一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法，所述的控制系统包括：处理器、数据采集卡、路由器和接线盒；所述的处理器通过路由器与太阳跟踪器连接；所述的处理器通过设置的USB2.0接口连接并控制光谱仪和CCD；所述的数据采集卡通过接线盒设置的IO接口与望远镜和环境监测设备连接，将采集望远镜和环境监测设备输出的信号送入处理器，并接收处理器输出的控制信号后输入望远镜和环境监测设备执行相应的操作。利用上述控制系统及控制方法，克服了多种设备并行控制所产生接口混乱的问题，能够实现“地基紫外吸收性气溶胶监测仪”的全自动化运行，提高了对该仪器的控制效率和运行稳定性。

Control system and control method for ground-based ultraviolet absorbing aerosol monitor

The present invention provides a control system of ultraviolet absorbent ground aerosol monitor and control method, wherein the control system comprises a processor, data acquisition card, router and terminal box; the processor is connected via a router and a sun tracker processor; the USB2.0 interface is arranged and connected with the control and CCD spectrometer; the data acquisition card through the cable box set is connected with the IO telescope and environmental monitoring equipment interface, signal acquisition telescope and environmental monitoring equipment output into the processor control signal and the receiving processor output input after the implementation of the corresponding operation telescope and environmental monitoring equipment. The control system and control method, overcome a variety of equipment control problems caused by parallel interface chaos, can realize the full automatic operation of ground UV absorbing aerosol monitor, improving the control efficiency and the operation stability of the instrument.

【技术实现步骤摘要】
一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法
本专利技术涉及监测仪自动控制领域，特别涉及一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统和控制方法。
技术介绍
在仪器控制系统设计领域，常用的控制器有单片机、FPGA等。它们的控制原理相似但功能和接口丰富程度差异较大，如单片机内存容量较小且只具备基本的IO口，只适用于少数部件的简单控制，而FPGA虽具有较大的内存容量，但控制逻辑较为复杂，易于发生控制时序错误问题，影响受控设备工作的稳定性。中国科学院国家空间科学中心研制的“地基紫外吸收性气溶胶监测仪”，通过采集紫外-可见光波段太阳光谱数据以反演紫外吸收性气溶胶参数。该仪器硬件主体结构包括望远镜、探测器、太阳跟踪器、电源模块和环境监测器，它们的控制方式各有不同，包括网口控制、串口控制、数字IO口控制以及USB控制。而“地基紫外吸收性气溶胶监测仪”的工作方式既要实现太阳直射光的观测，又要实现天空散射光的观测，工作流程也较为复杂。传统的控制系统难以满足该仪器内部多部件的接口需求，也不能保证仪器的运行效率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了实现地基紫外吸收性气溶胶监测仪的自动控制，使仪器能够连续稳定运行，并采集到有效的紫外-可见光波段太阳光谱数据，提供一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法。控制系统包括：处理器、数据采集卡、接线盒、路由器及相应的连接线。其中系统通过以太网接线至路由器的LAN口，另一LAN口接入太阳跟踪器，并利用处理器作为路由器的管理主机建立局域网，通过局域网内IP寻址的方式实现处理器对太阳跟踪器的控制。系统对光谱仪的控制和CCD数据的采集则通过USB2.0接口实现。数据采集卡通过接线盒设置的IO接口与望远镜和环境监测设备连接，通过IO口接线盒实现望远镜入光通道的选择、电源控制和雨雪大风环境的监测，并将采样望远镜和环境监测设备的信息送入处理器，同时接收处理器输出的控制信号后输入望远镜和环境监测设备执行相应的操作。作为上述技术方案的进一步改进，还包括望远镜入光通道切换装置；所述的望远镜入光通道切换装置包括：导轨、步进电机、电机驱动器、积分球、限位开关和霍尔元件；所述的积分球设置于导轨上，该积分球设有入光口和出光口，其左右两端分别设置一磁铁；所述的电机驱动器与接线盒连接，控制系统通过接线盒向电机驱动器输出控制信号，以控制电机驱动器运行；所述的步进电机通过电机驱动器驱动积分球沿导轨移动；所述的限位开关位于导轨右端，通过与积分球碰触后将产生的导通信号发送至控制系统，所述的控制系统通过导通信号触发控制信号给电机驱动器，阻止积分球沿导轨继续向右移动；所述的霍尔元件设置于积分球的上方，通过与磁铁之间产生的霍尔效应，感应生成用于确定积分球位置的电压信号，并将该电压信号输出至控制系统。作为上述技术方案的进一步改进，还包括电源控制模块，所述的电源控制模块包括：电源、第一继电器、第二继电器、第一变压器和第二变压器；所述第一继电器的信号输入端和第二继电器的信号输入端均连接于接线盒的信号输出端；该第一继电器的电压输出端和第二继电器的电压输出端分别连接第一变压器的电压输入端和第二变压器的电压输入端；所述的电源分三路分别为第一继电器、第二继电器和控制系统提供220V电压；所述控制系统通过接线盒向第一继电器和第二继电器输出控制信号，以驱动第一继电器为光谱仪、CCD和太阳跟踪器供电，驱动第二继电器为第二变压器供电；所述的第一变压器用于将第一继电器输出的电压由220V转变为12V后为电机驱动器供电，所述第二变压器将第二继电器输出的电压由220V转变为24V后为环境监测设备供电。作为上述技术方案的进一步改进，所述的处理器通过RJ45以太网接线与路由器连接。基于上述地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统，本专利技术还同时提供了一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制方法，该控制方法包括：步骤1)启动控制系统，使电源控制模块通电；步骤2)通过电源控制模块为太阳跟踪器、光谱仪和CCD上电，控制积分球移向导轨右端与限位开关碰触后停止移动，同时利用环境监测设备监测天气状况，如果天气状况满足设定的系统运行条件，则执行步骤3)，否则，暂停控制系统；步骤3)控制积分球向左移动至其左端磁铁与霍尔元件重合后，完成望远镜太阳直射口的选择，并通过地基紫外吸收性气溶胶监测仪将探测获得的光谱数据存入控制系统后，执行步骤4)；步骤4)控制积分球继续向左移动至其右端磁铁与霍尔元件重合后，完成望远镜天空散射口的选择，并通过地基紫外吸收性气溶胶监测仪将探测获得的光谱数据存入控制系统后，执行步骤5)；步骤5)判断地基紫外吸收性气溶胶监测仪的工作完成状态，如果未工作完成，控制积分球向右移动至其左端磁铁与霍尔元件重合后，重复执行步骤3)，否则，控制积分球移向导轨左端、太阳跟踪器复位至正东方向及电源控制模块断电，关闭控制系统。本专利技术的一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法优点在于：1、本专利技术所述控制系统处理能力强，接口种类丰富且不冲突，各控制部件能够稳定协调工作。2、本专利技术所述控制方法原理明确，步骤清晰。太阳跟踪器控制部分采用局域网内寻址的方式相比传统的串口方式，速度更高，保密性更好。光谱仪和CCD采用高速USB2.0数据传输线，数据传输稳定无丢失。3、本专利技术所述控制系统及控制方法能够实现“地基紫外吸收性气溶胶监测仪”的准确控制，且随着时间的延长，运行无卡顿，仪器不死机。4、本专利技术克服了多种设备并行控制所产生接口混乱的问题，能够实现“地基紫外吸收性气溶胶监测仪”的全自动化运行，提高了对该仪器的控制效率和运行稳定性。附图说明图1是地基紫外吸收性气溶胶监测仪主体结构与控制系统的连接示意图。图2是本专利技术的一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统内部结构示意图。图3是本专利技术的控制系统中望远镜入光通道切换装置的结构示意图。图4是本专利技术的控制系统中电源控制模块的结构示意图。图5是本专利技术的控制方法的工作流程图。图6是本专利技术的控制系统的上位机软件界面视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术所述的一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统及控制方法进行详细说明。本专利技术所适用的地基紫外吸收性气溶胶监测仪的硬件主体结构与控制系统连接关系如图1所示，仪器主体结构包括望远镜、探测器、电源模块、太阳跟踪器和环境监测设备。其中，望远镜主要完成天空散射光和太阳直射光的选择，通过光纤将望远镜接收的光信号传输至探测器；探测器通过内置的光谱仪进行分光处理后选择紫外-可见光波段的光信号，再被CCD捕捉；电源模块负责对仪器各部分供电；太阳跟踪器实现太阳自动跟踪和天空扫描；该太阳跟踪器与望远镜相配合，当太阳跟踪器在跟踪太阳时，望远镜的太阳直射口被选通，而当太阳跟踪器在天空扫描时，望远镜的天空散射口被选通；环境监测设备负责对雨雪大风等恶劣天气进行监测。图2是本专利技术提供的控制系统的硬件结构示意图，该控制系统包括：处理器、数据采集卡、路由器、接线盒和对应连接线组成。其中，处理器通过RJ45以太网接线至路由器的LAN口，路由器的另外一LAN口接入太阳跟踪器，处理器同时作为路由器的管理主机建立局域网，并给太阳跟踪器分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统，其特征在于，包括：处理器、数据采集卡、路由器和接线盒；所述的处理器通过路由器与太阳跟踪器连接，该处理器通过局域网内寻址的方式实现对太阳跟踪器的指令控制；所述的处理器通过设置的USB2.0接口连接并控制光谱仪和CCD；所述的数据采集卡通过接线盒设置的IO接口与望远镜和环境监测设备连接，将采集望远镜和环境监测设备输出的信号送入处理器，并接收处理器输出的控制信号后输入望远镜和环境监测设备执行相应的操作。

【技术特征摘要】
1.一种地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统，其特征在于，包括：处理器、数据采集卡、路由器和接线盒；所述的处理器通过路由器与太阳跟踪器连接，该处理器通过局域网内寻址的方式实现对太阳跟踪器的指令控制；所述的处理器通过设置的USB2.0接口连接并控制光谱仪和CCD；所述的数据采集卡通过接线盒设置的IO接口与望远镜和环境监测设备连接，将采集望远镜和环境监测设备输出的信号送入处理器，并接收处理器输出的控制信号后输入望远镜和环境监测设备执行相应的操作。2.根据权利要求1所述的地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统，其特征在于，还包括望远镜入光通道切换装置；所述的望远镜入光通道切换装置包括：导轨、步进电机、电机驱动器、积分球、限位开关和霍尔元件；所述的积分球设置于导轨上，该积分球设有入光口和出光口，其左右两端分别设置一磁铁；所述的电机驱动器与接线盒连接，控制系统通过接线盒向电机驱动器输出控制信号，以控制电机驱动器运行；所述的步进电机通过电机驱动器驱动积分球沿导轨移动；所述的限位开关位于导轨右端，通过与积分球碰触后将产生的导通信号发送至控制系统，所述的控制系统通过导通信号触发控制信号给电机驱动器，阻止积分球沿导轨继续向右移动；所述的霍尔元件设置于积分球的上方，通过与磁铁之间产生的霍尔效应，感应生成用于确定积分球位置的电压信号，并将该电压信号输出至控制系统。3.根据权利要求2所述的地基紫外吸收性气溶胶监测仪的控制系统，其特征在于，还包括电源控制模块，所述的电源控制模块包括：电源、第一继电器、第二继电器、第一变压器和第二变压器；所述第一继电器的信号输入端和第二继电器的信号输入端均连接于接线盒的信号输出端；该第一继电器的电压输出端和第二继电器的电压输出端分别连接第...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁少林，王咏梅，王天放，石恩涛，王后茂，张仲谋，毛靖华，杨晓君，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11