专利名称：航天器工艺防护上的电子预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航天器工艺防护上的电子预警系统，属于航天器工艺防护和电子 技术领域。
背景技术：
航天器从进入总装阶段开始到发射结束一般需要经历一定周期，总装期间航天器 状态变化多，总装操作频繁，特别是随着新型航天器的不断出现，航天器的外形构造也多种 多样，航天器表面的突出物也相应地增加。这些给航天器总装生产的安全性防护提出了愈 来愈高的要求。一般地，容易发生问题的主要是磕碰航天器表面突出的各种敏感器、天线和发动 机部件，这类部件的指向精度高，表面通常有各种涂层，发生微小的磕碰都可能导致部件报 废甚至影响到航天器在轨任务的完成。然而，现有的工艺防护设备其共同的特点是属于被动式防护，需要操作者主观意 识的参与和及时、灵敏的反应，否则很难起到应有的防护作用。这种被动式的防护装置均无 法预先在危险发生前，主动将危险信号发送给操作者，以便操作者在有足够的安全距离和 充裕时间时消除危险。因此，需要结合总装操作过程的具体特点，研究一种能够主动发出报警信息的系 统来对现有的工艺防护措施进行改进。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是在现有的技术手段和水平上，采取在工艺防护件表 面安装电子预警装置来检测安全区域，以便当危险发生前提前报警。本发明采用了如下的技术方案一种航天器工艺防护上的电子预警系统，包括相 对独立的传感器模块、信号处理和控制电路模块、电源模块；传感器模块由发射二极管和接 收传感器组成；信号处理和控制电路模块包括有单片机系统，单片机系统持续输出载波信 号到发射二极管驱动电路驱动发射二极管并循环检测来自接收传感器的逻辑接口电路的 输出，传感器模块与信号处理和控制电路模块之间通过VCC、GND、发送信号输出、接收信号 输入四根导线连接，电源模块与电路模块之间通过两根导线供电，其中，发光二极管持续发 射940nm的不可见调制光波，载波调制的信号为设定的某数字代码，若有物体进入光波覆 盖区域内，物体漫反射的部分光波将到达接收传感器，单片机系统实时检查接收传感器的 接收到的光波，接收并校验数据，如果接收到的为设定的某数字代码，则说明有物体进入光 波探测区域，此时单片机控制蜂鸣器报警。优选地，传感器模块设置在航天器的防护工艺件上，信号处理和控制电路模块和 电源模块设置在地面支架上以有效地减轻电子预警装置在防护工艺件上的重量。进一步地，发光二极管通过控制其发射功率来控制光波探测覆盖区域。例如光波 有效探测覆盖区域范围可通过外部电位器来手动调节。
单片机系统为普通C51单片机或带有PWM模块的AVR单片机，例如ATmega8。进一步地，发射二极管和接收传感器交错布置，相同类型传感器的间距约为 150mm。发射二极管设置在相邻四个接受传感器的中心。它们的数量(发射二极管和接受 传感器的数量)根据航天器工艺防护件表面的表面面积来确定。本发明与现有技术相比具有以下优点(1)反应灵敏，时间在毫秒量级；(2)抗干扰在复杂光环境下，只接受自身发射的940nm光波；并可设定载波数据， 在多个电子预警系统同时工作时不会相互影响；(3)模块化设计，根据需要进行组合和分散安装；(4)传感器数量可根据任务需要定制，重量轻巧，且不须更改软件；(5)光波有效探测覆盖区域范围可通过外部电位器手动调节。
图1为本发明的光波检测原理的示意图；图2为本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统的结构示意图；图3为本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统中的软件流程图；图4为本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统中的发射二极管和接受传感 器的布置图(局部)。
具体实施例方式以下结合附图对本发明进行详细说明，但需要指明的是，所有实施方式都仅仅是 例示，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限定。本领域的技术人员已知的是，现有的传感器检测技术手段主要有超声波、红外光 等方式，本发明中根据其信号调理的难易选择了红外光，且不会对航天器产生危害。通过对 现有的普通工艺防护件的分析，得出一个结论工艺防护件需要主动地提前将即将发生的 危险信号发送给操作者。需要考虑以下几个方面的问题首先，操作者能够接收的信号大致可分为视觉、听觉、嗅觉和触觉等，其中听觉是 人最容易接收到的信号，无论愿意与否都难以主观消除的感觉，而声音的传播又具有很强 的空间覆盖性，因而采取声音报警应当是最经济合理可行的方式。其次，如何使得工艺防护件能够主动地按照既定规则发出声音，工艺防护件上应 该有蜂鸣报警、安全区域检测和逻辑判断的能力。一旦检测到在安全区域内有物体存在，则 应当在毫秒级的反应时间内发出蜂鸣报警。另外，为适应不同的防护要求，安全区域应当是 在一定范围内可调的。最后，如何确定安全区域是要结合人的反应时间、报警设备的反应时间，并要求留 出合理的外部安全操作空间。根据以上分析，结合现有的技术手段和水平，采取在产品(或工艺防护件)表面安 装传感器来检测安全区域，电子电路对传感器信号进行调理后，根据既定规则进逻辑判断 后决定是否发出报警声音。1、基本原理
如错误！未找到引用源。所示，可控发光二极管持续发射940nm不可见调制光波 (可通过控制其发射功率从而控制光波探测覆盖区域)，载波调制的信号为设定的某数字 代码。若有物体进入光波覆盖区域内，物体漫反射的部分光波将到达接收传感器。单片机实 时检查接收传感器的接收到的光波，接收并校验数据，如果接收到的为设定的某数字代码， 则说明有物体进入光波探测区域，之后单片机控制蜂鸣器报警。之所以设定光波调制某数 字代码是为了排除环境红外杂光的干扰。2、本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统的硬件构成如错误！未找到引用源。所示，本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统包括 相对独立的传感器模块、信号处理和控制电路模块、电源模块；传感器模块由发射二极管和 接收传感器组成；信号处理和控制电路模块包括有单片机系统，单片机系统持续输出载波 信号到发射二极管驱动电路驱动发射二极管并循环检测来自接收传感器的逻辑接口电路 的输出，传感器模块与信号处理和控制电路模块之间通过VCC、GND、发送信号输出、接收信 号输入四根导线连接，电源模块与电路模块之间通过两根导线供电，其中，发光二极管持续 发射940nm的不可见调制光波，载波调制的信号为设定的某数字代码，若有物体进入光波 覆盖区域内，物体漫反射的部分光波将到达接收传感器，单片机系统实时检查接收传感器 的接收到的光波，接收并校验数据，如果接收到的为设定的某数字代码，则说明有物体进入 光波探测区域，此时单片机控制蜂鸣器报警。根据实际应用的具体情况，分别将上述三个模 块安装在不同的位置，之间通过导线连接。比如只将传感器模块安装在防护工艺件上，将电 路和电源安装在地面支架上，有效地减轻电子预警装置在防护工艺件上的重量(传感器模 块重量很轻)。其中，单片机可选择普通C51单片机，也可选择带有PWM模块的AVR单片机， 如ATmegaS，为了软件编程实现的方便，本文下述均为后者。图4为发射二极管和接受传感器的布置图和局部展开示意图，其中发射二极管和 接收传感器交错布置，相同类型传感器的间距约为150mm。发射二极管设置在相邻四个接受 传感器的中心。它们的数量(发射二极管和接受传感器的数量)根据航天器工艺防护件表 面的表面面积来确定。3、本发明的航天器工艺防护上的电子预警系统的软件流程单片机软件主要完成2个功能持续输出载波信号到发射二极管驱动电路，循环 检测接收传感器逻辑接口电路的输出。如错误！未找到引用源。所示，单片机系统上电初始化完成后，设定PWM工作模 式，工作参数和调制数据，并启动该模块工作，之后该模块为自主工作，软件无须干涉。软件的主流程是循环检测接收传感器的信号输出，当检测到有信号输入时，解调 载波信号，获取调制数据，与设定PWM时的数据进行比较，如果相符，则将控制蜂鸣报警的 引脚置“ 1” ；否则将引脚置“ 0 ”，继续检测。尽管上文对本发明的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的是， 我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作 用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种航天器工艺防护上的电子预警系统，包括相对独立的传感器模块、信号处理和 控制电路模块、电源模块；传感器模块由发射二极管和接收传感器组成；信号处理和控制 电路模块包括有单片机系统，单片机系统持续输出载波信号到发射二极管驱动电路驱动发 射二极管并循环检测来自接收传感器的逻辑接口电路的输出，传感器模块与信号处理和控 制电路模块之间通过VCC、GND、发送信号输出、接收信号输入四根导线连接，电源模块与电 路模块之间通过两根导线供电，其中，发光二极管持续发射940nm的不可见调制光波，载波 调制的信号为设定的某数字代码，若有物体进入光波覆盖区域内，物体漫反射的部分光波 将到达接收传感器，单片机系统实时检查接收传感器的接收到的光波，接收并校验数据，如 果接收到的为设定的某数字代码，则说明有物体进入光波探测区域，此时单片机控制蜂鸣 器报警。
2.如权利要求1所述的电子预警系统，其中，传感器模块设置在航天器的防护工艺件 上，信号处理和控制电路模块和电源模块设置在地面支架上以有效地减轻电子预警装置在 防护工艺件上的重量。
3.如权利要求1所述的电子预警系统，其中，发光二极管通过控制其发射功率来控制 光波探测覆盖区域。
4.如权利要求3所述的电子预警系统，其中，光波有效探测覆盖区域范围可通过外部 电位器来手动调节。
5.如权利要求1-4任一项所述的电子预警系统，其中，单片机系统为普通C51单片机或 带有PWM模块的AVR单片机。
6.如权利要求5所述的电子预警系统，其中带有PWM模块的AVR单片机为ATmegaS。
7.如权利要求1-4任一项所述的电子预警系统，其中，发射二极管和接收传感器交错 布置，相同类型传感器的间距约为150mm。
8.如权利要求7所述的电子预警系统，其中，发射二极管设置在相邻四个接受传感器 的中心。
9.如权利要求7所述的电子预警系统，其中，发射二极管和接受传感器的数量根据航 天器工艺防护件表面的表面面积来确定。
10.如权利要求1-4任一项所述的电子预警系统，其中，单片机对光波进行检测，并校 验数字编码，主动发出声光信号。
全文摘要
本发明公开了一种航天器工艺防护上的电子预警系统，包括相对独立的传感器模块、信号处理和控制电路模块、电源模块；所述电路模块中的单片机系统持续输出载波信号到发射二极管驱动电路并循环检测逻辑接口电路的输出，电源模块与电路模块之间通过两根导线供电；发光二极管持续发射940nm的不可见调制光波，载波调制的信号为设定的某数字代码，若有物体进入光波覆盖区域内，物体漫反射的部分光波将到达接收传感器，单片机系统实时检查接收传感器的接收到的光波，接收并校验数据，如果接收到的为设定的某数字代码，则说明有物体进入光波探测区域，此时单片机控制蜂鸣器报警。本发明具有反应灵敏、抗干扰、模块化设计、重量轻巧且光波有效探测覆盖区域范围可通过外部电位器手动调节等特点。
文档编号G08B21/00GK102087773SQ200910250100
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者刘宏阳, 吕景辉, 孙刚, 郑胜余 申请人:北京卫星环境工程研究所