專利名稱：航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)，屬于航天器工藝防護(hù)和電子 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航天器從進(jìn)入總裝階段開始到發(fā)射結(jié)束一般需要經(jīng)歷一定周期，總裝期間航天器 狀態(tài)變化多，總裝操作頻繁，特別是隨著新型航天器的不斷出現(xiàn)，航天器的外形構(gòu)造也多種 多樣，航天器表面的突出物也相應(yīng)地增加。這些給航天器總裝生產(chǎn)的安全性防護(hù)提出了愈 來愈高的要求。一般地，容易發(fā)生問題的主要是磕碰航天器表面突出的各種敏感器、天線和發(fā)動 機(jī)部件，這類部件的指向精度高，表面通常有各種涂層，發(fā)生微小的磕碰都可能導(dǎo)致部件報 廢甚至影響到航天器在軌任務(wù)的完成。然而，現(xiàn)有的工藝防護(hù)設(shè)備其共同的特點(diǎn)是屬于被動式防護(hù)，需要操作者主觀意 識的參與和及時、靈敏的反應(yīng)，否則很難起到應(yīng)有的防護(hù)作用。這種被動式的防護(hù)裝置均無 法預(yù)先在危險發(fā)生前，主動將危險信號發(fā)送給操作者，以便操作者在有足夠的安全距離和 充裕時間時消除危險。因此，需要結(jié)合總裝操作過程的具體特點(diǎn)，研究一種能夠主動發(fā)出報警信息的系 統(tǒng)來對現(xiàn)有的工藝防護(hù)措施進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是在現(xiàn)有的技術(shù)手段和水平上，采取在工藝防護(hù)件表 面安裝電子預(yù)警裝置來檢測安全區(qū)域，以便當(dāng)危險發(fā)生前提前報警。本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案一種航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)，包括相 對獨(dú)立的傳感器模塊、信號處理和控制電路模塊、電源模塊；傳感器模塊由發(fā)射二極管和接 收傳感器組成；信號處理和控制電路模塊包括有單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)持續(xù)輸出載波信 號到發(fā)射二極管驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā)射二極管并循環(huán)檢測來自接收傳感器的邏輯接口電路的 輸出，傳感器模塊與信號處理和控制電路模塊之間通過VCC、GND、發(fā)送信號輸出、接收信號 輸入四根導(dǎo)線連接，電源模塊與電路模塊之間通過兩根導(dǎo)線供電，其中，發(fā)光二極管持續(xù)發(fā) 射940nm的不可見調(diào)制光波，載波調(diào)制的信號為設(shè)定的某數(shù)字代碼，若有物體進(jìn)入光波覆 蓋區(qū)域內(nèi)，物體漫反射的部分光波將到達(dá)接收傳感器，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時檢查接收傳感器的 接收到的光波，接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果接收到的為設(shè)定的某數(shù)字代碼，則說明有物體進(jìn)入光 波探測區(qū)域，此時單片機(jī)控制蜂鳴器報警。優(yōu)選地，傳感器模塊設(shè)置在航天器的防護(hù)工藝件上，信號處理和控制電路模塊和 電源模塊設(shè)置在地面支架上以有效地減輕電子預(yù)警裝置在防護(hù)工藝件上的重量。進(jìn)一步地，發(fā)光二極管通過控制其發(fā)射功率來控制光波探測覆蓋區(qū)域。例如光波 有效探測覆蓋區(qū)域范圍可通過外部電位器來手動調(diào)節(jié)。
單片機(jī)系統(tǒng)為普通C51單片機(jī)或帶有PWM模塊的AVR單片機(jī)，例如ATmega8。進(jìn)一步地，發(fā)射二極管和接收傳感器交錯布置，相同類型傳感器的間距約為 150mm。發(fā)射二極管設(shè)置在相鄰四個接受傳感器的中心。它們的數(shù)量(發(fā)射二極管和接受 傳感器的數(shù)量)根據(jù)航天器工藝防護(hù)件表面的表面面積來確定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)反應(yīng)靈敏，時間在毫秒量級；(2)抗干擾在復(fù)雜光環(huán)境下，只接受自身發(fā)射的940nm光波；并可設(shè)定載波數(shù)據(jù)， 在多個電子預(yù)警系統(tǒng)同時工作時不會相互影響；(3)模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)需要進(jìn)行組合和分散安裝；(4)傳感器數(shù)量可根據(jù)任務(wù)需要定制，重量輕巧，且不須更改軟件；(5)光波有效探測覆蓋區(qū)域范圍可通過外部電位器手動調(diào)節(jié)。


圖1為本發(fā)明的光波檢測原理的示意圖；圖2為本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)中的軟件流程圖；圖4為本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)中的發(fā)射二極管和接受傳感 器的布置圖(局部)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但需要指明的是，所有實(shí)施方式都僅僅是 例示，并不旨在對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的是，現(xiàn)有的傳感器檢測技術(shù)手段主要有超聲波、紅外光 等方式，本發(fā)明中根據(jù)其信號調(diào)理的難易選擇了紅外光，且不會對航天器產(chǎn)生危害。通過對 現(xiàn)有的普通工藝防護(hù)件的分析，得出一個結(jié)論工藝防護(hù)件需要主動地提前將即將發(fā)生的 危險信號發(fā)送給操作者。需要考慮以下幾個方面的問題首先，操作者能夠接收的信號大致可分為視覺、聽覺、嗅覺和觸覺等，其中聽覺是 人最容易接收到的信號，無論愿意與否都難以主觀消除的感覺，而聲音的傳播又具有很強(qiáng) 的空間覆蓋性，因而采取聲音報警應(yīng)當(dāng)是最經(jīng)濟(jì)合理可行的方式。其次，如何使得工藝防護(hù)件能夠主動地按照既定規(guī)則發(fā)出聲音，工藝防護(hù)件上應(yīng) 該有蜂鳴報警、安全區(qū)域檢測和邏輯判斷的能力。一旦檢測到在安全區(qū)域內(nèi)有物體存在，則 應(yīng)當(dāng)在毫秒級的反應(yīng)時間內(nèi)發(fā)出蜂鳴報警。另外，為適應(yīng)不同的防護(hù)要求，安全區(qū)域應(yīng)當(dāng)是 在一定范圍內(nèi)可調(diào)的。最后，如何確定安全區(qū)域是要結(jié)合人的反應(yīng)時間、報警設(shè)備的反應(yīng)時間，并要求留 出合理的外部安全操作空間。根據(jù)以上分析，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段和水平，采取在產(chǎn)品(或工藝防護(hù)件)表面安 裝傳感器來檢測安全區(qū)域，電子電路對傳感器信號進(jìn)行調(diào)理后，根據(jù)既定規(guī)則進(jìn)邏輯判斷 后決定是否發(fā)出報警聲音。1、基本原理
如錯誤！未找到引用源。所示，可控發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)射940nm不可見調(diào)制光波 (可通過控制其發(fā)射功率從而控制光波探測覆蓋區(qū)域)，載波調(diào)制的信號為設(shè)定的某數(shù)字 代碼。若有物體進(jìn)入光波覆蓋區(qū)域內(nèi)，物體漫反射的部分光波將到達(dá)接收傳感器。單片機(jī)實(shí) 時檢查接收傳感器的接收到的光波，接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果接收到的為設(shè)定的某數(shù)字代碼， 則說明有物體進(jìn)入光波探測區(qū)域，之后單片機(jī)控制蜂鳴器報警。之所以設(shè)定光波調(diào)制某數(shù) 字代碼是為了排除環(huán)境紅外雜光的干擾。2、本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如錯誤！未找到引用源。所示，本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)包括 相對獨(dú)立的傳感器模塊、信號處理和控制電路模塊、電源模塊；傳感器模塊由發(fā)射二極管和 接收傳感器組成；信號處理和控制電路模塊包括有單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)持續(xù)輸出載波 信號到發(fā)射二極管驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā)射二極管并循環(huán)檢測來自接收傳感器的邏輯接口電路 的輸出，傳感器模塊與信號處理和控制電路模塊之間通過VCC、GND、發(fā)送信號輸出、接收信 號輸入四根導(dǎo)線連接，電源模塊與電路模塊之間通過兩根導(dǎo)線供電，其中，發(fā)光二極管持續(xù) 發(fā)射940nm的不可見調(diào)制光波，載波調(diào)制的信號為設(shè)定的某數(shù)字代碼，若有物體進(jìn)入光波 覆蓋區(qū)域內(nèi)，物體漫反射的部分光波將到達(dá)接收傳感器，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時檢查接收傳感器 的接收到的光波，接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果接收到的為設(shè)定的某數(shù)字代碼，則說明有物體進(jìn)入 光波探測區(qū)域，此時單片機(jī)控制蜂鳴器報警。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體情況，分別將上述三個模 塊安裝在不同的位置，之間通過導(dǎo)線連接。比如只將傳感器模塊安裝在防護(hù)工藝件上，將電 路和電源安裝在地面支架上，有效地減輕電子預(yù)警裝置在防護(hù)工藝件上的重量(傳感器模 塊重量很輕)。其中，單片機(jī)可選擇普通C51單片機(jī)，也可選擇帶有PWM模塊的AVR單片機(jī)， 如ATmegaS，為了軟件編程實(shí)現(xiàn)的方便，本文下述均為后者。圖4為發(fā)射二極管和接受傳感器的布置圖和局部展開示意圖，其中發(fā)射二極管和 接收傳感器交錯布置，相同類型傳感器的間距約為150mm。發(fā)射二極管設(shè)置在相鄰四個接受 傳感器的中心。它們的數(shù)量(發(fā)射二極管和接受傳感器的數(shù)量)根據(jù)航天器工藝防護(hù)件表 面的表面面積來確定。3、本發(fā)明的航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)的軟件流程單片機(jī)軟件主要完成2個功能持續(xù)輸出載波信號到發(fā)射二極管驅(qū)動電路，循環(huán) 檢測接收傳感器邏輯接口電路的輸出。如錯誤！未找到引用源。所示，單片機(jī)系統(tǒng)上電初始化完成后，設(shè)定PWM工作模 式，工作參數(shù)和調(diào)制數(shù)據(jù)，并啟動該模塊工作，之后該模塊為自主工作，軟件無須干涉。軟件的主流程是循環(huán)檢測接收傳感器的信號輸出，當(dāng)檢測到有信號輸入時，解調(diào) 載波信號，獲取調(diào)制數(shù)據(jù)，與設(shè)定PWM時的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果相符，則將控制蜂鳴報警的 引腳置“ 1” ；否則將引腳置“ 0 ”，繼續(xù)檢測。盡管上文對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是， 我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作 用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)，包括相對獨(dú)立的傳感器模塊、信號處理和 控制電路模塊、電源模塊；傳感器模塊由發(fā)射二極管和接收傳感器組成；信號處理和控制 電路模塊包括有單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)持續(xù)輸出載波信號到發(fā)射二極管驅(qū)動電路驅(qū)動發(fā) 射二極管并循環(huán)檢測來自接收傳感器的邏輯接口電路的輸出，傳感器模塊與信號處理和控 制電路模塊之間通過VCC、GND、發(fā)送信號輸出、接收信號輸入四根導(dǎo)線連接，電源模塊與電 路模塊之間通過兩根導(dǎo)線供電，其中，發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)射940nm的不可見調(diào)制光波，載波 調(diào)制的信號為設(shè)定的某數(shù)字代碼，若有物體進(jìn)入光波覆蓋區(qū)域內(nèi)，物體漫反射的部分光波 將到達(dá)接收傳感器，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時檢查接收傳感器的接收到的光波，接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如 果接收到的為設(shè)定的某數(shù)字代碼，則說明有物體進(jìn)入光波探測區(qū)域，此時單片機(jī)控制蜂鳴 器報警。
2.如權(quán)利要求1所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，傳感器模塊設(shè)置在航天器的防護(hù)工藝件 上，信號處理和控制電路模塊和電源模塊設(shè)置在地面支架上以有效地減輕電子預(yù)警裝置在 防護(hù)工藝件上的重量。
3.如權(quán)利要求1所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，發(fā)光二極管通過控制其發(fā)射功率來控制 光波探測覆蓋區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，光波有效探測覆蓋區(qū)域范圍可通過外部 電位器來手動調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，單片機(jī)系統(tǒng)為普通C51單片機(jī)或 帶有PWM模塊的AVR單片機(jī)。
6.如權(quán)利要求5所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中帶有PWM模塊的AVR單片機(jī)為ATmegaS。
7.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，發(fā)射二極管和接收傳感器交錯 布置，相同類型傳感器的間距約為150mm。
8.如權(quán)利要求7所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，發(fā)射二極管設(shè)置在相鄰四個接受傳感器 的中心。
9.如權(quán)利要求7所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，發(fā)射二極管和接受傳感器的數(shù)量根據(jù)航 天器工藝防護(hù)件表面的表面面積來確定。
10.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電子預(yù)警系統(tǒng)，其中，單片機(jī)對光波進(jìn)行檢測，并校 驗(yàn)數(shù)字編碼，主動發(fā)出聲光信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種航天器工藝防護(hù)上的電子預(yù)警系統(tǒng)，包括相對獨(dú)立的傳感器模塊、信號處理和控制電路模塊、電源模塊；所述電路模塊中的單片機(jī)系統(tǒng)持續(xù)輸出載波信號到發(fā)射二極管驅(qū)動電路并循環(huán)檢測邏輯接口電路的輸出，電源模塊與電路模塊之間通過兩根導(dǎo)線供電；發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)射940nm的不可見調(diào)制光波，載波調(diào)制的信號為設(shè)定的某數(shù)字代碼，若有物體進(jìn)入光波覆蓋區(qū)域內(nèi)，物體漫反射的部分光波將到達(dá)接收傳感器，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時檢查接收傳感器的接收到的光波，接收并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果接收到的為設(shè)定的某數(shù)字代碼，則說明有物體進(jìn)入光波探測區(qū)域，此時單片機(jī)控制蜂鳴器報警。本發(fā)明具有反應(yīng)靈敏、抗干擾、模塊化設(shè)計(jì)、重量輕巧且光波有效探測覆蓋區(qū)域范圍可通過外部電位器手動調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。
文檔編號G08B21/00GK102087773SQ200910250100
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者劉宏陽, 呂景輝, 孫剛, 鄭勝余 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所