新一代运载火箭出厂测试进舱管理系统的应用

赵海龙，徐 寅，肖 冉，刘旭明

(天津航天长征火箭制造有限公司 天津3000457)

新一代运载火箭出厂测试进舱管理系统的应用

赵海龙，徐 寅，肖 冉，刘旭明

(天津航天长征火箭制造有限公司 天津3000457)

设计一种基于新一代运载火箭出厂测试总体网系统，实现了测试过程中的有效进舱管理。以Micros Visual 2012为编辑环境，系统测试前端控制软件和测试后端上电提示软件实现了记录进舱操作人员工作、数据库管理进舱登记、实时发布进舱信息和箭体上电信息等功能。控制软件通过串口通信控制以51单片机为核心的控制模块，实现了实时监控并显示测试现场温湿度数据、发出超差报警信号和进舱指示灯信号等功能。

运载火箭 出厂测试 进舱管理 51单片机

0 引 言

新一代运载火箭长征5号是我国目前研制型号中直径最大、系统最复杂、参与部门最多的火箭。同时，该型火箭涉及的研发和生产人员多，出厂测试过程中的人工操作多，特别是进舱还会穿插进行总装工作。由于出厂测试过程中的状态变化较多，加之厂房空间大，容易导致前后端(测试大厅和测试现场)不能很好地共享信息，从而产生误操作。因此，进舱管理系统的应用就显得特别重要。本文提出了一套基于现有测试网络的应用软硬件设备，保障了火箭测试工作的圆满完成。

图1 系统总体框架图Fig.1 Overall architecture of system

1 总体设计

本系统利用现有测试设备及前后端交换机实现了前端控制软件和后端系统上电提示软件的数据传递。前端控制软件具有系统日志、数据库、完成操作等功能。控制模块作为动作执行机构，完成控制软件下达的操作命令，同时依靠自身的传感器做出逻辑判断发出警告。后端上电提示软件主要完成提示功能，有效保障测试任务。系统结构设计如图1所示。

2 硬件设计

2.1 总体设计

根据进舱管理系统的功能需求，当工作人员进舱时，后端测试大厅上电提示软件发出已有人员进舱提示，同时后端对箭上加电时也在前端控制软件上有所提示且在控制模块上相应报警指示灯应显示。因此，本控制模块硬件设计通过网络与前后端控制软件连接，采用单片机采集上位机发送的时间、日期、控制命令等数据信息，经过转换和处理，通过LED显示电路和指示灯电路输出。增加温湿度传感器，监测测试现场环境，保障测试过程中的温度和湿度，使温度保持在20±5,℃，湿度保持在不大于75%。温湿度经单片机数据处理，显示在LED上，超出这个范围值将会报警。硬件总体框架图如图2所示。

图2 硬件总体框架图Fig.2 Overall hardware architecture

2.2 模块设计

2.2.1 AT89C51

89C51是一种带4,k字节闪烁的可编程可擦除只读存储器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于单个芯片包含了多功能8位CPU和闪烁存储器，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。单片机部分管脚分配如图3所示。

2.2.2 温湿度传感器

图3 单片机部分管脚分配Fig.3 Pin distribution(partial)of SCM

温度传感器使用DS18B20芯片。该芯片体积小并以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力，I/O端口与单片机P2.0连接。湿度传感器使用IH3605芯片。该芯片测量湿度范围为0～100% RH，精度为±2% RH，线性度为±0.5%,RH，可以很好地满足设计需要。同时，由于该湿度传感器输出电压高且线性度好，因此无需进行信号放大，可以将输出信号直接接到A/D转换器上，完成数模转换。这里选择TLC1549十位串行A/D转换器，数据输出DATA与P2.5连接，CLK和EN与P3.4和P3.5连接。

2.2.3 键盘显示报警电路

显示电路模块用于显示当前年、月、日，时间和现场温湿度情况。该电路使用128×64显示屏，D0-D7一端加上拉10,kΩ电阻，一端于P0.0～P0.7连接；RS和LCDEN分别于P2.6和P2.7连接，WS和RD分别与P3.6和P3.7连接。

键盘主要完成在没有及时做进舱记录的情况下，在舱口通过硬件按键的形式达到提示进舱和出舱的目的。该电路由3个按键组成，分别一端接地，一端与P3.2～P3.4连接。

报警电路由蜂鸣器和指示灯组成。单片机P2.1端口经1,kΩ电阻和PNP三极管接蜂鸣器负极。指示灯由发光二极管构成，负极经1,kΩ电阻接电源保持常灭状态，当相应控制端口拉低时才会点亮。

2.2.4 通信接口电路

该电路使用ENC28J60芯片与通过单片机I/O口模拟SPI连接的方式建立以太网通信，用于完成单片机所采集数据信息的网络通信。ENC28J60芯片工作电压为3.3,V，而单片机工作电压为5,V，因此需要在二者之间增加电平转换逻辑。ENC28J60的内部模拟电路需要在RBIAS引脚与地之间外接一个2,kΩ(精度为1%,)的电阻。每个VDD和VSS引脚对都应连接一个0.1,μF的陶瓷旁路电容，该电容应尽可能靠近引脚。该电路使用3.3,V电源，由5,V电压再次经过稳压芯片ASM1117-3.3获得。

串口电路完成上位机软件对单片机的操作指令的传输。该电路使用MAX232芯片，上位机使用DB9接口与硬件电路连接，TXIN与单片机RXT引脚连接，RXIOUT与单片机TXT引脚连接。

3 软件设计

3.1 前端控制软件

该软件采用Microsoft Visual 2012编写，程序界面完全汉化，操作界面如图4所示。该软件有4个操作区域，分别为进舱记录、出舱记录、具体操作和日志信息。①进舱记录主要记录部段名称、舱口位置、进舱单位、携带工具等内容，通过部段负责人确认后生成记录。该记录以Word形式生成，文件名以记录时间命名，也可自行命名。②出舱记录将相应的进舱记录找到保存到同一文件夹，重点记录出舱时携带的工具，再由部段负责人确认填写到该进舱记录中，从而完成一个完整的进舱出舱记录。③具体操作包括5个按键4个指示灯，当完成进舱记录后先要“连接”网络，再点击“进舱”按钮，点亮相应的指示灯。同样，当箭上加电提示后，相应指示灯也会被点亮。岗位负责人确认后，后端软件会收到前端“准备好”的信息，后端设备就可以完成对箭上的加电动作。④日志信息是每1次操作的详细记录。“清空日志”按键可以清空日志信息窗口记录的操作。

3.2 后端上电提示软件

该软件在登录后进入图5界面。其主要完成箭体上电提示警告作用，所以界面较为简单，通过按键箭上加电和断电，完成该软件与前端控制软件通信，以此实现前后端信息沟通提示箭上加电，当得到前端控制软件确认后完成箭上加电动作。当有工作人员进舱后，会弹出窗口作为提示，如图6所示。同样，当工作人员出舱后也会有窗口弹出提示舱内人员已经出舱，这样后端工作人员就可以给箭上仪器上电，继续完成测试任务。

图5 上电提示界面Fig.5 Prompt box of Power-up

图6 舱内有人提示窗口Fig.6 Prompt box indicating people in cabin

3.3 下位机程序

下位机程序在KEIL 3编辑环境使用C语言编辑完成。51单片机在与上位机控制软件连接后通过判断标示参数Lan_meg的值，做出相对应的指令。当Lan_meg＝0，显示当前年月日；当Lan_meg＝1，有工作人员进舱指示灯亮；当Lan_meg＝2，工作人员出舱指示灯灭。当参数Tem＞25、Hum＞75时，将会触发温湿度报警，提醒现场测试人员尽快做出相应措施，保障测试顺利进行(见图7)。

图7 下位机程序流程图Fig.7 Program flow chart of lower computer

4 结 语

新一代运载火箭肩负着我国走向的太空重任，目前xx-5号已完成合练箭，马上就会迎来首飞。因此在进舱管理上就更需要有一套精密完善的管理系统，保障出厂测试的顺利进行。出厂测试进舱管理系统很好地解决了测试前后端因为厂房限制不能及时进行信息沟通的问题，保证了“上电不进箭，进箭不上电”。这对未来出厂测试减少误操作将是一个有力的支撑。

［1］ 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

［2］ 林曌. 基于单片机的温度湿度监控系统[J]. 科技视界，2015(4)：182-183.

［3］ 金华，华进. C#网络编程技术教程[M]. 北京：人民邮电出版社，2009.

［4］ 倪晓军. 单片机原理与接口技术教程[M]. 北京：清华大学出版社，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