CN108120986A - 一种气象雷达控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种气象雷达控制系统，适用于气象控制领域。该系统主要包括ARM模块，FPGA模块、ARM与上位机通信模块、ARM与FPGA通信模块、限位开关、旋转变压器及反馈信号处理模块。系统采用单片机开发系统，能达到系统要求且降低了成本，保气象雷达控制系统准确、智能化工作，系统工作稳定，可靠性较高。

Description

一种气象雷达控制系统
技术领域
本发明涉及一种气象雷达控制系统，适用于气象控制领域。
背景技术
气象雷达的主要用途是探测大气，是一种主动式的遥感设备。一般与无线电探空仪配合共同使用的高空风测风雷达，它的作用是位移气球的定位，不能称为气象雷达。大多数的雷达装置都是由天线及相应控制器、发射机、接收机和计算机等主要部分组成。天线对于处理气象雷达系统产生的信号来说是一种不可或缺的组成部分，主要负责发射和接收雷达信号，为了探测目标，需要有天线运动来配合监测。所以对气象雷达天线的控制具有很重要的作用。
伺服系统(Servo-System)从某种意义上讲也可以称为随动系统，是一种能够全程记录输入的信号进行变化，得到相对比较准确的位置、速度及力矩输出的自动控制系统。伺服系统在工业中具有重要的作用，性价比高的伺服系统可以对系统提高灵活性和方便性，并能进行稳定和快速的控制，对于气象雷达控制系统，它也是一种特殊的伺服系统。
进入新世纪以来，随着自动控制技术、微控制器(先进器件)以及新型传感器件(位置、力矩等)的快速发展，使得雷达伺服驱动和控制技术有了显著发展。加上操作系统的发展，系统大部分都可以实现数字化，因而使伺服系统向更加智能化，数字化的方向发展。我国气象雷达的研制工作具备相当的基础，国内的很多机构都研制出各种类型的雷达。对于气象雷达而言，必须以高性能的伺服系统作为所需技术指标的前提。本地控制是本地软件实现速度、位置(步进、命令和锁定)控制，并实时给雷达主机发送天线信息(运行位置、状态参数);远程控制主要方式是上位机接收雷达主机的控制信号，对接收到的指令通过本地软件进行转义，按照上位机与伺服硬件控制器之间的通信协议将接收到的指令下发到天线驱动单元，实现对天线的控制和监测。系统主要完成电机的位置和速度控制功能等。
智能化是目前工业的发展趋势，伺服系统作为一种新型的控制系统，智能化早己是它的发展趋势。它的智能化会表现在多方面，比如在系统的内部，运行参数可以通过人机交互的软件来设置，并保存在系统的内部，通过通信接口，可以由上位计算机加以修改;故障排错和分析功能也越来越简单，在系统运行过程中，只要系统出现故障，就可以通过计算机将错误通过用户界面显示，简化维修和调试的复杂性。另外，智能控制如模糊控制、神经网络控制、解祸控制等开始渗入到伺服控制器设计的各个方面，所以伺服系统的智能化是一种必然发展趋势。综上所述，伺服系统向高精度、高速度、大功率的方向发展成为了必然趋势。
发明内容
本发明提供一种气象雷达控制系统，该系统采用单片机开发系统，能达到系统要求且降低了成本，保气象雷达控制系统准确、智能化工作，系统工作稳定，可靠性较高。
本发明所采用的技术方案是：
气象雷达控制系统对任务的分配做了详细规划，充分考虑用户的要求，体现良好的人机交互界面，对硬件控制器进行详细的设计，主要包括ARM模块，FPGA模块、ARM与上位机通信模块、ARM与FPGA通信模块、限位开关、旋转变压器及反馈信号处理模块。
所述气象雷达控制系统主要构成单元是天线控制单元(ACU)、天线驱动单元(ADU)、旋转变压器一数字转换器、执行电机及驱动器、保护装置和雷达主机。天线控制单元软件通过本地计算机或者雷达主机发出控制指令，通过串行通讯总线RS-422传输给天线驱动单元，天线驱动单元接收到上位机控制指令，按照要求将对应的有效信号给相应电机的驱动器。在天线旋转过程中，天线驱动单元根据旋转变压器反馈信号进行精确定位。
所述硬件控制器的天线控制电路板部分开发主要由ARM和FPGA的综合技术开发完成，以ARM为核心的微控制器主要完成的任务有:利用串口通信实现其与天线控制单元(ACU)软件的信息交换;以FPGA为核心的电路设计主要完控制电机以及旋转变压器一数字转换器的信号处理。在本系统中，可编程逻辑器件实际完成的任务是实现对天线方位和俯仰位置、速度的控制，并处理旋转变压器一数字转换器、保护元件等有效信号，并在天线旋转的过程中实现S曲线加减速。
所述主函数的功能就是管理各个子函数的功能实现之间的协调工作，并不负责具体的实现。当系统开始工作之后，程序就会进入到主函数中，在进入到主函数的时候，首先，系统会完成所有需要配置的初始化，其次程序进入到主函数中，不停的判断指令标志位，当有标志位发生变化时，主函数就会调用某个子函数。
所述处理上位机指令的函数流程中，当LPC2214芯片的串口接收到上位机发送的数据包时，相对应的标志位是“真”时，ARM主程序开始调用指令解析函数对接收的数据进行解析。根据通信协议中的命令码调用相关的处理子函数，等待函数解析。
本发明的有益效果是：该系统试和长时间的拷机。结果表明:气象雷达控制系统运行可靠，性能稳定，能够按照雷达主机的指令信息，完成相应的功能，达到系统要求的指标。保证红外再生柴油机过滤器实时、准确、智能化工作，系统工作稳定，具有较强的抗干扰性和可靠性，精度较高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的气象雷达控制系统的整体示意图。
图2是本发明的硬件组成框图。
图3是本发明的主程序流程图。
图4是本发明的处理上位机指令的函数流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，主要构成单元是天线控制单元(ACU)、天线驱动单元(ADU)、旋转变压器一数字转换器、执行电机及驱动器、保护装置和雷达主机。天线控制单元软件通过本地计算机或者雷达主机发出控制指令，通过串行通讯总线RS-422传输给天线驱动单元，天线驱动单元接收到上位机控制指令，按照要求将对应的有效信号给相应电机的驱动器。在天线旋转过程中，天线驱动单元根据旋转变压器反馈信号进行精确定位。
如图2, 硬件控制器的天线控制电路板部分开发主要由ARM和FPGA的综合技术开发完成，以ARM为核心的微控制器主要完成的任务有:利用串口通信实现其与天线控制单元(ACU)软件的信息交换;以FPGA为核心的电路设计主要完控制电机以及旋转变压器一数字转换器的信号处理。在本系统中，可编程逻辑器件实际完成的任务是实现对天线方位和俯仰位置、速度的控制，并处理旋转变压器一数字转换器、保护元件等有效信号，并在天线旋转的过程中实现S曲线加减速。
如图3，主函数的功能就是管理各个子函数的功能实现之间的协调工作，并不负责具体的实现。当系统开始工作之后，程序就会进入到主函数中，在进入到主函数的时候，首先，系统会完成所有需要配置的初始化，其次程序进入到主函数中，不停的判断指令标志位，当有标志位发生变化时，主函数就会调用某个子函数。
如图4，处理上位机指令的函数流程中，当LPC2214芯片的串口接收到上位机发送的数据包时，相对应的标志位是“真”时，ARM主程序开始调用指令解析函数对接收的数据进行解析。根据通信协议中的命令码调用相关的处理子函数，等待函数解析。

Claims (8)

1.一种气象雷达控制系统，其特征是：所述的气象雷达控制系统主要包括ARM模块，FPGA模块、ARM与上位机通信模块、ARM与FPGA通信模块、限位开关、旋转变压器及反馈信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述气象雷达控制系统主要构成单元是天线控制单元(ACU)、天线驱动单元(ADU)、旋转变压器一数字转换器、执行电机及驱动器、保护装置和雷达主机。
3.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述的天线控制单元软件通过本地计算机或者雷达主机发出控制指令，通过串行通讯总线RS-422传输给天线驱动单元，天线驱动单元接收到上位机控制指令，按照要求将对应的有效信号给相应电机的驱动器。
4.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述的硬件控制器的天线控制电路板部分开发主要由ARM和FPGA的综合技术开发完成。
5.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述以FPGA为核心的电路设计主要完控制电机以及旋转变压器一数字转换器的信号处理。
6.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述主函数的功能就是管理各个子函数的功能实现之间的协调工作，并不负责具体的实现。
7.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述当系统开始工作之后，程序就会进入到主函数中，在进入到主函数的时候，首先，系统会完成所有需要配置的初始化，其次程序进入到主函数中，不停的判断指令标志位，当有标志位发生变化时，主函数就会调用某个子函数。
8.根据权利要求1所述的一种气象雷达控制系统，其特征是：所述处理上位机指令的函数流程中，当LPC2214芯片的串口接收到上位机发送的数据包时，相对应的标志位是“真”时，ARM主程序开始调用指令解析函数对接收的数据进行解析。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110286378A (zh) * 2019-06-19 2019-09-27 青海大学 一种气象雷达立体扫描的脉冲触发控制方法及装置

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