CN114112171A - 一种供气接口压力的自动化检测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供气接口压力的自动化检测方法及其系统，所述检测方法包括如下步骤：采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。本发明的自动化检测方法可实现对供气接口压力的自动化连续监测，可有效获取实时压力信息，增加工作人员对设备状态的掌控，并提供了相关决策判断的依据。

Description

一种供气接口压力的自动化检测方法及其系统

技术领域

本发明涉及航天发射领域，具体而言，涉及一种供气接口压力的自动化检测方法及其系统。

背景技术

火箭在进行气检及推进剂加注过程中，贮箱活门的开关动作均由相应的供气管路控制，其状态必须严格符合规程要求，一旦出现异常，会造成极其严重的后果。而活门自身质量问题或供气管路压力异常，都有可能导致活门开关故障。因此，准确判断加注活门和安溢活门地面控制管路末端的供气压力状态非常关键，目前在供气系统末端均没有安装压力表或压力传感器，难以掌握供气末端的压力参数。

目前国内在火箭加注、安溢活门控制气路接口和整流罩内安装了无线温湿度监测系统。两套系统的数据采集前端结构相似，后端接收方式略有差异。前端由基于ZigBee无线网络的各路传感器进行数据采集，再由部署在传感器附近的数据终端进行数据汇集、网络管理、转发上传，其稳定性、安全性较高。后端数据传输有两种：1)数据终端转发信息至上位机的过程同样是基于ZigBee网络，其近场传输距离只有100～200m，限制较为明显。2)数据终端在汇集数据后，利用GPRS网络将数据发送至公共通讯基站，然后再进行远距离转发，这种方式的监测距离理论上可以“无限远”，但安全性又成为其最大的弱点，并不适用于对核心数据、涉密信息的监测传输。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种供气接口压力的自动化检测方法，以及用于实现上述检测方法的检测系统，该方法可实现对供气接口压力的自动化连续监测，可有效获取实时压力信息，增加工作人员对设备状态的掌控，并提供了相关决策判断的依据，并实现了不使用公共基站传输数据的方式，选择了近场传输距离较远的透传模块，其在空旷环境且不架设中继设备的情况下传输距离可达2km以上，保证了在有遮挡的环境中，信号范围仍可覆盖整个工位及其附属建筑。

具体地，本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明公开了一种供气接口压力的自动化检测方法，所述方法包括如下步骤：

采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

第二方面，本发明公开了一种供气接口压力的自动化检测系统，包括：

压力传感器：用于采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

信号调理模块：将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

数据采集存储模块：对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

无线数据收发模块：使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

第三方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述供气接口压力的自动化检测方法的步骤。

第四方面，本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述供气接口压力的自动化检测方法的步骤。

本发明的方案设计了基于单片机的前端监测模块，包括压力传感器、主控模块、电源、无线收发模块。压力传感器采集的数据通过导线输入到主控制器的采集存储模块。经过单片机处理后，完成气压数据的整理分析并保存到TF卡中，再通过数据传输模块发送给上位机。上位机可布设距离前端检测模块2km范围内任意点，监测人员可通过移动设备灵活方便的实时读取数据，有效扩大工作人员在监测期间的活动范围，提高工作效率；上位机监视界面可以实时显示现场的气压数据并存储。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的供气接口压力的自动化检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的检测系统的硬件电路结构图；

图3为本发明实施例提供的信号调理模块的电路结构图；

图4为本发明实施例提供的数据采集存储模块的工作流程图；

图5为本发明实施例提供的AD采集程序单元的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的RTC时钟程序单元的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的数据存储程序单元的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的无线数据收发模块的传输链路图；

图9-10为本发明实施例提供的上位机接收显示的界面图；

图11为本发明实施例提供的检测系统的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的检测系统的实际应用情况图；

图13为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1所示，发明公开了一种供气接口压力的自动化检测方法，所述方法包括：

S1、采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

S2、将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

S3、对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

S4、使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

对于本发明的所述供气接口压力的自动化检测方法实际操作时，包括如下步骤：

步骤1：供气压力采集：

压力传感器是监测系统中的前置部件，由压力敏感元件和信号处理单元组成，一般按照线性规律将压力信号转换成可用的输出电信号，从而实现自动化监控。本系统选择量程为0-5MPa、输出为4-20mA的扩散硅压力传感器，其具有结构小巧、安装方便，精度高、稳定性高、抗射频干扰、抗震动等特点。供气压力信息通过该传感器由压力信号变为5V、4～20mA的电信号。

步骤2：信号调理变送：

信号条例模块也称隔离变送模块，可将设备产生的直流电压或电流信号经过隔离传送，转换成用户所需要的特定类型、特定范围的信号，主要作用是信号的放大和前端电路保护，由于本身的隔离电压很高，极大提升了测量设备在恶劣环境条件下使用不被击穿的性能。结构如下图所示。该模块可以将0-20mA/4-20mA电流信号转换成0-3.3V/0-5V/0-10V/0-15V电压信号，其转换零点及满量程均可通过板载电位器进行调节。系统使用的信号调理模块完整电路如图3所示。

由于本系统ADC量程为0-3.3V，为了提高精度、充分利用ADC量程，同时方便压力值与电压值转换，系统设计将传感器4-20mA电流输出信号转换为0-3.3V电压信号。

调试过程中，通过信号发生器分别对模块输入了4mA和20mA电流，通过调节零电位器和量程电位器，分别用万用表在输出端测得对应的0V和3.3V后，固定电位器旋钮，确定转换系数，则传感器输出电流信号I与信号调理模块输出电压信号V线性关系为:

V＝(I-4)＊33/160结合压力F与传感器输出电流I的线性关系:

I＝3.2F+4

可在计算出：

F≈1.5152V

步骤3：数据采集：

数据采集程序是数据采集电路主控芯片STM32中的嵌入式系统，为电路中各模块提供了正确的工作逻辑和控制时序，使其能够有序配合，保证系统稳定运行。为保证整个程序结构简洁、可靠，对各功能模块相应的控制程序都进行了打包，主要包括：主程序、AD采集程序、RTC时钟程序、数据存储程序、串口功能配置程序，由主程序根据系统控制逻辑对各子程序块进行统筹调用，实现对供气管路压力实时信息的自动化连续采集、无线传输以及本地存储功能，具体该步骤的工作流程图如图4所示。

1)AD采集程序

AD采集程序主要内容是根据实际情况对ADC进行正确的引脚模式设置、时钟设置、转换模式设置、触发源设置、对齐方式设置、转换顺序和采样时间设置、中断设置等。流程图如图5所示：

2)RTC时钟程序设计

本系统中的RTC时钟程序主要实现3个功能：

(1)正确配置RTC时钟，包括RTC中断优先等级、外部时钟源、RTC中断周期等；

(2)根据设定时间，以秒为基本单位进行累加计时，并将UNIX时间转换为“年-月-日时：分：秒”的格式，为ADC采集到的实时压力添加时间戳；

(3)时间校正，根据上位机发送的校正时间，重新计算UNIX时间，并以新时间为基准继续计时。

另外，RTC时钟会产生秒中断，主程序检测到秒中断标志位被置位后，会对实时数据进行发送、存储；

程序流程图如图6所示：

3)数据存储程序

数据存储程序是通过由主程序调用FATFS的相关命令实现的，根据采集逻辑完成对TF卡内存储文件的检索、创建、命名、打开、表头写入、内容写入、内容续写、内容读取。当采集电路上电后，数据存储程序会获取当天日期并检索TF卡内容，判断是否存在以当天日期命名的文件，若存在则打开文件，记录本次采集开始时间后进行数据续写；若不存在，则创建新文件，并以当天日期命名，打开文件进行数据记录。为方便数据读取和生成曲线，系统全部数据被保存为CSV表格格式，具体流程如图7所示。

步骤4无线数据收发

无线数据收发是本系统对供气管路压力实施自动化远程连续监测的关键环节，需要建立监测现场和上位机的无线通信，实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。系统选择了433M无线透传模块为系统提供无线通信支持，系统数据传输链路如图8所示：

步骤5上位机采集显示

本系统上位机软件是利用C#语言在Delphi7环境下完成开发的，核心功能是接收显示由下位机发来的实时数据。具备串口自动监测、串口开关、压力值显示、曲线显示、时间显示、时间校正结果显示、返回数据ASCII码显示、截图、文件存储、采集信息显示、帧计数、数据区清空等功能,。界面截图如图9-10所示。

图11是本发明公开的自动化检测系统的结构示意图，该系统包括：

压力传感器101：用于采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

信号调理模块102：将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

数据采集存储模块103：对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

无线数据收发模块104：使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

该监测系统主要由上述四个模块构成，通过两个模块之间互相协作，以实现供气接口压力能够自动检测的功能。

具体实施时，以上各个模块可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。

图2为本发明的自动化检测系统的硬件电路结构图，当供气管路沟通，管道中充满氮气，位于活动平台上的供气硬管内压力处处相等，此时在管道三通的旁路安装压力传感器，可以对管道内的气体压力进行实时采集。

压力无线监测系统的硬件电路结构是其软件系统正常工作的物理基础，实现将供气管路中气体压力采集为模拟量电信号，并转换为数字信号并进行采集、处理、存储、传输的功能。由于自动化监测系统要求实现无人值守功能，在选型与设计时必须要考虑硬件电路低功耗、耐低温、工作状态稳定的要求。系统硬件电路包括：

(1)压力传感器，通过压力芯体的压电反应感知、采集管路压力，产生对应电流模拟信号；

(2)信号调理模块，负责接收压力传感器输出的电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号，待AD模块进行读取，同时起到信号隔离作用；

(3)嵌入式微处理器，控制系统各部分有序工作；

(4)A/D转换模块，将采样电压模拟信号转换为数字信号并输入单片机；

(5)系统时钟模块，给系统提供实时时间信息并具有外接RAM功能，实现系统的时间设定和实时中断；

(6)复位模块，包括复位电路和看门狗电路，防止或修复系统死机；

(7)数据存储模块，包括SDIO接口转换芯片和TF卡座，现场存储采集到的原始数据；

(8)电源模块，系统共有两路电源，一路给压力传感器、信号调理模块供电，另一路负责剩余部分供电；

(9)串口通讯模块，SP485E转换TTL-485协议，负责为无线收发模块和单片机通信提供通道；

(10)无线通信模块，向上位机传输数据、接收上位机指令。

本发明的上述用于供气接口压力的检测系统具有自动检测的功能，方便快捷准确性高。

图12为本发明实施例提供的检测系统具体接线时的实际情况图，实际应用的过程也比较方便。

图13是本发明公开的一种计算机设备的结构示意图。参考图13所示，该计算机设备包括：输入装置63、输出装置64、存储器62和处理器61；所述存储器62，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器61执行，使得所述一个或多个处理器61实现如上述实施例提供的一种供气接口压力的自动化检测方法；其中输入装置63、输出装置64、存储器62和处理器61可以通过总线或者其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。

存储器62作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本申请实施例所述的一种供气接口压力的自动化检测方法对应的程序指令；存储器62可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器62可进一步包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置63可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置64可包括显示屏等显示设备。

处理器61通过运行存储在存储器62中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理。

上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的一种供气接口压力的自动化检测方法，具备相应的功能和有益效果。

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的一种供气接口压力的自动化检测方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDRRAM、SRAM、EDO RAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的一种供气接口压力的自动化检测方法，还可以执行本申请任意实施例所提供的一种供气接口压力的自动化检测方法中的相关操作。

最后应说明的是：虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。

由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种供气接口压力的自动化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，转换成指定范围内的电压模拟信号的方法包括：

根据电流信号I与电压信号V的关系：V＝(I-4)＊33/160；

结合压力F与电流信号I的线性关系：I＝3.2F+4，可计算出F。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述连续采集的方法包括引脚模式设置、时钟设置、转换模式设置、触发源设置、对齐方式设置、转换顺序和采样时间设置、中断设置的方法。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述数据存储的方法包括：

获取当天日期的数据并检索存储内容，判断是否存在以当天日期命名的文件，若存在则打开文件，记录本次采集开始时间后进行数据续写；

若不存在，则创建新文件并以当天日期命名，打开文件进行数据记录。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括所述上位机接收显示的过程，所述接收显示的方法包括压力值显示、曲线显示、时间显示、时间校正结果显示、返回数据ASCII码显示、截图、文件存储、采集信息显示、帧计数、数据区清空的方式。

6.一种供气接口压力的检测系统，其特征在于，包括：

压力传感器：用于采集管路的压力，产生对应电流模拟信号；

信号调理模块：将所述电流模拟信号，转换成指定范围内的电压模拟信号；

数据采集存储模块：对所述电压模拟信号进行连续采集以及数据存储；

无线数据收发模块：使监测现场与上位机之间建立通信以实现现场实时数据的回传和上位机控制指令的下发。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，压力传感器由压力敏感元件和信号处理单元构成，所述压力传感器的量程为0-5MPa，输出为4-20mA。

8.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述数据采集存储模块包括主程序单元、AD采集程序单元、RTC时钟程序单元、数据存储程序单元、串口功能配置程序单元，由所述主程序单元控制其他单元统筹调用，以实现自动化连续采集以及数据存储的过程。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述供气接口压力的自动化检测方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任一所述供气接口压力的自动化检测方法的步骤。

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