時間：2023-07-24 17:06:03
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇航空航天測控技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：物理；航空航天；問題；探討
中國航天事業的蓬勃發展也給我們的高考命題提供了很好的素材。2008年發射"神舟七號"，航天員出艙在太空行走；2011年8月，"嫦娥二號"成功進入了繞"拉格朗日點"的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家；"神州八號"飛船與"天宮一號"目標飛行器成功實施了首次交會對接等，都給了我們非常生動的情境。下面我就從航天技術的發展歷程、載人航天工程七大系統等方面來研究航空航天中的物理問題，具體如下：
一、航空航天技術的發展
人類很早就有了航天的思想，我國古代流傳的"嫦娥奔月"、"吳剛砍桂"等傳說故事，就是對人類航天理想的生動描繪之一。當然，人類真正實現這種理想是到19世紀末才開始起步的.從那時起，相繼涌現出俄國的齊奧爾科夫斯基，美國的戈達德和德國的奧伯特等富于探索精神的航天先驅者。俄國的奧爾科夫斯基最早從理論上證明用多級火箭可克服地球的引力而進入太空，建立了表征多級火箭理想速度的著名的齊奧爾科夫斯基公式。而且他肯定了液體發動機是航天飛行器最適宜的動力裝置。美國的戈達德是液體火箭的創始人。他曾指出，要克服地球引力，火箭必須具有每秒79公里的速度。他在1921年開始研制液體火箭發動機，1926年3月16日，他研制的液體火箭飛行成功。德國的奧伯特也是最早的火箭和航天的理論家和實踐者。1923年奧伯特論述了火箭飛行的數學理論，并對火箭結構和星際飛行提出了許多新觀念。到了1942年10月3日，德國太空協會的青年專家布勞恩領導的航天研究小組，經過艱苦的探索，在總結歷次失敗教訓的基礎上，終于發明了再生冷卻式燃燒室和燃氣舵等新技術。采用這些新技術，終于獲得彈道導彈（V-2）的發射成功[1]。從而在工程上實現了航天先驅者的技術思想，取得向地球引力挑戰的勝利，并對后來大型火箭的發展起到了繼往開來的重大作用。堪稱是人類航天發展史上的一個里程碑。
第二次世界大戰后，前蘇聯和美、法、日、加拿大、澳大利亞等國家，都先后發射了探空火箭，創造出發射393公里高度的紀錄，獲得了許多高層空間的寶貴資料，為發展航天奠定了科學基礎。經過10多年的艱苦探索之后，于1957年10月4日，前蘇聯把世界上第一顆人造地球衛星送入大氣層外的運行軌道，開創了人類航天史的新紀元。以后，美、英、法、日和中國、印度等國均成功地發射了人造衛星。自60年代中期開始，衛星的發展便從探索試驗轉入實用階段。如今，人類發射的偵察、預警、通信導航、天文氣象、海洋監視、測地探礦等應用衛星巳超過2500顆，它們在經濟、軍事和科研中發揮了非常大的作用。
隨著航天技術的發展，人類不斷刷新航天紀錄.創造出一個個驚人的奇跡。諸如：1961年4月12日開辟了載人航天的成功之路；從1959年開始又開創了對月球的探測和人類登月考察的新篇章；自70年代起，人類對太陽系中的行星先后進行了探測，前蘇聯和美國并相繼在空間建立了航天站；80年代初又發明了能重復使用的航天飛機等等。這些令人鼓舞的成就，對航天技術及其它科學領域的發展都具有深遠的歷史意義。
二、物理在航空航天中的應用
（一）火箭推進原理
所有航天器的發射都依靠火箭技術，而火箭的飛行是遵循著質點系動量定理和動量守恒的。豎立在發射架上的火箭本身帶有燃料和氧化劑，火箭在發射前總動量為零，當點火燃燒后，高溫高壓的氣體不斷從火箭尾部的噴管往后噴出，從而使火箭獲得向上的巨大推力，克服自身的重力，向太空沖去。下面我們看一下火箭所受的推力大小和火箭的運動速度。
（二）火箭的速度
火箭是依靠連續不斷的噴出大量質量m極小的燃料氣體才得到連續平穩的加速上行。為了進一步說明火箭在這一過程中獲得的速度，先不考慮地球的重力作用，將質量為M的火箭中的燃料燃燒后噴出的燃料氣體看成質量為m（遠小于M）、相對火箭速度為u的細小彈丸，由于火箭不受任何外力，因此火箭系統總動量守恒，當彈丸以速度u向后噴出，火箭就獲得與彈丸等量而方向向前的動量，由于燃料不斷燃燒，火箭體的質量就不斷減小，因而火箭是一個變質量體系，我們用動量守恒來計算火箭最后得到的速度。
（三）多級火箭
從以上的分析可知，要想航天器上天，至少要獲得7.9km/s 的速度，而要到達其他行星或是其他星系，則需要更大的速度。要想火箭得到大的速度，就必須增大燃料氣體的噴射速度u和增大質量比M/Me。我們先看燃料氣體的噴射速度，它受到諸多因素的影響，一種液態的常規燃料是偏二甲肼（ H-N-N-CH3）加四氧化二氮（N2O4），燃料后氣體的速度u接近2km/s，另一種非常規的燃料（如液氫加液氧）做推進劑，其噴射速度可達4km/s。同時由于火箭上所裝載的儀器設備等的影響質量比M/Me 也有所限制，大約在10到20之間[2]。在這樣的條件下，我們可以對一級火箭所能達到的末速度做一估計，其速度必須達到10.8（km/s）這并不是火箭真正能達到的速度，必須考慮地球引力和空氣阻力的影響等，所以最終的單級火箭的速度只可能達到7km/s左右，小于第一宇宙速度7.9km/s，無法將航天器送上天。
實際的火箭通常為多級火箭，是用多個單級火箭經串聯、并聯或串并聯（即捆綁式）組合而成的一個飛行整體。
三、載人航天工程七大系統
（一）航天員系統
載人航天首先要有航天員及其上天飛行的保障設施。這是一個航天員為中心的醫學和工程相結合的復雜系統。它涉及航天生命科學和航天醫學等領域，包括航天員的選拔訓練、航天員的醫學監督保障、 航天員的一樣食品、航天員飛行訓練模擬等分系統。
（二）載人飛船系統
飛船是載人航天的核心部分，它為航天員和有效載荷提供必要的生活和工作條件，保證航天員進行有效空間實驗和出艙活動，并安全返還地面。
（三）運載火箭系統
運載火箭是把載人飛船安全可靠送入預定軌道的運載工具。包括箭體結構、動力裝置等10個分系統，特別是增加了載人所需的故障監測分系統和逃逸救生分系統。
（四）飛船應用系統
載人航天工程最終是為了應用，創造效益，因此飛船應用系統是備受關注的部分。它利用載人飛船的空間試驗支持能力，開展對地觀測、環境監測、生命科學、材料科學、流體科學等試驗，安裝有多項任務上百種有效載荷應用設備。
（五）測控通訊系統
當運載火箭發射和載人飛船上天飛行以及返回時，需要靠測控系統通信系統保持天地之間的經常聯系，完成飛船遙測參數和電視圖像的接受處理，對飛船運行和軌道艙留軌工作的測控管理，這個測控通信系統由北京航天指揮控制中心、陸上地面測控站和海上遠望號遠洋航天測量船隊組成、執行飛船軌道測量、遙控、遙測、火箭安全控制，航天員逃逸控制等任務[3]。
（六）發射場系統
神舟號飛船的發射場選在酒泉衛星發射中心，發射場系統由技術區、發射區、試驗指揮區、首區測量和航天員區組成，形成火箭、飛船、航天員從測試到發射以及上升段、返回段測量的一套完整體系。
（七）著陸場系統
載人航天這路著陸場系統包括主、副著陸場，陸上應急援救、海上應急援救、通信測量、航天員醫保等部分。
四、結束語
中學物理考察的內容一直與當前航空航天緊密聯系在一起，充分體現了其注重能力與科學素養、理論與實際相結合的特點和要求。物理學的研究，與其它學科之間有者顯著的不同，其無論是概念的建立還是規律的發現、概括，都需要思維的加工，與一般的思維過程相比較，在共性之中，物理學科的思維又有其個性。所以需要我們靜下心來，準確把握各個知識點之間的聯系與區別，舉一反三，最終做到融會貫通、靈活多變。
北京航空航天大學比較好的專業如下：
探測制導與控制技術，電氣工程及其自動化，電子信息工程，飛行器設計與工程，飛行器動力工程，數學與應用數學，機械工程及自動化，測控技術與儀器，通信工程，軟件工程，其中軟件工程包含3個專業方向。
（來源：文章屋網 ）
1、化學工程與工業生物工程：680分；
2、測控技術與儀器：688分；
3、材料科學與工程：688分；
4、水利水電工程：688分；
5、核工程與核技術：688分；
6、航空航天工程：690分；
7、能源與動力工程：690分；
8、軟件工程：690分；
9、工程物理：691分；
漫漫奔月路
2007年10月24日，北京時間晚六點零五分，億萬中國人通過電視和互聯網，和數千在四川省山州西昌衛星發射中心現場的觀眾一道，目睹了“嫦娥一號”繞月探測衛星搭載三號甲運載火箭，在細雨后的天穹騰空而起。
火箭發射幾乎整整24小時之后，25日晚6時左右，“嫦娥一號”完成了首次變軌，將其軌道由近地點205公里、遠地點50930公里，變為近地點約600公里的繞地軌道。
據悉，首次變軌為遠地點變軌，即只提高繞地軌道的近地點高度。從10月26日至31日，“嫦娥一號”還會進行三次至關重要的近地點變軌，將其遠地點逐漸從目前的5萬公里左右，提高到從地球向月球的轉移軌道。
在經歷了發射首日的星箭分離以及成功進入地球軌道、展開未來提供能量的太陽能帆板之后，對于“嫦娥一號”而言，一系列的考驗也剛剛開始。
也就是說，如果一切順利，“嫦娥一號”在發射一個星期之后，才算完成“預熱”，真正踏上奔月之路。
“這幾次變軌，尤其是10月31日的最后一次變軌，對于整個工程的成敗至關重要。如果‘槍口’沒有對準靶子，怎么可能命中目標？”中國空間技術研究院有關專家對《財經》記者表示。
之所以選擇通過多次變軌，而不是直接飛向月球，是為了最大限度地利用地球引力對飛行器進行加速，從而節約其自身所攜帶的寶貴燃料。這也是發射深空探測器的“慣例”。因為一旦燃料耗盡，就意味著這一飛行器的壽命再也難以掌控。
不過，即使順利通過這個關口，也遠沒到可以松一口氣的時候。
在從地球到月球的漫長路途中，工作人員還必須多次調整航向，以保證月球始終處于“靶心”位置。而在接近月球時，還要經過連續三次剎車，才能把“嫦娥一號”真正穩定在距離月球表面200公里的軌道上。
截至10月26日，“嫦娥一號”的整個飛行過程一切正常。但之前累計只有半數的全世界探月成功率，仍然使得人們不敢過分樂觀。
也許，只有等到了11月7日，當“嫦娥一號”真正進入了繞月軌道之后，才能對成敗做一個初步的判斷。甚至這一時間還要推遲到11月下旬，看屆時衛星能否順利傳回第一張月球圖像。
從發射到進入常規工作狀態，無論對于工作人員還是公眾，注定是一個漫長的過程。以日本于9月14日剛剛在種子島航天發射中心發射的“月亮女神”繞月探測器為例，一直到10月21日，日本航空宇宙開發機構（JAXA）才宣布其進入了常規的繞月觀測狀態運行。
而最終做出判斷，也許還要再等上一年多的時間。按照設計，“嫦娥一號”將在軌工作一年；其最終的歸宿，很可能要根據其實際運行情況稍后再做出取舍。
“亞洲時間”
此次“嫦娥一號”上，搭載了六套共計24件儀器，它們除了將對月球表面進行三維立體成像，還將對月球上14種元素的含量和成分以及月壤厚度等進行探測。此外，在奔月過程中，其攜帶的儀器還將通過對于太陽風等的測量，更多地了解地球和月球之間的環境變化。
在中國之前，前蘇聯、美國、日本和歐盟先后成功發射了月球探測器。但作為中國自主走出地球的第一步，“嫦娥”探月如果能成功，仍是一種巨大的進步。
美國航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）資深研究員、著名的華裔科學家鄒哲在接受《財經》記者采訪時認為，一旦“嫦娥一號”獲得成功，對于中國將是“一個重要的里程碑”。鄒曾在美國發射的“星塵號”（Stardust）彗星探測器中，擔任設計者和副首席科學家職務，并剛剛在今年夏天榮獲美國航空航天局頒發的“特殊科學成就獎”。
中國科學院院士、天文學家、國家天文臺名譽臺長王綬接受采訪時也表示，“嫦娥一號”的成功，表明“中國航天事業由此邁上一個新的臺階”。
如果說始于20世紀50年代后期的那一輪“月球競賽”充斥著美蘇“冷戰”色彩，那么這一輪月球探測熱潮，毫無疑問帶著鮮明的“亞洲特色”。
前國際月球探測工作組主席、印度國家科學院名譽科學家班達瑞（Narendra Bhandari）對《財經》記者透露，印度首個月球探測器“月球初航一號”（Chandarayaan-1），按照計劃也將于2008年4月正式發射升空。目前，班達瑞也是“月球初航一號”科學顧問委員會成員之一。
這意味著，如果一切順利，到2008年夏天，圍繞月球軌道運行的三個探測器，將全部來自亞洲國家。因為歐洲空間局于2003年發射的首個月球探測器“聰敏一號”（Smart-1），已經于去年結束了使命；而美國的“月球勘探者軌道探測器”（LRO），美國航空航天局（NASA）科學項目委員會副主任科琳哈特曼（Colleen Hartman）表示，要等到2008年10月才能正式發射。
在班達瑞看來，今天探月熱潮重來并不偶然。在對過去半個世紀的探索進行消化和吸收之后，人們已經逐漸明白探測月球到底要解決哪些問題，以及如何圍繞這些真正的任務來精巧地設計儀器，比如研究月球的礦物成分，以及精確描繪月球表面等。如日本，在“月亮女神”上攜帶了兩顆更小的衛星，以便更好地對月球的重力分布以及磁場進行觀測；印度的“月球初航一號”也將攜帶一個撞擊器，以觀察其整個下落過程。
北京大學地球與空間科學學院教授焦維新表示，中國發射“嫦娥一號”完全是處于科研目的。歐洲空間局（ESA）的科學項目主管索思伍德(David Southwood)也認為，由于現在全球的軍事對抗遠沒有冷戰時期那么激烈，因此，中國完全出于中國軍事目的而探月的可能性“已經非常小了”。
但他同時強調，中國和印度這兩個亞洲新興“巨人”，都希望通過這樣的太空探測活動，向全世界展示自己的科技能力，并且凝聚整個國家的民族自豪感。
實際上，類似月球探測這樣的太空項目，從來不像一個單純的科學項目那么簡單。從最初的“冷戰”時期的軍事訴求，到現在的民族和國家凝聚感的指引，都是一個順理成章的過程。
“到月球去是非常遙遠而困難的任務，中國將其作為一個展示自己技術與實力的舞臺，也是很自然的事情。”美國科學院院士、夏威夷大學教授杰威特（David Jewitt）對《財經》記者補充道。
走向“大合作”
2006年夏天，中國國家航天局局長孫來燕在“第八屆國際月球探測與利用”大會的開幕式上公開表示，中國的探月工程將成為一個“開放的項目”（open project）（參見《財經》2006年第16期“‘月球競賽’重來”）。
盡管“嫦娥一號”上并未搭載任何其他國家的科學儀器，但這種國際合作已經開始了：歐空局在“聰敏一號”上的經驗，已使得中國受益匪淺，尤其是在遠程測控方面。對數十萬公里之外的目標進行準確測控，僅僅依靠中國自己的網絡顯然是遠遠不夠的。
在鄒哲看來，國家之間必要的太空探索競爭，有利于保持整個領域必要的活躍程度。但合作的重要性，在業內人士看來遠遠超過各自為戰的競爭。
杰威特明確指出，在一個自由市場上，當然可以推行“優勝劣汰”的競爭性法則。問題在于，人類對于太空的探索，從來都不是一個單純的經濟行為。比如，美國已經幾乎探測過整個太陽系，但即使這樣一個超級大國，也無法承擔所有的工作，哪怕僅僅是實現到2018年“重返月球”目標，更不用說更加恢弘的火星計劃了。
因此，美國航空航天局科學項目委員會副主任科琳哈特曼對《財經》記者表示，在今年10月訪問俄羅斯期間，其局長格里芬（Michael Griffin）已經正式邀請俄羅斯這個昔日的“對手”，參與即將于明年發射的“月球勘探者軌道探測器”項目。
此外，美國還分別在日本和印度的探月計劃中搭載了自己的儀器，以更全面地了解月球。
與中國、印度乃至日本相比，美國的月球計劃在一個高得多的水平線上。迄今為止，除了美國，這三個國家還都沒有明確的載人登月計劃。中國正處在研究中的“嫦娥一號”二、三期工程，也僅僅把目標鎖定為探測器著陸、月面巡視以及無人采樣返回等。
不過，在索思伍德看來，這并不影響各個國家在探月上的合作。
“不同國家可以有不同目的，并不妨礙大家為一個共同的目標而努力。”他補充道。而這個共同的目的，顯然是為了更好地認識月球，從而更好地認識地球、我們所處的太陽系，乃至整個浩瀚的宇宙。
2006年9月，格里芬訪華期間曾表示，美國和中國在月球探測方面，還沒有明確的合作計劃。
在“嫦娥一號”順利發射升空之后，美國航空航天局新聞發言人在接受《財經》記者采訪時，仍然強調中美之間無論是在載人登月或者無人登月方面，迄今為止都沒有明確的合作計劃。能否取得積極進展，這位發言人表示，“將取決于中國能否在美國擔心的一些問題上采取進一步的舉措，比如如何防止太空技術擴散等。”
格林尼治時間2008年4月28日5時，一枚俄羅斯、烏克蘭合作研制的Zenit3SLB型火箭從哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場起飛，將攜帶的以色列新一代通信衛星Amos3送上太空。火箭飛行約7小時20分鐘后，星箭飛離，衛星被送入預定的地球同步轉移軌道。不久，地面測控站接收到衛星第一次發送的信號，數據顯示，Amos3衛星各系統運行正常，這次商業發射獲得成功。
這次發射服務，由上海發射公司（Sea Launch）及其合作企業――俄羅斯空間國際服務有限公司（SIS）實施。令業界關注的是，這次發射是新型火箭Zenit3SLB的首次發射。發射原計劃在4月24日進行，但由于在發射倒計時階段地面發射系統出現技術故障，發射被中斷，并延期4天實施。
Amos3衛星由以色列國企―航空航天工業有限公司旗下的MBT公司為衛星運營商以色列空間通信有限公司（Spacecom）建造，造價約1.7億美元，其中衛星攜帶的2個Ka波段和12個Ku波段轉發器以及4個天線的系統由法國泰蕾茲?阿萊尼亞宇航公司（TAS）提供。Amos3衛星發射重量1270公斤，在軌設計壽命15年，未來將在大西洋上空40W軌位上接替壽命將在2008年底終止的Amos I衛星服役，并與現在軌的Amos2衛星共軌位運行，更好地為中東、歐洲及美國東海岸等地區提供DTH數字電視、因特網、寬帶通信以及其它多媒體內容服務。
Spacecom公司稱，Amos3衛星是世界上性能先進的通信衛星之一，設計有固定波束和可操縱波束，可提供全球覆蓋，從而靈活地滿足公司客戶的需求，特別是可以為中東、歐洲與美國東部的通信連接架起“橋梁”。另據來自以色列官方的消息，為了紀念今年5月以色列獨立60周年，Amos3衛星不久將改名Amos60衛星。
據介紹，以色列Spacecom公司運營的Amos衛星星座由Amos3、Amos2和Amos1衛星組成。該衛星系統現在40W軌位上為歐洲、中東及美國東部的DBS/DTH服務運營商、因特網服務供應商、廣播公司、電信公司等商業客戶以及政府機構提供高質量的廣播和通信服務。Spacecom公司的主要股東包括Eurocom公司、以色列航空航天工業有限公司(IAI)、通用衛星服務公司和Mer服務集團公司。
業界專家指出，Zenit3SLB火箭是一種新型的三級液體燃料火箭，實際上是現用于海上發射平臺的Zenit3SL運載火箭的改進版本。基于此，Zenit3SLB火箭第一、二級仍然采用烏克蘭研制的、現用于Zenit3SL火箭的前兩級，而上面級及整流罩由俄羅斯按照中型火箭的要求對原先用于Zenit3SL火箭的相關部件進行多處修改，包括減輕其自身重量等。相對于Zenit3SL火箭用于海上發射重型通信衛星而言，Zenit3SLB火箭則用于陸上發射中小型通信衛星以及低軌道的環地大型衛星等有效載荷。據稱，該型火箭可以將1.6噸以下的有效載荷直接送入地球同步軌道，或將3.6噸以下的有效載荷送入傾角23.2°的標準同步轉移軌道。而兩級版本的Zenit3SLB火箭是發射環地低軌道大型衛星等有效載荷的最佳選擇之一，它可以將14噸以下的有效載荷送到國際空間站的軌道，或將超過4.5噸的有效載荷送入太陽同步軌道。
據悉，下一次Zenit3SLB火箭的發射服務，預計在今年夏季晚些時候實施。而Zenit3SLB火箭的下一次海上發射，將安排在今年5月，屆時，海上發射公司將用Zenit3SL火箭為Intelsat有限公司發射Galaxy18通信衛星。■
【關鍵詞】溫度傳感器；AT89C51；ds18B20；溫度檢測
0.引言
AT89C51單片機具有靈活、方便、便宜等優點。因此，該芯片在現代工業中得到了廣泛應用。本文采用AT89C51作為中心處理器，設計了一個簡易的溫度檢測系統。該系統能夠測量0℃～50℃范圍的溫度，并且利用十進制顯示溫度值，當溫度超過50℃時，系統產生報警指示。
（設計中為方便計算和測量，選用0℃到100℃的量程和50℃的報警溫度值，由于該系統最終需要投入到電纜溫度監測中，實際時可以根據需要調整。）
1.系統硬件設計
溫度傳感器將外部溫度轉換為模擬電流信號，在AT89C51 的控制下將轉換后的數字信號送入LM016 液晶顯示屏。在監測電纜過程中，正常情況顯示屏顯示：normal，當溫度超過一定值時系統會自動報警，指示當前溫度過高，并于顯示屏上顯示：danger；當超過危急溫度時將自動斷開電纜。當溫度超過上限系統會以紅燈形式報警并斷開電纜，指示當前溫度過高。
（1）溫度傳感器的選擇
溫度傳感器是該系統的關鍵器件，本文選擇的是ds18B20，選擇依據就是ds18B20為數字芯片，內置結構完整，不需要A/D轉換，易于檢查和設計。其內部結構如圖2所示。
（2）AT89C51的資源分配
根據AT89C51要實現的功能，需要對AT89C51的I/O端口功能分配，中斷資源分配和片內RAM資源分配。仿真里P0引腳輸出到液晶顯示板。P1引腳用了4個，P1.0，P1.1，P1.2用于預設溫度預警值，P1.3用于控制三極管和relay繼電器（整個可以稱為過高溫度保護），P2用于讀寫LCD的顯示數據和接受傳感器。
2.軟件設計
本文采用AT89C51 作為核心處理器件，其軟件設計需要實現三部分功能：
（1）ds18B20為信號采集器；
（2）溫度顯示：采用LCD液晶顯示屏顯示當前溫度；
（3）報警指示：將ds18B20面板上顯示的溫度值與設置值比較，若當前溫度值越過第一限制值，則產生危險信號，若超過第二限制值，則繼電器響應并斷開整個報警系統與電纜之間的連接以保護報警系統。AT89C51具體設計圖如圖3所示。
3.結束語
經過模擬測試，在溫度正常的范圍內，系統讀取的溫度數與普通溫度計的讀數基本一致，符合系統要求。在室內溫度升高超過一定值時，系統讀數顯示正確并且報警指示燈點亮。該溫度檢測系統電路簡單，穩定性好，調試方便，價格低廉，經我小組成員進一步完善改進之后對于測控電纜并對溫度報警具有一定的實用價值。
參考文獻
[1]Analog Devices.AD590 Sheet[Z].http：//.
[2]Analog Devices.AD574 Sheet[Z].http：//.
[3]王幸之.A T89 系列單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.
基礎知識結構應用領域
目前單片機已滲透到我們生活的各個領域，導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機……單片機到底是什么呢？就是一個電腦，只不過是微型的。麻雀雖小，五臟俱全：它內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU、內存、并行總線、還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能相對于我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過十元即可用它來做一些控制電器之類不是很復雜的工作了。我們現在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件，是一種在線式實時控制計算機。在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機（比如家用PC）的主要區別。
一、單片機基礎知識
1、中央處理器：單片機中的中央處理器 CPU和通用微處理器基本相同，由運算器和控制器組成，另外增設了“面向控制”的處理功能，增強了實時性。
2、存儲器：單片機中的存儲器 ROM和 RAM是嚴格分工的。ROM為程序存儲器，只存放程序、常數及數據表格。而 RAM則為數據存儲器，用作工作區及存放變量。這樣的結構主要是考慮到單片機用于控制系統中，有較大的程序存儲空間，把已調試好的程序固化在 ROM中，而把少量的隨機數據存放在 RAM中，這樣，小容量數據，存儲器能以高速 RAM形式集成在單片機內，以加快單片機的執行速度。但單片機上 RAM是作為數據存儲器用，而不是當作高速數據緩沖存儲器（Cache）用。
3、并行 I/O口：單片機為了突出控制的功能，提供了數量多、功能強、使用靈活的并行 I/O口。使用上不僅可靈活地選擇輸入或輸出，還可作為系統總線或控制信號線，從而為擴展外部存儲器和 I/O接口提供了方便。
4、串行 I/O口：高速的 8位單片機都可提供全雙工串行 I/O口，因而能和某些終端設備進行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連接。
5、定時器/計數器：在實際的應用中，單片機往往需要精確地定時，或者需對外部事件進行計數，因而在單片機內部設置了定時器/計數器電路，通過中斷，實現定時/計數的自動處理。
二、單片機的特點
單片機獨特的結構決定了它具有如下特點。
1、高集成度、高可靠性：單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業測控環境要求設計的，內部布線很短，其抗工業噪音性能優于一般通用的 CPU。單片機程序指令，常數及表格等固化在 ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。
2、控制功能強：為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統均有極豐富的條件：分支轉移能力、I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。
3、低電壓、低功耗：為了滿足廣泛使用于便攜式系統，許多單片機內的工作電壓僅為1.8V—1.6V，而工作電流僅為數百微安。
4、優異的性能價格比：單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用 RISC流水線和 DSP等技術。單片機的尋址能力也已突破 64KB的限制，有的已可達到 1MB和 16MB，片內的ROM容量可達 62MB，RAM容量則可達 2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。
三、單片機的應用領域
單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分為以下幾個范疇：
1、在智能儀器儀表的應用：單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計、示波器、各種分析儀）。
2、在工業控制中的應用：用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。例如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報警系統，與計算機聯網構成二級控制系統等。
3、在計算機網絡和通信領域中的應用：現代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件。現在的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話、集群移動通信、無線電對講機等。
4、在醫用設備領域中的應用：單片機在醫用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫用呼吸機，各種分析儀，監護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統等等。從醫療儀器領域來看，除了新的傳感檢測技術不斷運用推廣之外，對所采集信息的分析、存儲和顯示也提出了更高的目標。這就要求現代的醫療儀器具備更強大的計算和存儲能力，以及更穩定可靠的性能。另外醫療儀器作為一個特殊的行業又要求設備能夠達到更高級別的環保要求。如何進一步地智能化、專業化、小型化，同時做到低功耗、零污染，將會是一個無止境的追求過程。這為單片機在醫療儀器中的應用提供了更廣闊的天地和更高的要求。
單片機改變了我們的生活，縱觀我們現在生活的各個領域，例如在工商、金融、科研、教育、國防航空等領域都離不開單片機。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師，種種跡象表明，單片機有著廣闊的應用前景。
參考文獻：
[1]何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術.航空航天大學出版社，1990.
測控技術在這些建筑的設計施工中都起到了很重要的作用，這種作用并不是簡單地體現在測量某一個點的位置、控制某些變化參數這樣的問題上，更多地是將測控技術運用在更加精確、敏感度更高的監控與施工中，以下就幾方面闡述一下測控技術在工業建筑上的應用。
1測控技術在工業建筑上的應用
工業建筑一般都需要一些桁架結構的廠房、車間，這些的跨度都比較大，一般會采用桁架結構的形式，而由于建筑使用功能的要求，桁架結構的跨度不斷增加。由此造成的后果之一就是抗震性能不斷減弱。良好的抗震性不僅在這樣的桁架廠房、車間中很重要，在航天領域也有著相當重要的地位。對于大跨度的桁架結構振動的研究，在測控技術,尤其是傳感器的快速發展的背景下，取得了很大的進步。利用傳感器來控制桁架振動的技術逐漸發展成為智能桁架結構，雖然這主要是應用在航空航天領域中的，但是對于其他性質的建筑，也是一個很好的、可以借鑒的方法,在這種結構中所應用的有壓電材料、光纖材料等新型材料，而使用范圍最為廣泛的是壓電材料，它所具有的良好性能很適合控制桁架的振動。主要的工作原理就是將桁架振動時產生的變化轉變成電能，然后傳輸到相關的控制部件中進行控制。這樣不僅控制地迅速、有效，還沒有大的噪聲，對聲環境污染小。雖然智能桁架結構的發展還不夠成熟，在工業建筑上的應用也很有限，但是我認為這是測控技術在工業建筑應用上的一個很好的發展方向，應該引起大家的重視。
2測控技術在高層建筑的應用
比薩斜塔聞名于世，但是如果現實中的高層建筑像比薩斜塔一樣存在，我想會有很多人都不敢接近，更不要說在里面生活學習了。因此，在建造高層建筑時，最重要的一個問題就是要保證高層建筑的垂直。這既包括建筑與地面基準的垂直，又包括每一層與每一層之間的垂直，隨著高層建筑高度的增加與立面造型的變化，保持垂直的難度也就越來越大，而現在主要是由測控技術來保證建筑的垂直度的，因此對于測控技術的要求、測控技術與建筑的融合要求也就越來越高。在對高層建筑的垂直方向校正這一問題上，運用測控技術時一定要遵守以下幾點：首先，要符合相關的規范，這既有國家制定的關于高層建筑本身的指標標準，也有使用相關測控儀器時需要注意的問題；其次，在測量過程中一定要嚴格，盡量減小誤差，要校正精準；最后，要由相關部門進行嚴格的檢測。這幾點都要切實保證，才會讓測控與施工人員感覺到強制性，才不會發生由于人為失誤造成的損失現象。在測控過程中，主要需要測控軸線的垂直，這是基準所在，為了保證軸線沒有誤差，通常要對地基的承載力進行檢測、反復驗算，還要進行相應的抗滑移程度、抗傾覆程度進行驗算，這些都是缺一不可的，當然，以上所說的只是最基本的測控，真正的建造過程中還會有很多細微之處需要注意。
3測控技術在鋼結構建筑中的應用
鋼結構由于自身良好的性能被越來越多的運用到建筑結構中，測控技術在鋼結構的安裝中的應用主要集中在對鋼立柱的測控上。測控技術最核心的任務就是要保持立柱軸線的垂直，并且要在立柱上標示出標高線，在安裝每一個部件時，都要保證上一步的正確與穩固。在對鋼立柱進行了定位軸線放線工作后，要對結果進行檢測、驗證，校正，要切實保證鋼立柱的垂直度，這樣才能夠控制好鋼立柱的扭轉和傾斜程度。以上只是針對于建筑行業的三個方面來闡述了測控技術的應用，在整個建筑行業中，無論從施工還是設計，需要用到測控技術的方面還有很多，將測控技術與建筑結合是非常有必要的。
測控技術現如今發展的越來越快，已經涉及到光、電等各科的技術，而建筑行業深深關系到人民的日常生活，人們一天的生活幾乎離不開建筑，因此，將這樣一門進步性的學科應用到建筑這一與人們緊緊相關的行業中，勢必會提高建筑的安全性，提高建造的效率與建設成本，進而提高人們的生活質量，促進國家的進步。
本文作者：文維陽 單位：中航工業沈陽發動機設計研究所
南航航天學院本科畢業實習基地選在江陰市的中國衛星海上測控部，這個單位成立于1978年，是中國航天測控網的一個重要組成部分。畢業實習主要安排在基地的技術部、通信總站、遠望2號測量船、港灣勤務大隊、勤務船大隊和船修所等部門，其中，技術部、通信總站和遠望2號測量船為重點實習單位。
2南航航天學院本科畢業實習的實習內容
在半個月的實習期間，首先進行具體的定點操作實習，獲得感性認識，進而了解測控跟蹤系統的工作原理及網絡體系結構，包括空間信息傳輸、地面測控、指揮、綜合布站、航天器軌道及測控參數分析等。然后參觀江陰航天測控基地的各個職能場所，了解地球站系統主要儀器設備的基本使用和操作，包括地球站監視系統及測試設備、分布式測控網絡傳輸與監視顯示系統等。最后，運用大學期間所掌握的專業理論知識結合具體的實習內容，完成專業實習報告和生產實習報告。
3畢業實習學生日記一覽
實習過程中，國內要求學生每天寫實習日記的教學方法已經獲得廣泛采用，南航也不例外。通過學生日記，可以了解實習效果。下面是學生的實習日記摘錄。2013年7月8日，出發：早上8點從南航出發，在兩小時的車程后，來到遠望二號實習基地。盡管在來這里之前，我已經上網查閱了遠望二號的相關資料，但親眼見到遠望二號后，還是不禁感嘆它宏偉氣派的外形。2013年7月9日，第一天實習：今天上午，我們系統地學習了船艇安全管理規定和保密十條禁令。接著，我們召開了暑期實習動員大會，介紹了這次實習的學習任務要求和安排：在進駐實習基地后，由基地安排人員給學生進行基地情況簡介，并組織全體學生參觀測控基地，全面了解航天測控系統,基地安排專門的技術人員負責學生在各專業實驗室的實習輔導。
2013年7月11日，認識實習：今天上午，我們去機房待職，觀察船上的工作人員如何進行實戰操作。要求我們不許說話，只能看、聽、想，可惜我完全沒有看懂，這也讓我知道自己還有許多知識需要學習，許多技能需要掌握。下午，我們觀看了工程師對雷達天線的調試，看工作人員對地球同步軌道上的衛星進行跟蹤。
2013年7月13日，參觀：原本以為遠望二號上的工作環境已經非常好了，在參觀完遠望21號和遠望六號后，我再也不會這樣認為了。
2013年7月15日，航天特色：今天早上舉行了升旗儀式，我們和全船的官兵一起參加。盡管這是一只科研船，但是我還能深刻感受到軍隊的嚴謹作風。在下令轉身時，所有官兵的腳步聲整齊一致，甲板似乎都為之一振，感覺十分震撼。
2013年7月19日，結束：十天前，我帶著好奇的心情、學習的動力來到遠望二號；十天后，我帶著對航天測控系統的初步認識。筆者認為實習日記可以對實習情況進行反饋，同時通過學生日記獲取進一步改革的思路，特別是對于提高實習效果大有裨益。再看另一個學生的日記，也會得到一些啟示。
2013年7月12日，活動：下午我們去爬山了黃山公園的小山，全程7公里。天氣悶熱，36度。整個過程揮汗如雨，T恤都濕透了。最郁悶的是被蚊子咬了，我兩下拍死4個蚊子。明天還有去華西村參觀……。2013年7月16日，感覺空空蕩蕩：實習漸漸接近尾聲，早上不出操了，講座也少了，沒有什么可以參觀了。因為船上迎接大檢查，所以我們活動也受限制。晚上我們看了在船上最后一場電影，無聊得很。2013年7月17日，無聊了：實習就要結束了，晚上不睡了，起床也沒有激情了。早上起來就到碼頭集合，回去在整理內務。上午沒有活動，一堆人聚在一起打發時間，聊聊過去時光，打打牌……。
4對畢業實習的若干問題的認識與啟示
4.1問題①畢業實習實際上是接觸社會，接近現實生活，不像學校環境，而且一般的實習現場都不喜歡學生動手，所獲得的效果與學生想象的效果不符。②當前國內高校教師的水平有了很大的提高，都具有博士學位，大多擅長某一很窄的研究方向，所以很難理解實習基地的各種環節的真實含義。③最近幾年的實習經費有了較大的提高，但其他各種費用的增長，與國家其它實習單位一樣，南航航天學院的實習單位向學校收取的實習費也逐年增加，這使得畢業實習的經費捉襟見肘。④很多學生對實習作用缺乏認識，對實習缺乏積極性，個別學生在實習動員和實習過程中，也未能產生足夠的認識，還有一些學生此階段忙于他事，例如復習外語和考研等活動。
4.2啟示①現在指導教師的部分職能可以指導學生干部來完成，而指導教師大部分精力應該挖掘實習怎樣與專業課程結合，提高學生思考解決問題的方法和能力；探索如何引導學生能在有限的實習時間里，學到學校學不到的知識。②對于大多數學生來說，基地及科研試驗中的很多內容還是比較生疏的，如果實習指導教師不研究，在短時間實習過程中，難以使得學生對實習獲取真正的認識。因此實習指導教師必須研究實習工程，實習指導教師還需要充當設計實習任務總師的角色。③實習指導教師應該結合畢業實習的目的，與基地人力資源部門進行協商，制定實習內容，并把核心課程知識引入到實習中。④畢業實習不僅是讓學生將所學專業核心課程知識與科研試驗相結合，更重要的是讓大學生了解航天系統的科研試驗與管理體制，實習指導教師應該引導學生融入到基地文化中去。
5總結
1、煤中有害元素
煤中含有許多潛在有害微量元素，這些元素在煤中含量看似微不足道，但是由于煤炭開采量和利用量很大，在煤炭的燃燒或者加工利用的過程中這些含量很低的元素就會從煤中釋放出來，經過長期積累和運移，從而對環境和人類身體健康造成危害（圖2）[2,11]。對于煤中微量元素污染空氣、水和土壤的報道在國內外屢見不鮮，例如煤中S、As、F、Hg等元素在燃煤過程中進入大氣，構成大氣污染物；煤以及燃燒產生的固體殘渣中有害元素通過淋濾作用進入周圍水體和土壤中；但是直接影響人類健康的實例是較少的，而我國是煤中微量元素傷害人體健康的最嚴重的國家，特別是煤中As、F、Se三種元素對人體造成的傷害，現在醫學界已經把其定義為“煤煙型砷中毒”、“煤煙型氟中毒”和“煤煙型硒中毒”[12-16]，并且已經引起了國內外廣大學者的共同關注。三種由于煤燃燒引起的流行病均發生在經濟落后的山區居民家庭里，研究表明病區均使用的富含砷、氟或硒的燃料，且室內排煙塵條件極差。煤煙型砷中毒發現于貴州省，已經造成超過3000多里中毒事件，從1976-2003年間死亡265例[17]。煤煙型硒中毒于1958-1963發現與我國湖北恩施地區，是我國煤煙型硒中毒最嚴重的地區，截至1987年已經發現477例患者[18]。煤煙型氟中毒地方病流行區更廣，到2008年我國因生活用煤，造成煤煙型氟中毒流行范圍遍及13省（市、自治區）的199多個縣，受威脅病區的人口約一千六百多萬[9]。由上可見，燃煤不僅僅是對空氣和環境造成污染，更加危及我們人類健康，對于煤中有害元素的去除和排放控制刻不容緩。
2、煤中有益元素
煤中不僅具有潛在的有害微量元素，需要對其進行深入研究，而且也含有很多有益元素。煤的形成環境具有高度的吸附性能，因此在特定的條件下可富集某些金屬元素，我國煤田的形成環境復雜，因此富集某種微量元素的可能性也較多，有些煤中微量元素的含量等于甚至高于在許多常規類型的礦床中它們的含量。目前在煤中發現的含量較高、達到或超過工業品位、可作為工業礦床開發利用或綜合利用的元素近20種，如Ge、Ga、U、Nb、Zr和稀土元素（REE）等等，能進行工業性生產的有Ge、Ga、U等。Ge的用途廣泛，在半導體、航空航天測控、光纖通訊、太陽能電池等領域都有重要的應用，是一種重要的戰略資源。Ge是唯一一種已經從煤中成功開發利用的稀有元素（圖3），并且其利用已經超過50年了。V.W.戈爾德施米特于1930年首次從煤的燃燒產物的分析中發現鍺，英國是最早從燃煤產物中提取鍺的國家。中國煤中Ge的研究始于20世紀50年代末期，中國已報道的富Ge煤田主要有臨滄（云南），烏蘭圖噶（內蒙古）和伊敏（內蒙古）[19-20]，內蒙古伊敏煤田不僅是在中國，而且在世界上最大的含鍺煤礦床，估計的鍺資源量為4千噸。Ga在國防科學、高性能計算機的集成電路、光電二極管等方面有著廣泛應用，并被稱為“電子工業的糧食”。
位于中國北方鄂爾多斯盆地的準格爾煤田由于其非常高的含Ga量在其他含鎵煤田中脫穎而出[21]。2011年初神華集團在內蒙古黑岱溝煤礦建立了第一座從燃煤產物中提取Ga的實驗工廠，預計年產量達到150t[10]。U是重要的核燃料，主要用于原子能發電和核武器。與煤層相關的鈾礦，是鈾礦主要來源之一。美國、德國、法國、蘇聯均找到了此種類型的礦床，中國也不例外。其中，最大的鈾礦床位于中亞地區[22]，我國的富鈾煤田主要是新疆伊利煤田。Nb、Zr和REE是十分重要的稀有金屬，廣泛應用于冶金、航空航天、電子、光學、原子能以及超導材料等高技術領域。REE包括鑭系元素（La、Ce、Pr等）和Y，其中每一個元素都可以形成上億元的產業，被稱為“21世紀黃金”。隨著經濟的迅速發展，對這些稀有金屬的需求日趨層架，常規稀有金屬元素礦床分布有限，且難于開采，不能滿足日益增加的工業需求。然而這些金屬元素一定的條件下可富集在煤或煤系地層下，如果含量較為豐富則具有潛在的利用價值[9-10,23]。Daietal.報道過中國西南滇東、重慶地區含煤地層中的大型Nb(Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga多稀有金屬礦床[8,24]，各稀有金屬含量都很高，已經達到開發利用的要求，儲量豐富，潛在經濟價值不可估量。實際上，元素周期表中任何一種元素如果高度富集或者缺乏，都會對環境和人類健康造成危害，煤中元素的有害性和有益性是相對的。例如，湖北恩施地區的高硒煤是世界罕見的唯一獨立工業硒礦床；而長期接觸稀土煙霧和塵粒的生產工人，可產生頻繁的頭疼、惡心、咳嗽、過敏熱等，稀土引起的最重要的病理學和生化效應之一是形成脂肪肝。因此，煤中元素所謂“有害”或“有益”，是對其性質而言的，有益元素在有效利用的基礎上也要防止其對人體健康造成危害；反之，有害元素如果綜合利用得當，也可以變害為利，變廢為寶。
作者：李霄 趙利信 王瑞雪 李天驕 單位：中國礦業大學（北京）地球科學與測繪工程學院
關鍵詞： LabVIEW； 配電控制盒； 自動測試系統； 指令配置
中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0045?03
0 引 言
目前，國家大力發展航空航天產業，努力縮小同發達國家的差距，由于對飛機性能要求的提高而需大量使用先進的機載設備，飛機朝著多電、全電方向發展。飛機供電系統指飛機電能的生產、變換和輸配的一整套裝置所組成的一個完整系統，它的作用是向飛機上所有用電設備提供電能，以保證飛機的安全飛行和完成運輸或作戰任務[1]。針對機供電系統的地面測試試驗對研究其性能和功能有著重要意義，一個穩定、可靠的飛機供電系統和測控系統對保證飛機各部件實現功能和動作決策是十分必要的。傳統的飛機測試試驗主要采取試驗人員手動逐項操作完成，導致試驗項目有限，試驗周期長，為了更精確的測試各項參數以及簡化測試操作，設計、開發一套自動測試系統十分必要。
1 測試系統組成原理
測試系統需要模擬飛控計算機的控制指令以及各類傳感器信號，然后通過測試接口傳送給配電控制盒，配電控制盒根據輸入信號做出相應，同時信號采集單元通過對配電盒相應節點輸出信號的測量數據進行分析處理，對比配電盒正常工作狀態下的輸出，確定其工作狀態，從而完成飛機配電控制盒的測試任務[2]。系統功能結構框圖如圖1所示。
2 測試系統軟件設計
本系統采用 NI公司的LabVIEW作為開發工具，LabVIEW是一種圖形化編程語言，它能為設計者提供一個極為簡潔、輕松的圖形化設計環境，而目提供強大的模擬和數據處理功能[3]，非常適合飛機配電控制盒測試系統軟件的開發工作，十分有利于以后軟件的擴展應用。此外，LabVIEW強大的硬件驅動、圖形界面表示能力和便捷高效的圖形化程序設計（G語言） [4]也為過程控制和工業化應用提供了良好的解決方案。
2.1 操作界面設計
對于配電盒各個模塊性能的測試需要針對性的給出不同的測試流程，而每個方面的測試流程中又可以分為不同的測試項目，通過配置指令來組成一個項目從而實現控制盒某一性能的測試，因為測試要求不同，所以需要配置的指令也不相同，運行步驟也有所差異，所以測試系統需要根據測試項目來配置指令，自定義流程來實現測試系統的自動化運行，操作界面如圖2所示。
測試內容歸類分為不同的流程，同時每個流程中又包涵不同的測試項目[5]，而單個測試項目則有若干指令組成。如模擬量測試這個流程中包括電壓、電流、頻率等多個實驗項目，而單個電壓測試項目則由發電機電壓、蓄電池電壓、應急發電機電壓等等單個的實驗指令組成[6]。這樣用戶可以根據需要配置指令、項目或者流程來循環實驗，進行復雜實驗。該系統具有很好的兼容性、擴展性和通用性，更好地滿足用戶對試驗流程變化的實際需求和越來越復雜的試驗。由此可見該系統最基本，核心的內容在于配置功能。系統結構流程如圖3所示，軟件從指令配置開始分步完成指令配置、項目配置、流程配置，每一步的配置信息都需要加載到下一步運行中，從而指令配置作為最基本的配置同時也是關鍵的環節。本系統采用配置文件作為基本數據庫，來實現指令數據的統一管理。
2.2 指令配置的實現
2.2.1 配置文件
系統的軟件核心是配置功能，它完成終端指令、試驗項目和試驗流程的配置，為了使配置參數的組織與存儲盡可能通用，通過配置參數文件生成器可將配置參數以.ini文檔的形式進行組織和保存；相應地，在系統運行時，則需要參數解析器將各個配置模塊的參數從.ini參數配置文件中解析出來[7]，為各個子模塊運行提供初始化參數，并為系統各模塊的動態數據交互提供接口參數。
配置文件本身為文本文件，可以用記事本打開，組成結構為簡單的樹形結構，如下所示：
[Section Name]
key1_Name=VALUE
key2_Name=VALUE
由于配置文件是整個系統共用的，所以使用[Section Name]段名來區分不同用途的參數區。例如：[Section Name1]表示發電機電壓；[Section Name2]表示發電機頻率等等，而key1_Name=VALUE則表示該參數的所有可設定值。
配置文件保存、讀取界面如圖4，圖5所示。
2.2.2 基于配置文件的指令配置的實現
各模塊的配置參數以.ini進行組織，形成配置文件，運行時對.ini文件進行解析，生成特定試驗流程的指令序列和控制邏輯[5]，并且配置終端還包括裝載、刪除命令用戶可以裝載之前的指令文件，也可以對現有指令文件進行修改，來實現項目要求，指令配置界面如圖6所示，基于配置文件的指令配置程序框圖如圖7所示。
系統配置過的信息都需要進行保存，因為下一步配置需要加載上一步的配置信息，同時多次重復實驗也可以直接加載第一次配置過的指令、項目或者流程，這樣能大大減少實驗時間，提高實驗效率。后面的項目配置、流程配置以及運行界面與指令配置界面類似，只是根據實驗要求加載上一步配置好的信息，然后便可以實現，在此不做贅述。
2.2.3 配置文件的優點
配置文件對數據進行管理與傳統數據管理相比有以下優點：
（1）使用方便、針對性強
配置文件包含了測試系統需要的一切模擬量以及數字量信息，通過配置指令面板可以方便的對指令參數進行設定。
（2）維護性能，擴展性能好
.ini的格式是基于文本的，便于閱讀、存檔和調試。當測試硬件發生變化或者參數改變時，只需要在配置文件中添加或者修改關鍵字即可，而傳統數據管理模式則需要重新定義數據結構，擴展性能差。
（3）數據獨立性強，減少數據冗余
傳統文件類數據管理結構中，數據與程序相互耦合，使用配置文件方式數據與程序相對獨立，增強了系統的穩定性，而配置文件將測試系統所有被測量的數據進行統一的定義、存儲、更新，大大減少不必要的數據冗余。
3 結 語
該飛機配電盒測試系統基于LabVIEW 2010開發環境，基本上實現了測試系統的分布式自動測試，系統利用.ini這種配置文件大大減少了程序復雜性，提高了系統的擴展性、穩定性以及可擴展性。該系統已經交付使用，系統性能穩定，人機界面友好，操作簡單方便，測試效率有了顯著提高。
參考文獻
[1] 沈頌華.航空航天器供電系統[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[2] 樊尚春.航空測試系統[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[3] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.0[M].北京：電子工業出版社，2007.
[4] 宣麗萍.虛擬儀器及其在控制器測試系統中的應用[J].煤礦機械，2005（2）：109?110.
[5] 申忠如，郭福田，丁暉.現代測試技術與系統設計[M].西安：西安交通大學出版社，2006.
[6] .航空電源自動測試系統軟件開發平臺的研究與設計[D].西安：西北工業大學，2007.
[7] 林靜，林振宇，鄭福仁.LabVIEW虛擬儀器程序設計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.
[8] 孟軍紅.基于LabVIEW的飛機電源試驗地面測試系統[D].西安：西北工業大學，2006.
關鍵詞：Modbus協議；智能配電系統；SA9904B；MSP430
中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B
文章編號：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
隨著電力自動化技術的發展和電力智能配電系統建設的需要，具有數字化、智能化、網絡化、多功能的配電系統日漸成為中低壓配電的最基本要求，采用專用的三相電參量采集芯片和高性價比的16位MSP430處理器構建的智能配電系統，并通過RS 485總線實現電力系統通用的Modbus協議，具有適時遙測數據精度高、遙控可靠、遙信實時、低功耗、擴展性好等優點。
1 三相電力配電系統的硬件設計
1.1 TI MSP430F149處理器
TI MSP430F149是一款超低功耗的高性價比精簡指令集16位單片機，最小指令周期125 ns，32 kB的FLASH和2 kB RAM，具有豐富的片上外設資源和5個雙向8位IO口，并具有JTAG調試接口，非常適合高性價比低功耗系統的設計[1,2]。
1.2 SA9904B三相電參量采集芯片
SAMES公司的SA9904B是專用的電參量采集測量芯片，此芯片具有實時測量三相有功與無功功率/電能、電壓有效值和線頻率，并可計算功率因數、電流有效值等參數；片內具有精密基準參考電壓，保證各電參量的準確采集；具有SPI總線方便與處理器進行接口；芯片自身功耗低于60 mW，具有ESD保護功能。
1.2.1 SA9904B內部結構及功能
SA9904B是一個高精度專用電能計量芯片，適用于三相三線和三相四線，內部結構如圖1所示[3]。內部集成了六路二階24位∑-Δ模/數轉換器、參考電壓電路以及有功與無功電能、有效值、主頻率測量的數字信號處理電路，可以測量并計算出各相的有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、電壓有效值、電流有效值、功率因數和頻率等重要的電參量，SA9904B提供了標準的SPI總線接口，方便與外部的處理器進行電參量的傳遞。
1.2.2 SA9904B引腳及功能
SA9904B的引腳如圖2所示。其中GND為模擬地;VDD為電源的正極,當使用分流電阻檢測電流時，接+2.5 V電壓;當使用電流互感器時，接+5 V電壓;VSS為電源負極,當使用分流電阻檢測電流時，接-2.5 V電壓，當使用電流互感器時，接0 V電壓;IVP1,IVP2,IVP3分別是三相模擬電壓采樣輸入端，當測量的電壓為額定電壓時，要保證輸入到內部A/D轉換器的電流有效值為14 μA;IIP1,IIN1,IIP2,IIN2,IIP3,IIN3分別是三相的模擬電流采樣輸入端，當測量的電流為額定電流時，要保證輸入到芯片上的A/D轉換器的電流有效值為16 μA;VREF為參考電源的外接電阻端，通常需要接47 kΩ電阻到地;F50為電壓過零脈沖輸出端，輸出的脈沖頻率為交流電壓的頻率，脈沖寬度為1 ms;CS,DI,DO,SCK分別是SPI接口的片選端、數據輸入端、數據輸出端和時鐘端;OSC1,OSC2為外部晶振的輸入、輸出端[3]。
圖1 SA9904B內部結構
圖2 SA9904B的引腳
1.2.3 [ZK(]SA9904B的采樣電路及與MSP430F149的接口設計[4]
SA9904B的采樣電路分為三相電壓和三相電流采樣電路，采樣電路一般有直接電阻分壓網絡采親和互感器采樣兩種形式，電阻分壓網絡采樣成本低電路簡單，但采樣系統直接接入電網，沒有隔離，易受電網的沖激干擾，嚴重時會損壞系統，在工業現場一般不采用這種方式。另一種是電壓互感器和電流互感器采樣電路，能有效隔離電網對系統的干擾，保證了采樣的精度并保護了測控系統。在本次設計中，采樣選用電壓互感器和電流互感器采樣電路，圖3給出了一相電路的電壓和電流采樣,其他兩相的采樣電路與此相同。對于電壓采樣電路，選用的電壓互感器是電流型電壓互感器，典型值是2 mA/2 mA，R1是前端限流電阻，Rsh1是電壓互感器的終端電阻，R2是電壓采樣的限流電阻，且要滿足當測量的電壓為額定電壓時，輸入IVP1的電流有效值為14 μA，如果額定電壓為220 V，那么R1=220 V2 mA=110 kΩ，R2×14 μARsh1=2 mA，如果R2選用1 MΩ，那么Rsh1=14 kΩ。對于電流采樣電路，采用差分采樣輸入，可有效抑制干擾，選用的電流互感器的典型值是5 A/5 mA，Rsh2是電流互感器的終端電阻，R3和R4是電流采樣的限流電阻，要滿足當測量的電流為額定電流時，輸入電流通道IIN1和IIP1的電流有效值為16 μA，如果待測線電流的額定電流為5 A，取R3和R4相等，那么R3=R4=5 mA16 μA×Rsh2÷2，如果選用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總線直接連接，MSP430F149內部產生標準的SPI時序,采用4線主從通信模式，MSP430F149工作在主機模式，STE為SPI選通控制端，UCLK引腳上的UCLK信號是SPI總線的同步時鐘，在第一個UCLK周期，已寫入UTXBUF的數據以高位在前低位在后的順序移入移位寄存器，并由SIMO引腳移出，同時從SOMI引腳鎖存數據并送入接收移位寄存器，接收移位寄存器滿，則把接入數據放入接收緩存URXBUF中，在接收過程中最先接收到的數據位為高位，此時置位URXIFG位，可用中斷或查詢的方式把接收到的數據讀出，從而完成一次通信過程[5]。SPI總線接口方式如圖3所示。
圖3 SA9904B的采樣電路及與MSP430F149的接口
2 Modbus協議通信及軟件設計
2.1 Modbus協議簡介
Modbus協議是由Modicon公司開發并在工業領域廣泛使用的標準協議，只定義了一個標準的數據包結構，而沒有規定物理層，所以不同廠商的具有Modbus協議的儀表設備都可以相互組網連接，他支持傳統的RS 232、RS 422和RS 485等接口[6]。傳統的Modbus協議分為Modbus ASCII模式和Modbus RTU模式，其中ASCII模式的數據包要求有開始標記和結束標記，并要求傳輸的數據都是ASCII格式，如要傳輸0x5A,ASCII模式要分成0x35和0x41即5和A的ASCII進行傳輸，降低了通信效率[7]。RTU模式不需要開始標記和結束標記，而是以消息傳輸時的3.5個字符以上的時間間隔作為一個數據包的開始和結束，如果等待接收下一個字符的時間超1.5個字符時間間隔，則認為是下一個數據包的開始，傳輸的數據都是16進制數，數據通信效率較高。因為智能配電系統通信的數據量很大，要求傳輸的速度和效率比較高，所以選用Modbus RTU模式。一個典型的Modbus RTU數據包格式如表1所示[8]。RTU模式中使用了CRC校驗方法，對設備地址、功能碼和數據采用CRC16校驗，由數據包的發送者計算出16位CRC校驗碼，放入數據包的后面，接收者重新計算接收到數據的CRC，并和收到的CRC相比較，如果兩個CRC值不相等，則表明數據傳輸有誤，接收者返回錯誤消息要求重發。要生成CRC校驗碼，首先要預置一個全1的16位CRC寄存器和反轉CRC多項式碼0xA001,把數據包中的第一個8位數和16位CRC寄存器做異或運算，并將異或結果放入16位CRC寄存器，如果CRC寄存器的最后一位為1，則把CRC寄存器邏輯左移一位后與0xA001進行異或運算，否則則只進行邏輯左移，最終結果CRC寄存器循環8次完成一個字節數據的校驗碼計算，如果是多個字節，則重復以上過程[9]。
2.2 Modbus RTU協議通信實現
Modbus RTU模式的編程要處理數據包的開始和結束時間間隔,即兩個數據包之間的至少3.5個字符的時間間隔，才能保證接收數據包的完整性，當接收者接偵測到一個數據包開始時，開始接收數據，并把接收到的第一個數據即地址域和自己的地址相比較，如果相同，則接收完整的數據包并做CRC校驗。如果地址不同，則放棄接收過程，等待下一個數據包的開始。在MSP430中實現時，使用了定時器中斷來偵測數據包之間的數據間隔，實現的程序流程如圖4所示[11]。
圖4 MSP430F149實現的Modbus通信流程圖
3 結 語
設計的基于Modbus通信協議的三相電力智能配電系統，所涉及到的軟硬件均通過了調試，工作正常，性能穩定。該模塊可以單獨作為三相電力配電模塊使用，也可以方便接入Modbus通信網絡，實現了和其他Modbus設備的兼容，可廣泛應用于中低壓電力配電系統。
參 考 文 獻
［1］胡大可.MSP430系列FALSH型超低功耗16位單片機［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2001.
［2］陳龍,鄧先燦,孫麒.基于MSP430單片機的多路數據采集系統的設計［J］.現代電子技術,2006,29(20):107-109.
［3］SPI介面的三相功率/電能集成電路用戶手冊［Z］.Sames公司.
［4］劉莉,鐘金,王維.LCD模塊SMG12864與MSP430的接口及應用［J］.現代電子技術,2007,30(7):169-171,174.
［5］魏小龍.MSP430系列單片機接口技術及系統涉及實例［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2002.
［6］劉典文,陳列尊.基于Modbus的EPS應急電源監控系統的研究［J］.現代電子技術,2007,30(21):150-152.
［7］鄔寬明.現場總線技術應用選編［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2005.
［8］胡大可.MSP430系列單片機C語言程序設計與開發 ［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2003.
［9］汪曉平,鐘軍.Visual C++網絡通信協議分析及實現［M］.北京:人民郵電出版社,2003.
［10］陸敏,李振海,艾木拉江.Modbus通信協議在電量采集系統中的應用［J］.水利水文自動化,2004(1):26-29.
［11］李喜東,劉波濤,劉剛.Modbus RTU 串行通訊協議在工業現場的應用［J］.自動化技術與應用,2005,24(7):37-40.
