出廠測試減少誤操作將是一個(gè)有力的支撐。

［1］ 郭天祥. 新概念51單片機(jī)C語言教程[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［2］ 林曌. 基于單片機(jī)的溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 科技視界，2015(4)：182-183.

［3］ 金華，華進(jìn). C#網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)教程[M]. 北京：人民郵電出版社，2009.

［4］ 倪曉軍. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.

Application of Cabin Management System for Ex-factory Test of New Generation Rocket Launcher

ZHAO Hailong，XU Yin，XIAO Ran，LIU Xuming
(Tianjin Aerospace Long March Rocket Manufacturing Co.，Ltd.，Tianjin 3000457，China)

An overall network of cabin management for ex-factory test of new generation rocket launchers was designed，realizing an effective into-the-cabin management during the testing process.Under the development environment of Micros Visual 2012，the system’s front-end control software and back-end testing software realize the functions of the recording of into-the-cabin staff，database management module registration，real-time release of into-the-cabin information and rocket power on information.Through the control of serial communications with 51 single chip microcomputer as the core control module，the control software realizes the real-time monitoring and display of field test temperature and humidity degree，uttering of tolerance alarm signal and into-the-cabin indicator lights and other functions.

rocket launcher；ex-factory test；into-the-cabin management；51 single chip microcomputer

V475.1

：A

：1006-8945(2016)09-0082-03

2016-08-08