时间：2023-07-24 17:06:03
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇航空航天测控技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：物理；航空航天；问题；探讨
中国航天事业的蓬勃发展也给我们的高考命题提供了很好的素材。2008年发射"神舟七号"，航天员出舱在太空行走；2011年8月，"嫦娥二号"成功进入了绕"拉格朗日点"的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家；"神州八号"飞船与"天宫一号"目标飞行器成功实施了首次交会对接等，都给了我们非常生动的情境。下面我就从航天技术的发展历程、载人航天工程七大系统等方面来研究航空航天中的物理问题，具体如下：
一、航空航天技术的发展
人类很早就有了航天的思想，我国古代流传的"嫦娥奔月"、"吴刚砍桂"等传说故事，就是对人类航天理想的生动描绘之一。当然，人类真正实现这种理想是到19世纪末才开始起步的.从那时起，相继涌现出俄国的齐奥尔科夫斯基，美国的戈达德和德国的奥伯特等富于探索精神的航天先驱者。俄国的奥尔科夫斯基最早从理论上证明用多级火箭可克服地球的引力而进入太空，建立了表征多级火箭理想速度的著名的齐奥尔科夫斯基公式。而且他肯定了液体发动机是航天飞行器最适宜的动力装置。美国的戈达德是液体火箭的创始人。他曾指出，要克服地球引力，火箭必须具有每秒79公里的速度。他在1921年开始研制液体火箭发动机，1926年3月16日，他研制的液体火箭飞行成功。德国的奥伯特也是最早的火箭和航天的理论家和实践者。1923年奥伯特论述了火箭飞行的数学理论，并对火箭结构和星际飞行提出了许多新观念。到了1942年10月3日，德国太空协会的青年专家布劳恩领导的航天研究小组，经过艰苦的探索，在总结历次失败教训的基础上，终于发明了再生冷却式燃烧室和燃气舵等新技术。采用这些新技术，终于获得弹道导弹（V-2）的发射成功[1]。从而在工程上实现了航天先驱者的技术思想，取得向地球引力挑战的胜利，并对后来大型火箭的发展起到了继往开来的重大作用。堪称是人类航天发展史上的一个里程碑。
第二次世界大战后，前苏联和美、法、日、加拿大、澳大利亚等国家，都先后发射了探空火箭，创造出发射393公里高度的纪录，获得了许多高层空间的宝贵资料，为发展航天奠定了科学基础。经过10多年的艰苦探索之后，于1957年10月4日，前苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入大气层外的运行轨道，开创了人类航天史的新纪元。以后，美、英、法、日和中国、印度等国均成功地发射了人造卫星。自60年代中期开始，卫星的发展便从探索试验转入实用阶段。如今，人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星巳超过2500颗，它们在经济、军事和科研中发挥了非常大的作用。
随着航天技术的发展，人类不断刷新航天纪录.创造出一个个惊人的奇迹。诸如：1961年4月12日开辟了载人航天的成功之路；从1959年开始又开创了对月球的探测和人类登月考察的新篇章；自70年代起，人类对太阳系中的行星先后进行了探测，前苏联和美国并相继在空间建立了航天站；80年代初又发明了能重复使用的航天飞机等等。这些令人鼓舞的成就，对航天技术及其它科学领域的发展都具有深远的历史意义。
二、物理在航空航天中的应用
（一）火箭推进原理
所有航天器的发射都依靠火箭技术，而火箭的飞行是遵循着质点系动量定理和动量守恒的。竖立在发射架上的火箭本身带有燃料和氧化剂，火箭在发射前总动量为零，当点火燃烧后，高温高压的气体不断从火箭尾部的喷管往后喷出，从而使火箭获得向上的巨大推力，克服自身的重力，向太空冲去。下面我们看一下火箭所受的推力大小和火箭的运动速度。
（二）火箭的速度
火箭是依靠连续不断的喷出大量质量m极小的燃料气体才得到连续平稳的加速上行。为了进一步说明火箭在这一过程中获得的速度，先不考虑地球的重力作用，将质量为M的火箭中的燃料燃烧后喷出的燃料气体看成质量为m（远小于M）、相对火箭速度为u的细小弹丸，由于火箭不受任何外力，因此火箭系统总动量守恒，当弹丸以速度u向后喷出，火箭就获得与弹丸等量而方向向前的动量，由于燃料不断燃烧，火箭体的质量就不断减小，因而火箭是一个变质量体系，我们用动量守恒来计算火箭最后得到的速度。
（三）多级火箭
从以上的分析可知，要想航天器上天，至少要获得7.9km/s 的速度，而要到达其他行星或是其他星系，则需要更大的速度。要想火箭得到大的速度，就必须增大燃料气体的喷射速度u和增大质量比M/Me。我们先看燃料气体的喷射速度，它受到诸多因素的影响，一种液态的常规燃料是偏二甲肼（ H-N-N-CH3）加四氧化二氮（N2O4），燃料后气体的速度u接近2km/s，另一种非常规的燃料（如液氢加液氧）做推进剂，其喷射速度可达4km/s。同时由于火箭上所装载的仪器设备等的影响质量比M/Me 也有所限制，大约在10到20之间[2]。在这样的条件下，我们可以对一级火箭所能达到的末速度做一估计，其速度必须达到10.8（km/s）这并不是火箭真正能达到的速度，必须考虑地球引力和空气阻力的影响等，所以最终的单级火箭的速度只可能达到7km/s左右，小于第一宇宙速度7.9km/s，无法将航天器送上天。
实际的火箭通常为多级火箭，是用多个单级火箭经串联、并联或串并联（即捆绑式）组合而成的一个飞行整体。
三、载人航天工程七大系统
（一）航天员系统
载人航天首先要有航天员及其上天飞行的保障设施。这是一个航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统。它涉及航天生命科学和航天医学等领域，包括航天员的选拔训练、航天员的医学监督保障、 航天员的一样食品、航天员飞行训练模拟等分系统。
（二）载人飞船系统
飞船是载人航天的核心部分，它为航天员和有效载荷提供必要的生活和工作条件，保证航天员进行有效空间实验和出舱活动，并安全返还地面。
（三）运载火箭系统
运载火箭是把载人飞船安全可靠送入预定轨道的运载工具。包括箭体结构、动力装置等10个分系统，特别是增加了载人所需的故障监测分系统和逃逸救生分系统。
（四）飞船应用系统
载人航天工程最终是为了应用，创造效益，因此飞船应用系统是备受关注的部分。它利用载人飞船的空间试验支持能力，开展对地观测、环境监测、生命科学、材料科学、流体科学等试验，安装有多项任务上百种有效载荷应用设备。
（五）测控通讯系统
当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时，需要靠测控系统通信系统保持天地之间的经常联系，完成飞船遥测参数和电视图像的接受处理，对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理，这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成、执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制，航天员逃逸控制等任务[3]。
（六）发射场系统
神舟号飞船的发射场选在酒泉卫星发射中心，发射场系统由技术区、发射区、试验指挥区、首区测量和航天员区组成，形成火箭、飞船、航天员从测试到发射以及上升段、返回段测量的一套完整体系。
（七）着陆场系统
载人航天这路着陆场系统包括主、副着陆场，陆上应急援救、海上应急援救、通信测量、航天员医保等部分。
四、结束语
中学物理考察的内容一直与当前航空航天紧密联系在一起，充分体现了其注重能力与科学素养、理论与实际相结合的特点和要求。物理学的研究，与其它学科之间有者显著的不同，其无论是概念的建立还是规律的发现、概括，都需要思维的加工，与一般的思维过程相比较，在共性之中，物理学科的思维又有其个性。所以需要我们静下心来，准确把握各个知识点之间的联系与区别，举一反三，最终做到融会贯通、灵活多变。
北京航空航天大学比较好的专业如下：
探测制导与控制技术，电气工程及其自动化，电子信息工程，飞行器设计与工程，飞行器动力工程，数学与应用数学，机械工程及自动化，测控技术与仪器，通信工程，软件工程，其中软件工程包含3个专业方向。
（来源：文章屋网 ）
1、化学工程与工业生物工程：680分；
2、测控技术与仪器：688分；
3、材料科学与工程：688分；
4、水利水电工程：688分；
5、核工程与核技术：688分；
6、航空航天工程：690分；
7、能源与动力工程：690分；
8、软件工程：690分；
9、工程物理：691分；
漫漫奔月路
2007年10月24日，北京时间晚六点零五分，亿万中国人通过电视和互联网，和数千在四川省山州西昌卫星发射中心现场的观众一道，目睹了“嫦娥一号”绕月探测卫星搭载三号甲运载火箭，在细雨后的天穹腾空而起。
火箭发射几乎整整24小时之后，25日晚6时左右，“嫦娥一号”完成了首次变轨，将其轨道由近地点205公里、远地点50930公里，变为近地点约600公里的绕地轨道。
据悉，首次变轨为远地点变轨，即只提高绕地轨道的近地点高度。从10月26日至31日，“嫦娥一号”还会进行三次至关重要的近地点变轨，将其远地点逐渐从目前的5万公里左右，提高到从地球向月球的转移轨道。
在经历了发射首日的星箭分离以及成功进入地球轨道、展开未来提供能量的太阳能帆板之后，对于“嫦娥一号”而言，一系列的考验也刚刚开始。
也就是说，如果一切顺利，“嫦娥一号”在发射一个星期之后，才算完成“预热”，真正踏上奔月之路。
“这几次变轨，尤其是10月31日的最后一次变轨，对于整个工程的成败至关重要。如果‘枪口’没有对准靶子，怎么可能命中目标？”中国空间技术研究院有关专家对《财经》记者表示。
之所以选择通过多次变轨，而不是直接飞向月球，是为了最大限度地利用地球引力对飞行器进行加速，从而节约其自身所携带的宝贵燃料。这也是发射深空探测器的“惯例”。因为一旦燃料耗尽，就意味着这一飞行器的寿命再也难以掌控。
不过，即使顺利通过这个关口，也远没到可以松一口气的时候。
在从地球到月球的漫长路途中，工作人员还必须多次调整航向，以保证月球始终处于“靶心”位置。而在接近月球时，还要经过连续三次刹车，才能把“嫦娥一号”真正稳定在距离月球表面200公里的轨道上。
截至10月26日，“嫦娥一号”的整个飞行过程一切正常。但之前累计只有半数的全世界探月成功率，仍然使得人们不敢过分乐观。
也许，只有等到了11月7日，当“嫦娥一号”真正进入了绕月轨道之后，才能对成败做一个初步的判断。甚至这一时间还要推迟到11月下旬，看届时卫星能否顺利传回第一张月球图像。
从发射到进入常规工作状态，无论对于工作人员还是公众，注定是一个漫长的过程。以日本于9月14日刚刚在种子岛航天发射中心发射的“月亮女神”绕月探测器为例，一直到10月21日，日本航空宇宙开发机构（JAXA）才宣布其进入了常规的绕月观测状态运行。
而最终做出判断，也许还要再等上一年多的时间。按照设计，“嫦娥一号”将在轨工作一年；其最终的归宿，很可能要根据其实际运行情况稍后再做出取舍。
“亚洲时间”
此次“嫦娥一号”上，搭载了六套共计24件仪器，它们除了将对月球表面进行三维立体成像，还将对月球上14种元素的含量和成分以及月壤厚度等进行探测。此外，在奔月过程中，其携带的仪器还将通过对于太阳风等的测量，更多地了解地球和月球之间的环境变化。
在中国之前，前苏联、美国、日本和欧盟先后成功发射了月球探测器。但作为中国自主走出地球的第一步，“嫦娥”探月如果能成功，仍是一种巨大的进步。
美国航空航天局喷气推进实验室（JPL）资深研究员、著名的华裔科学家邹哲在接受《财经》记者采访时认为，一旦“嫦娥一号”获得成功，对于中国将是“一个重要的里程碑”。邹曾在美国发射的“星尘号”（Stardust）彗星探测器中，担任设计者和副首席科学家职务，并刚刚在今年夏天荣获美国航空航天局颁发的“特殊科学成就奖”。
中国科学院院士、天文学家、国家天文台名誉台长王绶接受采访时也表示，“嫦娥一号”的成功，表明“中国航天事业由此迈上一个新的台阶”。
如果说始于20世纪50年代后期的那一轮“月球竞赛”充斥着美苏“冷战”色彩，那么这一轮月球探测热潮，毫无疑问带着鲜明的“亚洲特色”。
前国际月球探测工作组主席、印度国家科学院名誉科学家班达瑞（Narendra Bhandari）对《财经》记者透露，印度首个月球探测器“月球初航一号”（Chandarayaan-1），按照计划也将于2008年4月正式发射升空。目前，班达瑞也是“月球初航一号”科学顾问委员会成员之一。
这意味着，如果一切顺利，到2008年夏天，围绕月球轨道运行的三个探测器，将全部来自亚洲国家。因为欧洲空间局于2003年发射的首个月球探测器“聪敏一号”（Smart-1），已经于去年结束了使命；而美国的“月球勘探者轨道探测器”（LRO），美国航空航天局（NASA）科学项目委员会副主任科琳哈特曼（Colleen Hartman）表示，要等到2008年10月才能正式发射。
在班达瑞看来，今天探月热潮重来并不偶然。在对过去半个世纪的探索进行消化和吸收之后，人们已经逐渐明白探测月球到底要解决哪些问题，以及如何围绕这些真正的任务来精巧地设计仪器，比如研究月球的矿物成分，以及精确描绘月球表面等。如日本，在“月亮女神”上携带了两颗更小的卫星，以便更好地对月球的重力分布以及磁场进行观测；印度的“月球初航一号”也将携带一个撞击器，以观察其整个下落过程。
北京大学地球与空间科学学院教授焦维新表示，中国发射“嫦娥一号”完全是处于科研目的。欧洲空间局（ESA）的科学项目主管索思伍德(David Southwood)也认为，由于现在全球的军事对抗远没有冷战时期那么激烈，因此，中国完全出于中国军事目的而探月的可能性“已经非常小了”。
但他同时强调，中国和印度这两个亚洲新兴“巨人”，都希望通过这样的太空探测活动，向全世界展示自己的科技能力，并且凝聚整个国家的民族自豪感。
实际上，类似月球探测这样的太空项目，从来不像一个单纯的科学项目那么简单。从最初的“冷战”时期的军事诉求，到现在的民族和国家凝聚感的指引，都是一个顺理成章的过程。
“到月球去是非常遥远而困难的任务，中国将其作为一个展示自己技术与实力的舞台，也是很自然的事情。”美国科学院院士、夏威夷大学教授杰威特（David Jewitt）对《财经》记者补充道。
走向“大合作”
2006年夏天，中国国家航天局局长孙来燕在“第八届国际月球探测与利用”大会的开幕式上公开表示，中国的探月工程将成为一个“开放的项目”（open project）（参见《财经》2006年第16期“‘月球竞赛’重来”）。
尽管“嫦娥一号”上并未搭载任何其他国家的科学仪器，但这种国际合作已经开始了：欧空局在“聪敏一号”上的经验，已使得中国受益匪浅，尤其是在远程测控方面。对数十万公里之外的目标进行准确测控，仅仅依靠中国自己的网络显然是远远不够的。
在邹哲看来，国家之间必要的太空探索竞争，有利于保持整个领域必要的活跃程度。但合作的重要性，在业内人士看来远远超过各自为战的竞争。
杰威特明确指出，在一个自由市场上，当然可以推行“优胜劣汰”的竞争性法则。问题在于，人类对于太空的探索，从来都不是一个单纯的经济行为。比如，美国已经几乎探测过整个太阳系，但即使这样一个超级大国，也无法承担所有的工作，哪怕仅仅是实现到2018年“重返月球”目标，更不用说更加恢弘的火星计划了。
因此，美国航空航天局科学项目委员会副主任科琳哈特曼对《财经》记者表示，在今年10月访问俄罗斯期间，其局长格里芬（Michael Griffin）已经正式邀请俄罗斯这个昔日的“对手”，参与即将于明年发射的“月球勘探者轨道探测器”项目。
此外，美国还分别在日本和印度的探月计划中搭载了自己的仪器，以更全面地了解月球。
与中国、印度乃至日本相比，美国的月球计划在一个高得多的水平线上。迄今为止，除了美国，这三个国家还都没有明确的载人登月计划。中国正处在研究中的“嫦娥一号”二、三期工程，也仅仅把目标锁定为探测器着陆、月面巡视以及无人采样返回等。
不过，在索思伍德看来，这并不影响各个国家在探月上的合作。
“不同国家可以有不同目的，并不妨碍大家为一个共同的目标而努力。”他补充道。而这个共同的目的，显然是为了更好地认识月球，从而更好地认识地球、我们所处的太阳系，乃至整个浩瀚的宇宙。
2006年9月，格里芬访华期间曾表示，美国和中国在月球探测方面，还没有明确的合作计划。
在“嫦娥一号”顺利发射升空之后，美国航空航天局新闻发言人在接受《财经》记者采访时，仍然强调中美之间无论是在载人登月或者无人登月方面，迄今为止都没有明确的合作计划。能否取得积极进展，这位发言人表示，“将取决于中国能否在美国担心的一些问题上采取进一步的举措，比如如何防止太空技术扩散等。”
格林尼治时间2008年4月28日5时，一枚俄罗斯、乌克兰合作研制的Zenit3SLB型火箭从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场起飞，将携带的以色列新一代通信卫星Amos3送上太空。火箭飞行约7小时20分钟后，星箭飞离，卫星被送入预定的地球同步转移轨道。不久，地面测控站接收到卫星第一次发送的信号，数据显示，Amos3卫星各系统运行正常，这次商业发射获得成功。
这次发射服务，由上海发射公司（Sea Launch）及其合作企业――俄罗斯空间国际服务有限公司（SIS）实施。令业界关注的是，这次发射是新型火箭Zenit3SLB的首次发射。发射原计划在4月24日进行，但由于在发射倒计时阶段地面发射系统出现技术故障，发射被中断，并延期4天实施。
Amos3卫星由以色列国企―航空航天工业有限公司旗下的MBT公司为卫星运营商以色列空间通信有限公司（Spacecom）建造，造价约1.7亿美元，其中卫星携带的2个Ka波段和12个Ku波段转发器以及4个天线的系统由法国泰蕾兹・阿莱尼亚宇航公司（TAS）提供。Amos3卫星发射重量1270公斤，在轨设计寿命15年，未来将在大西洋上空40W轨位上接替寿命将在2008年底终止的Amos I卫星服役，并与现在轨的Amos2卫星共轨位运行，更好地为中东、欧洲及美国东海岸等地区提供DTH数字电视、因特网、宽带通信以及其它多媒体内容服务。
Spacecom公司称，Amos3卫星是世界上性能先进的通信卫星之一，设计有固定波束和可操纵波束，可提供全球覆盖，从而灵活地满足公司客户的需求，特别是可以为中东、欧洲与美国东部的通信连接架起“桥梁”。另据来自以色列官方的消息，为了纪念今年5月以色列独立60周年，Amos3卫星不久将改名Amos60卫星。
据介绍，以色列Spacecom公司运营的Amos卫星星座由Amos3、Amos2和Amos1卫星组成。该卫星系统现在40W轨位上为欧洲、中东及美国东部的DBS/DTH服务运营商、因特网服务供应商、广播公司、电信公司等商业客户以及政府机构提供高质量的广播和通信服务。Spacecom公司的主要股东包括Eurocom公司、以色列航空航天工业有限公司(IAI)、通用卫星服务公司和Mer服务集团公司。
业界专家指出，Zenit3SLB火箭是一种新型的三级液体燃料火箭，实际上是现用于海上发射平台的Zenit3SL运载火箭的改进版本。基于此，Zenit3SLB火箭第一、二级仍然采用乌克兰研制的、现用于Zenit3SL火箭的前两级，而上面级及整流罩由俄罗斯按照中型火箭的要求对原先用于Zenit3SL火箭的相关部件进行多处修改，包括减轻其自身重量等。相对于Zenit3SL火箭用于海上发射重型通信卫星而言，Zenit3SLB火箭则用于陆上发射中小型通信卫星以及低轨道的环地大型卫星等有效载荷。据称，该型火箭可以将1.6吨以下的有效载荷直接送入地球同步轨道，或将3.6吨以下的有效载荷送入倾角23.2°的标准同步转移轨道。而两级版本的Zenit3SLB火箭是发射环地低轨道大型卫星等有效载荷的最佳选择之一，它可以将14吨以下的有效载荷送到国际空间站的轨道，或将超过4.5吨的有效载荷送入太阳同步轨道。
据悉，下一次Zenit3SLB火箭的发射服务，预计在今年夏季晚些时候实施。而Zenit3SLB火箭的下一次海上发射，将安排在今年5月，届时，海上发射公司将用Zenit3SL火箭为Intelsat有限公司发射Galaxy18通信卫星。■
【关键词】温度传感器；AT89C51；ds18B20；温度检测
0.引言
AT89C51单片机具有灵活、方便、便宜等优点。因此，该芯片在现代工业中得到了广泛应用。本文采用AT89C51作为中心处理器，设计了一个简易的温度检测系统。该系统能够测量0℃～50℃范围的温度，并且利用十进制显示温度值，当温度超过50℃时，系统产生报警指示。
（设计中为方便计算和测量，选用0℃到100℃的量程和50℃的报警温度值，由于该系统最终需要投入到电缆温度监测中，实际时可以根据需要调整。）
1.系统硬件设计
温度传感器将外部温度转换为模拟电流信号，在AT89C51 的控制下将转换后的数字信号送入LM016 液晶显示屏。在监测电缆过程中，正常情况显示屏显示：normal，当温度超过一定值时系统会自动报警，指示当前温度过高，并于显示屏上显示：danger；当超过危急温度时将自动断开电缆。当温度超过上限系统会以红灯形式报警并断开电缆，指示当前温度过高。
（1）温度传感器的选择
温度传感器是该系统的关键器件，本文选择的是ds18B20，选择依据就是ds18B20为数字芯片，内置结构完整，不需要A/D转换，易于检查和设计。其内部结构如图2所示。
（2）AT89C51的资源分配
根据AT89C51要实现的功能，需要对AT89C51的I/O端口功能分配，中断资源分配和片内RAM资源分配。仿真里P0引脚输出到液晶显示板。P1引脚用了4个，P1.0，P1.1，P1.2用于预设温度预警值，P1.3用于控制三极管和relay继电器（整个可以称为过高温度保护），P2用于读写LCD的显示数据和接受传感器。
2.软件设计
本文采用AT89C51 作为核心处理器件，其软件设计需要实现三部分功能：
（1）ds18B20为信号采集器；
（2）温度显示：采用LCD液晶显示屏显示当前温度；
（3）报警指示：将ds18B20面板上显示的温度值与设置值比较，若当前温度值越过第一限制值，则产生危险信号，若超过第二限制值，则继电器响应并断开整个报警系统与电缆之间的连接以保护报警系统。AT89C51具体设计图如图3所示。
3.结束语
经过模拟测试，在温度正常的范围内，系统读取的温度数与普通温度计的读数基本一致，符合系统要求。在室内温度升高超过一定值时，系统读数显示正确并且报警指示灯点亮。该温度检测系统电路简单，稳定性好，调试方便，价格低廉，经我小组成员进一步完善改进之后对于测控电缆并对温度报警具有一定的实用价值。
参考文献
[1]Analog Devices.AD590 Sheet[Z].http：//.
[2]Analog Devices.AD574 Sheet[Z].http：//.
[3]王幸之.A T89 系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
基础知识结构应用领域
目前单片机已渗透到我们生活的各个领域，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机……单片机到底是什么呢？就是一个电脑，只不过是微型的。麻雀虽小，五脏俱全：它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU、内存、并行总线、还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能相对于我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过十元即可用它来做一些控制电器之类不是很复杂的工作了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。它主要是作为控制部分的核心部件，是一种在线式实时控制计算机。在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机（比如家用PC）的主要区别。
一、单片机基础知识
1、中央处理器：单片机中的中央处理器 CPU和通用微处理器基本相同，由运算器和控制器组成，另外增设了“面向控制”的处理功能，增强了实时性。
2、存储器：单片机中的存储器 ROM和 RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而 RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在 ROM中，而把少量的随机数据存放在 RAM中，这样，小容量数据，存储器能以高速 RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上 RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。
3、并行 I/O口：单片机为了突出控制的功能，提供了数量多、功能强、使用灵活的并行 I/O口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出，还可作为系统总线或控制信号线，从而为扩展外部存储器和 I/O接口提供了方便。
4、串行 I/O口：高速的 8位单片机都可提供全双工串行 I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连接。
5、定时器/计数器：在实际的应用中，单片机往往需要精确地定时，或者需对外部事件进行计数，因而在单片机内部设置了定时器/计数器电路，通过中断，实现定时/计数的自动处理。
二、单片机的特点
单片机独特的结构决定了它具有如下特点。
1、高集成度、高可靠性：单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的 CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在 ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。
2、控制功能强：为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力、I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。
3、低电压、低功耗：为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V—1.6V，而工作电流仅为数百微安。
4、优异的性能价格比：单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用 RISC流水线和 DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破 64KB的限制，有的已可达到 1MB和 16MB，片内的ROM容量可达 62MB，RAM容量则可达 2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。
三、单片机的应用领域
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为以下几个范畴：
1、在智能仪器仪表的应用：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计、示波器、各种分析仪）。
2、在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
3、在计算机网络和通信领域中的应用：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。
4、在医用设备领域中的应用：单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。从医疗仪器领域来看，除了新的传感检测技术不断运用推广之外，对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。这就要求现代的医疗仪器具备更强大的计算和存储能力，以及更稳定可靠的性能。另外医疗仪器作为一个特殊的行业又要求设备能够达到更高级别的环保要求。如何进一步地智能化、专业化、小型化，同时做到低功耗、零污染，将会是一个无止境的追求过程。这为单片机在医疗仪器中的应用提供了更广阔的天地和更高的要求。
单片机改变了我们的生活，纵观我们现在生活的各个领域，例如在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师，种种迹象表明，单片机有着广阔的应用前景。
参考文献：
[1]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.航空航天大学出版社，1990.
测控技术在这些建筑的设计施工中都起到了很重要的作用，这种作用并不是简单地体现在测量某一个点的位置、控制某些变化参数这样的问题上，更多地是将测控技术运用在更加精确、敏感度更高的监控与施工中，以下就几方面阐述一下测控技术在工业建筑上的应用。
1测控技术在工业建筑上的应用
工业建筑一般都需要一些桁架结构的厂房、车间，这些的跨度都比较大，一般会采用桁架结构的形式，而由于建筑使用功能的要求，桁架结构的跨度不断增加。由此造成的后果之一就是抗震性能不断减弱。良好的抗震性不仅在这样的桁架厂房、车间中很重要，在航天领域也有着相当重要的地位。对于大跨度的桁架结构振动的研究，在测控技术,尤其是传感器的快速发展的背景下，取得了很大的进步。利用传感器来控制桁架振动的技术逐渐发展成为智能桁架结构，虽然这主要是应用在航空航天领域中的，但是对于其他性质的建筑，也是一个很好的、可以借鉴的方法,在这种结构中所应用的有压电材料、光纤材料等新型材料，而使用范围最为广泛的是压电材料，它所具有的良好性能很适合控制桁架的振动。主要的工作原理就是将桁架振动时产生的变化转变成电能，然后传输到相关的控制部件中进行控制。这样不仅控制地迅速、有效，还没有大的噪声，对声环境污染小。虽然智能桁架结构的发展还不够成熟，在工业建筑上的应用也很有限，但是我认为这是测控技术在工业建筑应用上的一个很好的发展方向，应该引起大家的重视。
2测控技术在高层建筑的应用
比萨斜塔闻名于世，但是如果现实中的高层建筑像比萨斜塔一样存在，我想会有很多人都不敢接近，更不要说在里面生活学习了。因此，在建造高层建筑时，最重要的一个问题就是要保证高层建筑的垂直。这既包括建筑与地面基准的垂直，又包括每一层与每一层之间的垂直，随着高层建筑高度的增加与立面造型的变化，保持垂直的难度也就越来越大，而现在主要是由测控技术来保证建筑的垂直度的，因此对于测控技术的要求、测控技术与建筑的融合要求也就越来越高。在对高层建筑的垂直方向校正这一问题上，运用测控技术时一定要遵守以下几点：首先，要符合相关的规范，这既有国家制定的关于高层建筑本身的指标标准，也有使用相关测控仪器时需要注意的问题；其次，在测量过程中一定要严格，尽量减小误差，要校正精准；最后，要由相关部门进行严格的检测。这几点都要切实保证，才会让测控与施工人员感觉到强制性，才不会发生由于人为失误造成的损失现象。在测控过程中，主要需要测控轴线的垂直，这是基准所在，为了保证轴线没有误差，通常要对地基的承载力进行检测、反复验算，还要进行相应的抗滑移程度、抗倾覆程度进行验算，这些都是缺一不可的，当然，以上所说的只是最基本的测控，真正的建造过程中还会有很多细微之处需要注意。
3测控技术在钢结构建筑中的应用
钢结构由于自身良好的性能被越来越多的运用到建筑结构中，测控技术在钢结构的安装中的应用主要集中在对钢立柱的测控上。测控技术最核心的任务就是要保持立柱轴线的垂直，并且要在立柱上标示出标高线，在安装每一个部件时，都要保证上一步的正确与稳固。在对钢立柱进行了定位轴线放线工作后，要对结果进行检测、验证，校正，要切实保证钢立柱的垂直度，这样才能够控制好钢立柱的扭转和倾斜程度。以上只是针对于建筑行业的三个方面来阐述了测控技术的应用，在整个建筑行业中，无论从施工还是设计，需要用到测控技术的方面还有很多，将测控技术与建筑结合是非常有必要的。
测控技术现如今发展的越来越快，已经涉及到光、电等各科的技术，而建筑行业深深关系到人民的日常生活，人们一天的生活几乎离不开建筑，因此，将这样一门进步性的学科应用到建筑这一与人们紧紧相关的行业中，势必会提高建筑的安全性，提高建造的效率与建设成本，进而提高人们的生活质量，促进国家的进步。
本文作者：文维阳 单位：中航工业沈阳发动机设计研究所
南航航天学院本科毕业实习基地选在江阴市的中国卫星海上测控部，这个单位成立于1978年，是中国航天测控网的一个重要组成部分。毕业实习主要安排在基地的技术部、通信总站、远望2号测量船、港湾勤务大队、勤务船大队和船修所等部门，其中，技术部、通信总站和远望2号测量船为重点实习单位。
2南航航天学院本科毕业实习的实习内容
在半个月的实习期间，首先进行具体的定点操作实习，获得感性认识，进而了解测控跟踪系统的工作原理及网络体系结构，包括空间信息传输、地面测控、指挥、综合布站、航天器轨道及测控参数分析等。然后参观江阴航天测控基地的各个职能场所，了解地球站系统主要仪器设备的基本使用和操作，包括地球站监视系统及测试设备、分布式测控网络传输与监视显示系统等。最后，运用大学期间所掌握的专业理论知识结合具体的实习内容，完成专业实习报告和生产实习报告。
3毕业实习学生日记一览
实习过程中，国内要求学生每天写实习日记的教学方法已经获得广泛采用，南航也不例外。通过学生日记，可以了解实习效果。下面是学生的实习日记摘录。2013年7月8日，出发：早上8点从南航出发，在两小时的车程后，来到远望二号实习基地。尽管在来这里之前，我已经上网查阅了远望二号的相关资料，但亲眼见到远望二号后，还是不禁感叹它宏伟气派的外形。2013年7月9日，第一天实习：今天上午，我们系统地学习了船艇安全管理规定和保密十条禁令。接着，我们召开了暑期实习动员大会，介绍了这次实习的学习任务要求和安排：在进驻实习基地后，由基地安排人员给学生进行基地情况简介，并组织全体学生参观测控基地，全面了解航天测控系统,基地安排专门的技术人员负责学生在各专业实验室的实习辅导。
2013年7月11日，认识实习：今天上午，我们去机房待职，观察船上的工作人员如何进行实战操作。要求我们不许说话，只能看、听、想，可惜我完全没有看懂，这也让我知道自己还有许多知识需要学习，许多技能需要掌握。下午，我们观看了工程师对雷达天线的调试，看工作人员对地球同步轨道上的卫星进行跟踪。
2013年7月13日，参观：原本以为远望二号上的工作环境已经非常好了，在参观完远望21号和远望六号后，我再也不会这样认为了。
2013年7月15日，航天特色：今天早上举行了升旗仪式，我们和全船的官兵一起参加。尽管这是一只科研船，但是我还能深刻感受到军队的严谨作风。在下令转身时，所有官兵的脚步声整齐一致，甲板似乎都为之一振，感觉十分震撼。
2013年7月19日，结束：十天前，我带着好奇的心情、学习的动力来到远望二号；十天后，我带着对航天测控系统的初步认识。笔者认为实习日记可以对实习情况进行反馈，同时通过学生日记获取进一步改革的思路，特别是对于提高实习效果大有裨益。再看另一个学生的日记，也会得到一些启示。
2013年7月12日，活动：下午我们去爬山了黄山公园的小山，全程7公里。天气闷热，36度。整个过程挥汗如雨，T恤都湿透了。最郁闷的是被蚊子咬了，我两下拍死4个蚊子。明天还有去华西村参观……。2013年7月16日，感觉空空荡荡：实习渐渐接近尾声，早上不出操了，讲座也少了，没有什么可以参观了。因为船上迎接大检查，所以我们活动也受限制。晚上我们看了在船上最后一场电影，无聊得很。2013年7月17日，无聊了：实习就要结束了，晚上不睡了，起床也没有激情了。早上起来就到码头集合，回去在整理内务。上午没有活动，一堆人聚在一起打发时间，聊聊过去时光，打打牌……。
4对毕业实习的若干问题的认识与启示
4.1问题①毕业实习实际上是接触社会，接近现实生活，不像学校环境，而且一般的实习现场都不喜欢学生动手，所获得的效果与学生想象的效果不符。②当前国内高校教师的水平有了很大的提高，都具有博士学位，大多擅长某一很窄的研究方向，所以很难理解实习基地的各种环节的真实含义。③最近几年的实习经费有了较大的提高，但其他各种费用的增长，与国家其它实习单位一样，南航航天学院的实习单位向学校收取的实习费也逐年增加，这使得毕业实习的经费捉襟见肘。④很多学生对实习作用缺乏认识，对实习缺乏积极性，个别学生在实习动员和实习过程中，也未能产生足够的认识，还有一些学生此阶段忙于他事，例如复习外语和考研等活动。
4.2启示①现在指导教师的部分职能可以指导学生干部来完成，而指导教师大部分精力应该挖掘实习怎样与专业课程结合，提高学生思考解决问题的方法和能力；探索如何引导学生能在有限的实习时间里，学到学校学不到的知识。②对于大多数学生来说，基地及科研试验中的很多内容还是比较生疏的，如果实习指导教师不研究，在短时间实习过程中，难以使得学生对实习获取真正的认识。因此实习指导教师必须研究实习工程，实习指导教师还需要充当设计实习任务总师的角色。③实习指导教师应该结合毕业实习的目的，与基地人力资源部门进行协商，制定实习内容，并把核心课程知识引入到实习中。④毕业实习不仅是让学生将所学专业核心课程知识与科研试验相结合，更重要的是让大学生了解航天系统的科研试验与管理体制，实习指导教师应该引导学生融入到基地文化中去。
5总结
1、煤中有害元素
煤中含有许多潜在有害微量元素，这些元素在煤中含量看似微不足道，但是由于煤炭开采量和利用量很大，在煤炭的燃烧或者加工利用的过程中这些含量很低的元素就会从煤中释放出来，经过长期积累和运移，从而对环境和人类身体健康造成危害（图2）[2,11]。对于煤中微量元素污染空气、水和土壤的报道在国内外屡见不鲜，例如煤中S、As、F、Hg等元素在燃煤过程中进入大气，构成大气污染物；煤以及燃烧产生的固体残渣中有害元素通过淋滤作用进入周围水体和土壤中；但是直接影响人类健康的实例是较少的，而我国是煤中微量元素伤害人体健康的最严重的国家，特别是煤中As、F、Se三种元素对人体造成的伤害，现在医学界已经把其定义为“煤烟型砷中毒”、“煤烟型氟中毒”和“煤烟型硒中毒”[12-16]，并且已经引起了国内外广大学者的共同关注。三种由于煤燃烧引起的流行病均发生在经济落后的山区居民家庭里，研究表明病区均使用的富含砷、氟或硒的燃料，且室内排烟尘条件极差。煤烟型砷中毒发现于贵州省，已经造成超过3000多里中毒事件，从1976-2003年间死亡265例[17]。煤烟型硒中毒于1958-1963发现与我国湖北恩施地区，是我国煤烟型硒中毒最严重的地区，截至1987年已经发现477例患者[18]。煤烟型氟中毒地方病流行区更广，到2008年我国因生活用煤，造成煤烟型氟中毒流行范围遍及13省（市、自治区）的199多个县，受威胁病区的人口约一千六百多万[9]。由上可见，燃煤不仅仅是对空气和环境造成污染，更加危及我们人类健康，对于煤中有害元素的去除和排放控制刻不容缓。
2、煤中有益元素
煤中不仅具有潜在的有害微量元素，需要对其进行深入研究，而且也含有很多有益元素。煤的形成环境具有高度的吸附性能，因此在特定的条件下可富集某些金属元素，我国煤田的形成环境复杂，因此富集某种微量元素的可能性也较多，有些煤中微量元素的含量等于甚至高于在许多常规类型的矿床中它们的含量。目前在煤中发现的含量较高、达到或超过工业品位、可作为工业矿床开发利用或综合利用的元素近20种，如Ge、Ga、U、Nb、Zr和稀土元素（REE）等等，能进行工业性生产的有Ge、Ga、U等。Ge的用途广泛，在半导体、航空航天测控、光纤通讯、太阳能电池等领域都有重要的应用，是一种重要的战略资源。Ge是唯一一种已经从煤中成功开发利用的稀有元素（图3），并且其利用已经超过50年了。V.W.戈尔德施米特于1930年首次从煤的燃烧产物的分析中发现锗，英国是最早从燃煤产物中提取锗的国家。中国煤中Ge的研究始于20世纪50年代末期，中国已报道的富Ge煤田主要有临沧（云南），乌兰图噶（内蒙古）和伊敏（内蒙古）[19-20]，内蒙古伊敏煤田不仅是在中国，而且在世界上最大的含锗煤矿床，估计的锗资源量为4千吨。Ga在国防科学、高性能计算机的集成电路、光电二极管等方面有着广泛应用，并被称为“电子工业的粮食”。
位于中国北方鄂尔多斯盆地的准格尔煤田由于其非常高的含Ga量在其他含镓煤田中脱颖而出[21]。2011年初神华集团在内蒙古黑岱沟煤矿建立了第一座从燃煤产物中提取Ga的实验工厂，预计年产量达到150t[10]。U是重要的核燃料，主要用于原子能发电和核武器。与煤层相关的铀矿，是铀矿主要来源之一。美国、德国、法国、苏联均找到了此种类型的矿床，中国也不例外。其中，最大的铀矿床位于中亚地区[22]，我国的富铀煤田主要是新疆伊利煤田。Nb、Zr和REE是十分重要的稀有金属，广泛应用于冶金、航空航天、电子、光学、原子能以及超导材料等高技术领域。REE包括镧系元素（La、Ce、Pr等）和Y，其中每一个元素都可以形成上亿元的产业，被称为“21世纪黄金”。随着经济的迅速发展，对这些稀有金属的需求日趋层架，常规稀有金属元素矿床分布有限，且难于开采，不能满足日益增加的工业需求。然而这些金属元素一定的条件下可富集在煤或煤系地层下，如果含量较为丰富则具有潜在的利用价值[9-10,23]。Daietal.报道过中国西南滇东、重庆地区含煤地层中的大型Nb(Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga多稀有金属矿床[8,24]，各稀有金属含量都很高，已经达到开发利用的要求，储量丰富，潜在经济价值不可估量。实际上，元素周期表中任何一种元素如果高度富集或者缺乏，都会对环境和人类健康造成危害，煤中元素的有害性和有益性是相对的。例如，湖北恩施地区的高硒煤是世界罕见的唯一独立工业硒矿床；而长期接触稀土烟雾和尘粒的生产工人，可产生频繁的头疼、恶心、咳嗽、过敏热等，稀土引起的最重要的病理学和生化效应之一是形成脂肪肝。因此，煤中元素所谓“有害”或“有益”，是对其性质而言的，有益元素在有效利用的基础上也要防止其对人体健康造成危害；反之，有害元素如果综合利用得当，也可以变害为利，变废为宝。
作者：李霄 赵利信 王瑞雪 李天骄 单位：中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院
关键词： LabVIEW； 配电控制盒； 自动测试系统； 指令配置
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0045?03
0 引 言
目前，国家大力发展航空航天产业，努力缩小同发达国家的差距，由于对飞机性能要求的提高而需大量使用先进的机载设备，飞机朝着多电、全电方向发展。飞机供电系统指飞机电能的生产、变换和输配的一整套装置所组成的一个完整系统，它的作用是向飞机上所有用电设备提供电能，以保证飞机的安全飞行和完成运输或作战任务[1]。针对机供电系统的地面测试试验对研究其性能和功能有着重要意义，一个稳定、可靠的飞机供电系统和测控系统对保证飞机各部件实现功能和动作决策是十分必要的。传统的飞机测试试验主要采取试验人员手动逐项操作完成，导致试验项目有限，试验周期长，为了更精确的测试各项参数以及简化测试操作，设计、开发一套自动测试系统十分必要。
1 测试系统组成原理
测试系统需要模拟飞控计算机的控制指令以及各类传感器信号，然后通过测试接口传送给配电控制盒，配电控制盒根据输入信号做出相应，同时信号采集单元通过对配电盒相应节点输出信号的测量数据进行分析处理，对比配电盒正常工作状态下的输出，确定其工作状态，从而完成飞机配电控制盒的测试任务[2]。系统功能结构框图如图1所示。
2 测试系统软件设计
本系统采用 NI公司的LabVIEW作为开发工具，LabVIEW是一种图形化编程语言，它能为设计者提供一个极为简洁、轻松的图形化设计环境，而目提供强大的模拟和数据处理功能[3]，非常适合飞机配电控制盒测试系统软件的开发工作，十分有利于以后软件的扩展应用。此外，LabVIEW强大的硬件驱动、图形界面表示能力和便捷高效的图形化程序设计（G语言） [4]也为过程控制和工业化应用提供了良好的解决方案。
2.1 操作界面设计
对于配电盒各个模块性能的测试需要针对性的给出不同的测试流程，而每个方面的测试流程中又可以分为不同的测试项目，通过配置指令来组成一个项目从而实现控制盒某一性能的测试，因为测试要求不同，所以需要配置的指令也不相同，运行步骤也有所差异，所以测试系统需要根据测试项目来配置指令，自定义流程来实现测试系统的自动化运行，操作界面如图2所示。
测试内容归类分为不同的流程，同时每个流程中又包涵不同的测试项目[5]，而单个测试项目则有若干指令组成。如模拟量测试这个流程中包括电压、电流、频率等多个实验项目，而单个电压测试项目则由发电机电压、蓄电池电压、应急发电机电压等等单个的实验指令组成[6]。这样用户可以根据需要配置指令、项目或者流程来循环实验，进行复杂实验。该系统具有很好的兼容性、扩展性和通用性，更好地满足用户对试验流程变化的实际需求和越来越复杂的试验。由此可见该系统最基本，核心的内容在于配置功能。系统结构流程如图3所示，软件从指令配置开始分步完成指令配置、项目配置、流程配置，每一步的配置信息都需要加载到下一步运行中，从而指令配置作为最基本的配置同时也是关键的环节。本系统采用配置文件作为基本数据库，来实现指令数据的统一管理。
2.2 指令配置的实现
2.2.1 配置文件
系统的软件核心是配置功能，它完成终端指令、试验项目和试验流程的配置，为了使配置参数的组织与存储尽可能通用，通过配置参数文件生成器可将配置参数以.ini文档的形式进行组织和保存；相应地，在系统运行时，则需要参数解析器将各个配置模块的参数从.ini参数配置文件中解析出来[7]，为各个子模块运行提供初始化参数，并为系统各模块的动态数据交互提供接口参数。
配置文件本身为文本文件，可以用记事本打开，组成结构为简单的树形结构，如下所示：
[Section Name]
key1_Name=VALUE
key2_Name=VALUE
由于配置文件是整个系统共用的，所以使用[Section Name]段名来区分不同用途的参数区。例如：[Section Name1]表示发电机电压；[Section Name2]表示发电机频率等等，而key1_Name=VALUE则表示该参数的所有可设定值。
配置文件保存、读取界面如图4，图5所示。
2.2.2 基于配置文件的指令配置的实现
各模块的配置参数以.ini进行组织，形成配置文件，运行时对.ini文件进行解析，生成特定试验流程的指令序列和控制逻辑[5]，并且配置终端还包括装载、删除命令用户可以装载之前的指令文件，也可以对现有指令文件进行修改，来实现项目要求，指令配置界面如图6所示，基于配置文件的指令配置程序框图如图7所示。
系统配置过的信息都需要进行保存，因为下一步配置需要加载上一步的配置信息，同时多次重复实验也可以直接加载第一次配置过的指令、项目或者流程，这样能大大减少实验时间，提高实验效率。后面的项目配置、流程配置以及运行界面与指令配置界面类似，只是根据实验要求加载上一步配置好的信息，然后便可以实现，在此不做赘述。
2.2.3 配置文件的优点
配置文件对数据进行管理与传统数据管理相比有以下优点：
（1）使用方便、针对性强
配置文件包含了测试系统需要的一切模拟量以及数字量信息，通过配置指令面板可以方便的对指令参数进行设定。
（2）维护性能，扩展性能好
.ini的格式是基于文本的，便于阅读、存档和调试。当测试硬件发生变化或者参数改变时，只需要在配置文件中添加或者修改关键字即可，而传统数据管理模式则需要重新定义数据结构，扩展性能差。
（3）数据独立性强，减少数据冗余
传统文件类数据管理结构中，数据与程序相互耦合，使用配置文件方式数据与程序相对独立，增强了系统的稳定性，而配置文件将测试系统所有被测量的数据进行统一的定义、存储、更新，大大减少不必要的数据冗余。
3 结 语
该飞机配电盒测试系统基于LabVIEW 2010开发环境，基本上实现了测试系统的分布式自动测试，系统利用.ini这种配置文件大大减少了程序复杂性，提高了系统的扩展性、稳定性以及可扩展性。该系统已经交付使用，系统性能稳定，人机界面友好，操作简单方便，测试效率有了显著提高。
参考文献
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[6] .航空电源自动测试系统软件开发平台的研究与设计[D].西安：西北工业大学，2007.
[7] 林静，林振宇，郑福仁.LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[8] 孟军红.基于LabVIEW的飞机电源试验地面测试系统[D].西安：西北工业大学，2006.
关键词：Modbus协议；智能配电系统；SA9904B；MSP430
中图分类号：TP29 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)11-117-03オ
Design of Intelligence Power Distribution System Based on Modbus Protocol
LIU Mochen1,ZENG Yiqing2
(1.Mechanical and Electronic Engineering College,Shandong Agricultural University,Taian,271018,China;2.Foshan Premier Co.Ltd.,Foshan,528000,China)
オ
Abstract：The paper introduces a three-phase electric power intelligence power distribution system which is based on the Modbus protocol.Being the control center,MSP430 single chip processor is the core,the system adopts three-phase electricity parameter SA9904B chip to accomplish the collection and its disposal.Through the Modbus protocol,the system could be accomplished online-inspection,protection,controlling and measuring.The system could be used as three-phase electric module,and be able to enter into Modbus communicate system as well,thus to accomplish the compatible with others Modbus equipments.So it can be applided in middle and low electric power system,to achieve electric power being automatization,informationization and networking.
Keywords：Modbus protocol;intelligence power distribution system; SA9904B; MSP430
随着电力自动化技术的发展和电力智能配电系统建设的需要，具有数字化、智能化、网络化、多功能的配电系统日渐成为中低压配电的最基本要求，采用专用的三相电参量采集芯片和高性价比的16位MSP430处理器构建的智能配电系统，并通过RS 485总线实现电力系统通用的Modbus协议，具有适时遥测数据精度高、遥控可靠、遥信实时、低功耗、扩展性好等优点。
1 三相电力配电系统的硬件设计
1.1 TI MSP430F149处理器
TI MSP430F149是一款超低功耗的高性价比精简指令集16位单片机，最小指令周期125 ns，32 kB的FLASH和2 kB RAM，具有丰富的片上外设资源和5个双向8位IO口，并具有JTAG调试接口，非常适合高性价比低功耗系统的设计[1,2]。
1.2 SA9904B三相电参量采集芯片
SAMES公司的SA9904B是专用的电参量采集测量芯片，此芯片具有实时测量三相有功与无功功率/电能、电压有效值和线频率，并可计算功率因数、电流有效值等参数；片内具有精密基准参考电压，保证各电参量的准确采集；具有SPI总线方便与处理器进行接口；芯片自身功耗低于60 mW，具有ESD保护功能。
1.2.1 SA9904B内部结构及功能
SA9904B是一个高精度专用电能计量芯片，适用于三相三线和三相四线，内部结构如图1所示[3]。内部集成了六路二阶24位∑-Δ模/数转换器、参考电压电路以及有功与无功电能、有效值、主频率测量的数字信号处理电路，可以测量并计算出各相的有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、电压有效值、电流有效值、功率因数和频率等重要的电参量，SA9904B提供了标准的SPI总线接口，方便与外部的处理器进行电参量的传递。
1.2.2 SA9904B引脚及功能
SA9904B的引脚如图2所示。其中GND为模拟地;VDD为电源的正极,当使用分流电阻检测电流时，接+2.5 V电压;当使用电流互感器时，接+5 V电压;VSS为电源负极,当使用分流电阻检测电流时，接-2.5 V电压，当使用电流互感器时，接0 V电压;IVP1,IVP2,IVP3分别是三相模拟电压采样输入端，当测量的电压为额定电压时，要保证输入到内部A/D转换器的电流有效值为14 μA;IIP1,IIN1,IIP2,IIN2,IIP3,IIN3分别是三相的模拟电流采样输入端，当测量的电流为额定电流时，要保证输入到芯片上的A/D转换器的电流有效值为16 μA;VREF为参考电源的外接电阻端，通常需要接47 kΩ电阻到地;F50为电压过零脉冲输出端，输出的脉冲频率为交流电压的频率，脉冲宽度为1 ms;CS,DI,DO,SCK分别是SPI接口的片选端、数据输入端、数据输出端和时钟端;OSC1,OSC2为外部晶振的输入、输出端[3]。
图1 SA9904B内部结构
图2 SA9904B的引脚
1.2.3 [ZK(]SA9904B的采样电路及与MSP430F149的接口设计[4]
SA9904B的采样电路分为三相电压和三相电流采样电路，采样电路一般有直接电阻分压网络采亲和互感器采样两种形式，电阻分压网络采样成本低电路简单，但采样系统直接接入电网，没有隔离，易受电网的冲激干扰，严重时会损坏系统，在工业现场一般不采用这种方式。另一种是电压互感器和电流互感器采样电路，能有效隔离电网对系统的干扰，保证了采样的精度并保护了测控系统。在本次设计中，采样选用电压互感器和电流互感器采样电路，图3给出了一相电路的电压和电流采样,其他两相的采样电路与此相同。对于电压采样电路，选用的电压互感器是电流型电压互感器，典型值是2 mA/2 mA，R1是前端限流电阻，Rsh1是电压互感器的终端电阻，R2是电压采样的限流电阻，且要满足当测量的电压为额定电压时，输入IVP1的电流有效值为14 μA，如果额定电压为220 V，那么R1=220 V2 mA=110 kΩ，R2×14 μARsh1=2 mA，如果R2选用1 MΩ，那么Rsh1=14 kΩ。对于电流采样电路，采用差分采样输入，可有效抑制干扰，选用的电流互感器的典型值是5 A/5 mA，Rsh2是电流互感器的终端电阻，R3和R4是电流采样的限流电阻，要满足当测量的电流为额定电流时，输入电流通道IIN1和IIP1的电流有效值为16 μA，如果待测线电流的额定电流为5 A，取R3和R4相等，那么R3=R4=5 mA16 μA×Rsh2÷2，如果选用R3=R4=100 kΩ，那么求得Rsh2=320 Ω。
MSP430F149的UART1采用SPI模式可以和SA9904B的SPI总线直接连接，MSP430F149内部产生标准的SPI时序,采用4线主从通信模式，MSP430F149工作在主机模式，STE为SPI选通控制端，UCLK引脚上的UCLK信号是SPI总线的同步时钟，在第一个UCLK周期，已写入UTXBUF的数据以高位在前低位在后的顺序移入移位寄存器，并由SIMO引脚移出，同时从SOMI引脚锁存数据并送入接收移位寄存器，接收移位寄存器满，则把接入数据放入接收缓存URXBUF中，在接收过程中最先接收到的数据位为高位，此时置位URXIFG位，可用中断或查询的方式把接收到的数据读出，从而完成一次通信过程[5]。SPI总线接口方式如图3所示。
图3 SA9904B的采样电路及与MSP430F149的接口
2 Modbus协议通信及软件设计
2.1 Modbus协议简介
Modbus协议是由Modicon公司开发并在工业领域广泛使用的标准协议，只定义了一个标准的数据包结构，而没有规定物理层，所以不同厂商的具有Modbus协议的仪表设备都可以相互组网连接，他支持传统的RS 232、RS 422和RS 485等接口[6]。传统的Modbus协议分为Modbus ASCII模式和Modbus RTU模式，其中ASCII模式的数据包要求有开始标记和结束标记，并要求传输的数据都是ASCII格式，如要传输0x5A,ASCII模式要分成0x35和0x41即5和A的ASCII进行传输，降低了通信效率[7]。RTU模式不需要开始标记和结束标记，而是以消息传输时的3.5个字符以上的时间间隔作为一个数据包的开始和结束，如果等待接收下一个字符的时间超1.5个字符时间间隔，则认为是下一个数据包的开始，传输的数据都是16进制数，数据通信效率较高。因为智能配电系统通信的数据量很大，要求传输的速度和效率比较高，所以选用Modbus RTU模式。一个典型的Modbus RTU数据包格式如表1所示[8]。RTU模式中使用了CRC校验方法，对设备地址、功能码和数据采用CRC16校验，由数据包的发送者计算出16位CRC校验码，放入数据包的后面，接收者重新计算接收到数据的CRC，并和收到的CRC相比较，如果两个CRC值不相等，则表明数据传输有误，接收者返回错误消息要求重发。要生成CRC校验码，首先要预置一个全1的16位CRC寄存器和反转CRC多项式码0xA001,把数据包中的第一个8位数和16位CRC寄存器做异或运算，并将异或结果放入16位CRC寄存器，如果CRC寄存器的最后一位为1，则把CRC寄存器逻辑左移一位后与0xA001进行异或运算，否则则只进行逻辑左移，最终结果CRC寄存器循环8次完成一个字节数据的校验码计算，如果是多个字节，则重复以上过程[9]。
2.2 Modbus RTU协议通信实现
Modbus RTU模式的编程要处理数据包的开始和结束时间间隔,即两个数据包之间的至少3.5个字符的时间间隔，才能保证接收数据包的完整性，当接收者接侦测到一个数据包开始时，开始接收数据，并把接收到的第一个数据即地址域和自己的地址相比较，如果相同，则接收完整的数据包并做CRC校验。如果地址不同，则放弃接收过程，等待下一个数据包的开始。在MSP430中实现时，使用了定时器中断来侦测数据包之间的数据间隔，实现的程序流程如图4所示[11]。
图4 MSP430F149实现的Modbus通信流程图
3 结 语
设计的基于Modbus通信协议的三相电力智能配电系统，所涉及到的软硬件均通过了调试，工作正常，性能稳定。该模块可以单独作为三相电力配电模块使用，也可以方便接入Modbus通信网络，实现了和其他Modbus设备的兼容，可广泛应用于中低压电力配电系统。
参 考 文 献
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