一種基于單片機的微波輻射計的掃描控制裝置及控制方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置及其控制方法。該裝置包括：控制電路部分、天線掃描驅動電路部分和數據采集電路部分，控制電路部分根據系統既定的時序或上位機系統注入的控制指令，控制數據采集電路完成天線不同掃描方位的數據采集；天線掃描驅動電路由總線驅動電路和電機驅動電路組成，電機驅動電路依據上位機注入控制指令，完成對天線掃描方位和速度的控制；數據采集電路由隔離驅動電路、多路選擇器以及Ａ／Ｄ轉換器組成，依據控制電路發出的指令和天線轉動速度，完成數據采集。本發明專利技術的控制裝置對天線掃描速度和天線觀測角度實時控制，并根據天線掃描速度確定數據采集電路的采樣速率，兩者結合靈活性更高，應用范圍更廣泛。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種掃描控制裝置，特別涉及一種用于微波輻射計的掃描控制裝置及其控制方法。
技術介紹
微波輻射計是一種被動式的微波遙感器，用于全天時、全天候地觀測全球大氣溫 度和濕度、水汽含量、降雨量等空間氣象資料，以及地質與資源調查、海洋環境與海況檢測、 災害性天氣預報與檢測等，在大氣探測及海洋觀測中具有重要作用。由于微波輻射計是一 種被動式的遙感器，其靈敏度要求很高；對于微波輻射計的天線掃描控制裝置就要求其具 有速度可調、高分辨率、定位精度高、實時控制等特點。現在多數微波輻射計上使用的通用天線掃描控制裝置，采用周期性連續變速掃描 方式，作為默認的觀測工作模式，掃描周期恒定，對地張角范圍恒定，連續采樣數據點數恒 定。掃描過程依次為勻速(熱源定標)_加速-勻速-減速-勻速(冷源定標)_加速-減 速-勻速(目標觀測)_加速-勻速-減速_(熱源定標)，整個掃描過程所用時間分配固 定。這種掃描控制裝置中，速度不可調節，方位角只有默認工作模式，因而適應能力較差。目前還有一種改進的天線掃描控制裝置是增加定點觀測和勻速掃描兩種掃描模 式，定點觀測模式可以進行對特定目標的連續觀測，勻速掃描模式掃描速率同所述通用天 線掃描控制裝置中默認工作模式的掃描速率一致，不能更改，且沒有將天線掃描速率控制 脈沖接入數據采集電路控制端，從而不能保證天線掃描速率與數據采集速率兩者同步。這 種天線掃描控制裝置改進了上述通用天線掃描控制裝置的不足，適應性提高。但不能實現 對天線轉動方位和速度的實時控制，也沒有將天線掃描速度與數據采集速率兩者相結合， 靈活性與適應性不高。
技術實現思路
為了解決上述兩種通用的天線掃描控制裝置存在的問題，本專利技術的目的在于提供 一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置及其控制方法，與多通道數據采集電路和控制 電路結合，適用于高分辨率、速度可調、方位角實時控制的微波輻射計掃描控制及數據采集 系統。為了實現上述目的，本專利技術提供一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置，包 括控制電路部分、天線掃描驅動電路部分和數據采集電路部分，所述控制電路部分根據系 統既定的時序或上位機系統注入的控制指令，控制所述數據采集電路完成天線不同掃描方 位的各種科學數據和溫度數據的采集；所述天線掃描驅動電路由總線驅動電路和電機驅動 電路組成，該電機驅動電路依據上位機注入控制指令，完成對天線掃描方位和速度的控制， 分為默認工作模式和指定工作模式這兩種工作模式；所述數據采集電路由隔離驅動電路、 一個或多個多路選擇器、以及一個A/D轉換器組成，該數據采集電路依據所述控制電路所 發出的指令和天線轉動速度，完成微波輻射計科學數據和溫度數據的采集。另外，所述天線掃描驅動電路部分由總線驅動電路、電機驅動電路組成，總線驅動 電路接收由所述控制電路產生的步進脈沖控制信號，為其提供足夠大的輸出電流后，將步 進脈沖控制信號傳送給電機驅動電路；電機驅動電路接收來自總線驅動電路的步進脈沖控 制信號，向天線提供轉速節拍脈沖和方向脈沖，并根據所述控制電路輸出脈沖速率實時控 制天線轉速，同時在控制電路中設置計數值，即可實時定位天線觀測角度。另外，將天線掃 描驅動電路的節拍脈沖與所述數據采集電路中A/D轉換器控制端相連，實現控制天線掃描 速度的同時同步控制數據采集的采樣速率。另外，所述控制電路部分由微處理器、總線控制器、譯碼控制接口、程序存儲器、數 據存儲器以及外圍電路構成，其中，所述總線類型根據傳輸距離要求進行調整，采用RS232 或RS485進行傳輸；所述程序存儲器使用PROM或者E2PROM,其容量依據程序而定；所述數 據存儲器根據數據量的不同采用不同容量的SRAM。另外，所述控制電路部分進一步還可以包括看門狗硬件，用于防止軟件跑飛，在程 序發生異常時控制電路盡快恢復工作。另外，本專利技術的基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的控制方法，包括如下步 驟1)控制電路中的微控制器通過串行總線接收遠程計算機指令包，根據注入指令確 定天線掃描驅動電路以及數據采集電路部分的工作模式，采取默認工作模式或指定工作模 式，并給出相應時序，控制天線掃描過程和A/D轉換器進行科學數據和溫度數據的采集；2)當注入指令為默認工作模式時，讀取指令包中的天線掃描速率，由微控制器產 生時序同步控制天線進行周期性連續變速掃描和A/D轉換器進行數據采集，天線步進角度 為固定值1. 8° ；由數據采集電路采集的科學數據和溫度數據通過控制電路中譯碼控制接 口存入RAM，并在一個周期結束后通過總線下傳到遠程計算機；掃描裝置運行過程中，控制 電路中的微控制器可通過中斷及時接收遠程計算機指令包，并終止當前工作模式，下傳當 前RAM數據后，重新分析指令包內容，根據注入指令重新指定天線掃描驅動電路以及數據 采集電路部分的工作模式，并進入新的運行周期；3)當注入指令為指定工作模式時，讀取指令包中的天線運行方向指令、步進角度 指令和運行速度模式指令；將天線運行方向指令以控制電平形式送入天線掃描驅動電路控 制天線順時針或逆時針運行；天線步進角度指令包括2細分、4細分、8細分、16細分、32細 分或64細分；運行速度模式指令包括勻速運行、變速運行、指定角度觀測三者中任一種，并 相應讀取天線勻速掃描速率，天線掃描加速度或天線觀測角度及固定角度觀測時的數據采 集速率；當運行速度模式為勻速運行或變速運行時，由微控制器產生時序同步控制天線掃 描驅動電路和數據采集電路當運行速度模式為固定角度觀測時，微控制器根據注入指令 對天線掃描驅動電路和數據采集分別給出不同時序，控制天線對指定目標進行觀測以及A/ D轉換器對相應科學數據和溫度數據進行采集；由數據采集電路采集的科學數據和溫度數 據通過控制電路中譯碼控制接口存入RAM，并在一個周期結束后通過總線下傳到遠程計算 機；掃描裝置運行過程中，控制電路中的微控制器可通過中斷及時接收遠程計算機指令包， 并終止當前工作模式，下傳當前RAM數據后，重新分析指令包內容，根據注入指令重新指定 天線掃描驅動電路以及數據采集電路部分的工作模式，并進入新的運行周期。本專利技術的一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置及其控制方法的有益效果在于適用于對天線掃描速度與天線觀測角度實時控制的系統，并根據天線掃描速度確定 數據采集電路的采樣速率，兩者完美結合。為了滿足多方面的需求，對通用掃描控制裝置進 行了優化改進設計，使該微波輻射計掃描控制裝置的靈活性更高，應用范圍更加廣泛。附圖說明圖1是本專利技術的基 于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的組成框圖。圖2是構成本專利技術的基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的控制電路結構示 意圖。圖3是構成本專利技術的基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的數據采集電路電 路結構示意圖。圖4是構成本專利技術的基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的天線掃描驅動電 路結構示意圖。圖5是本專利技術的基于單片機的微波輻射計掃描控制方法的流程圖。 具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方案對本專利技術的一種基于單片機的微波輻射計掃描控 制裝置及其控制方法進行詳細的說明。圖1是表示本專利技術的一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置的組成框圖。如 圖1所示，本微波輻射計掃描控制裝置主要由控制電路部分、天線掃描驅動電路部分和數 據采集電路部分組成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于單片機的微波輻射計掃描控制裝置，其特征在于，包括：控制電路部分，天線掃描驅動電路部分和數據采集電路部分，所述控制電路部分，根據系統既定的時序或上位機系統注入的控制指令，控制所述數據采集電路完成天線不同掃描方位的各種科學數據和溫度數據的采集；所述天線掃描驅動電路部分，由總線驅動電路、電機驅動電路組成，總線驅動電路接收由所述控制電路產生的步進脈沖控制信號，為其提供足夠大的輸出電流后，將步進脈沖控制信號傳送給電機驅動電路；電機驅動電路接收來自總線驅動電路的步進脈沖控制信號，向天線提供轉速節拍脈沖和方向脈沖，并根據所述控制電路輸出脈沖速率實時控制天線轉速，同時在控制電路中設置計數值，即可實時定位天線觀測角度，另外，將該天線掃描驅動電路的節拍脈沖與所述數據采集電路中Ａ／Ｄ轉換器控制端相連，實現控制天線掃描速度的同時同步控制數據采集的采樣速率；所述數據采集電路，由隔離驅動電路、一個或多個多路選擇器、以及一個Ａ／Ｄ轉換器組成，該數據采集電路依據所述控制電路所發出的指令和天線轉動速度，完成微波輻射計科學數據和溫度數據的采集。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張瑜，張升偉，孫波，李丹娜，
申請(專利權)人：中國科學院空間科學與應用研究中心，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]