新一代運載火箭出廠測試進艙管理系統的應用

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)

新一代運載火箭出廠測試進艙管理系統的應用

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)

設計一種基于新一代運載火箭出廠測試總體網系統，實現了測試過程中的有效進艙管理。以Micros Visual 2012為編輯環境，系統測試前端控制軟件和測試后端上電提示軟件實現了記錄進艙操作人員工作、數據庫管理進艙登記、實時發布進艙信息和箭體上電信息等功能。控制軟件通過串口通信控制以51單片機為核心的控制模塊，實現了實時監控并顯示測試現場溫濕度數據、發出超差報警信號和進艙指示燈信號等功能。

運載火箭 出廠測試 進艙管理 51單片機

0 引 言

新一代運載火箭長征5號是我國目前研制型號中直徑最大、系統最復雜、參與部門最多的火箭。同時，該型火箭涉及的研發和生產人員多，出廠測試過程中的人工操作多，特別是進艙還會穿插進行總裝工作。由于出廠測試過程中的狀態變化較多，加之廠房空間大，容易導致前后端(測試大廳和測試現場)不能很好地共享信息，從而產生誤操作。因此，進艙管理系統的應用就顯得特別重要。本文提出了一套基于現有測試網絡的應用軟硬件設備，保障了火箭測試工作的圓滿完成。

圖1 系統總體框架圖Fig.1 Overall architecture of system

1 總體設計

本系統利用現有測試設備及前后端交換機實現了前端控制軟件和后端系統上電提示軟件的數據傳遞。前端控制軟件具有系統日志、數據庫、完成操作等功能。控制模塊作為動作執行機構，完成控制軟件下達的操作命令，同時依靠自身的傳感器做出邏輯判斷發出警告。后端上電提示軟件主要完成提示功能，有效保障測試任務。系統結構設計如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 總體設計

根據進艙管理系統的功能需求，當工作人員進艙時，后端測試大廳上電提示軟件發出已有人員進艙提示，同時后端對箭上加電時也在前端控制軟件上有所提示且在控制模塊上相應報警指示燈應顯示。因此，本控制模塊硬件設計通過網絡與前后端控制軟件連接，采用單片機采集上位機發送的時間、日期、控制命令等數據信息，經過轉換和處理，通過LED顯示電路和指示燈電路輸出。增加溫濕度傳感器，監測測試現場環境，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%。溫濕度經單片機數據處理，顯示在LED上，超出這個范圍值將會報警。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 模塊設計

2.2.1 AT89C51

89C51是一種帶4,k字節閃爍的可編程可擦除只讀存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于單個芯片包含了多功能8位CPU和閃爍存儲器，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。單片機部分管腳分配如圖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，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力，I/O端口與單片機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，可以很好地滿足設計需要。同時，由于該濕度傳感器輸出電壓高且線性度好，因此無需進行信號放大，可以將輸出信號直接接到A/D轉換器上，完成數模轉換。這里選擇TLC1549十位串行A/D轉換器，數據輸出DATA與P2.5連接，CLK和EN與P3.4和P3.5連接。

2.2.3 鍵盤顯示報警電路

顯示電路模塊用于顯示當前年、月、日，時間和現場溫濕度情況。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做進艙記錄的情況下，在艙口通過硬件按鍵的形式達到提示進艙和出艙的目的。該電路由3個按鍵組成，分別一端接地，一端與P3.2～P3.4連接。

報警電路由蜂鳴器和指示燈組成。單片機P2.1端口經1,kΩ電阻和PNP三極管接蜂鳴器負極。指示燈由發光二極管構成，負極經1,kΩ電阻接電源保持常滅狀態，當相應控制端口拉低時才會點亮。

2.2.4 通信接口電路

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

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

3 軟件設計

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個操作區域，分別為進艙記錄、出艙記錄、具體操作和日志信息。①進艙記錄主要記錄部段名稱、艙口位置、進艙單位、攜帶工具等內容，通過部段負責人確認后生成記錄。該記錄以Word形式生成，文件名以記錄時間命名，也可自行命名。②出艙記錄將相應的進艙記錄找到保存到同一文件夾，重點記錄出艙時攜帶的工具，再由部段負責人確認填寫到該進艙記錄中，從而完成一個完整的進艙出艙記錄。③具體操作包括5個按鍵4個指示燈，當完成進艙記錄后先要“連接”網絡，再點擊“進艙”按鈕，點亮相應的指示燈。同樣，當箭上加電提示后，相應指示燈也會被點亮。崗位負責人確認后，后端軟件會收到前端“準備好”的信息，后端設備就可以完成對箭上的加電動作。④日志信息是每1次操作的詳細記錄。“清空日志”按鍵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，以此實現前后端信息溝通提示箭上加電，當得到前端控制軟件確認后完成箭上加電動作。當有工作人員進艙后，會彈出窗口作為提示，如圖6所示。同樣，當工作人員出艙后也會有窗口彈出提示艙內人員已經出艙，這樣后端工作人員就可以給箭上儀器上電，繼續完成測試任務。

圖5 上電提示界面Fig.5 Prompt box of Power-up

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

3.3 下位機程序

下位機程序在KEIL 3編輯環境使用C語言編輯完成。51單片機在與上位機控制軟件連接后通過判斷標示參數Lan_meg的值，做出相對應的指令。當Lan_meg＝0，顯示當前年月日；當Lan_meg＝1，有工作人員進艙指示燈亮；當Lan_meg＝2，工作人員出艙指示燈滅。當參數Tem＞25、Hum＞75時，將會觸發溫濕度報警，提醒現場測試人員盡快做出相應措施，保障測試順利進行(見圖7)。

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

4 結 語

新一代運載火箭肩負著我國走向的太空重任，目前xx-5號已完成合練箭，馬上就會迎來首飛。因此在進艙管理上就更需要有一套精密完善的管理系統，保障出廠測試的順利進行。出廠測試進艙管理系統很好地解決了測試前后端因為廠房限制不能及時進行信息溝通的問題，保證了“上電不進箭，進箭不上電”。這對未來出廠測試減少誤操作將是一個有力的支撐。

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

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

［3］ 金華，華進. C#網絡編程技術教程[M]. 北京：人民郵電出版社，2009.

［4］ 倪曉軍. 單片機原理與接口技術教程[M]. 北京：清華大學出版社，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