本发明涉及设备控制技术领域，尤其是涉及一种空间环模设备控制装置及系统。
背景技术：
空间环境模拟设备是为了在地面模拟太空的冷黑、高真空、外热流、离子体等环境而研制建造的一种多功能综合试验设备，是宇航员、航天器及分系统、载荷等在地面进行各种性能、可靠性、寿命考核等模拟试验的关键设备。空间环境模拟设备由试验容器、热沉、真空抽气机组、高低温流程、试验装置平台、温度传感装置、控制单元等成组成。这些装置和流程的状态监控是借助后台计算机上运行的软件来完成的。行业内普遍采用通用工程组态软件来快速构建多样化的软件系统，以解决空间环境模拟设备的运行监控与综合管理。
在PC机或工控上运行的通用工程组态软件，存在着响应迟滞、运行效率低、耗费系统资源、数据处理能力弱、远程功能薄弱、安全性不强、知识产权难以保护等诸多不利因素。尤其是针对小型空间环模设备，由于体积小，测量、控制对象相对较少，控制流程相对简单，采用PLC+上位工控机+组态软件的方式不利于成本、性能、整体性、操控性等几个方面的优化。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空间环模设备控制装置及系统，采用嵌入式系统技术，将人机交互界面、核心控制单元与环模设备融为一体，构建出一种本地化触屏人机交互操作方式，更符合用户的使习惯。采用RTU+嵌入式系统+实时操作系统+专用软件的方式，以本地操控的方式，能很好地解决PC机平台及通用工程组态软件在空间环模测控方面的问题，增强设备的紧凑型、本地化与操作的便捷性，有利于降低环模设备的整体成本，提高系统可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种空间环模设备控制装置，包括：嵌入式工业电脑、RTU模块；
嵌入式工业电脑中安装有嵌入式环模测控软件系统；
RTU模块与小型空间环模设备连接；
RTU模块通过RS485/232总线与嵌入式工业电脑连接；
RTU模块接收嵌入式环模测控软件系统所发送的操作指令，并根据操作指令向嵌入式环模测控软件系统反馈监测数据，以实现小型空间环模设备的测控任务。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：信息输入装置；
信息输入装置包括：触控显示屏和/或键盘及鼠标；
信息输入装置与嵌入式工业电脑连接；
嵌入式工业电脑中的嵌入式环模测控软件系统，通过信息输入装置，获取用户输入的操作指令，并将操作指令发送至RTU模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：协同PC机；
协同PC机与嵌入式工业电脑连接；
协同PC机通过TCP/IP协议，从嵌入式环模测控软件系统获取监测数据；
和/或，
协同PC机通过TCP/IP协议，向嵌入式环模测控软件系统发送控制指令，以使嵌入式环模测控软件系统根据控制指令，控制小型环模设备执行相应操作。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，嵌入式环模测控软件系统包括：数据解析模块、数据处理模块及指令发送模块；
数据解析模块分别与RTU模块、指令发送模块、数据处理模块连接；
数据解析模块接收RTU模块所发送的RTU数据，并对RTU数据进行解析，根据解析后的数据进行判断，若解析后的数据为反馈信号ACK，则通过指令发送模块进行处理，若解析后的数据为监测数据，则通过数据处理模块对监测数据进行分析及处理。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，分析及处理的方式包括：数据刷新、数据存储、关键操作与节点数据写入日志、对错误数据进行报警中至少一项。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，嵌入式环模测控软件系统还包括：软件配置模块；
软件配置模块所配置的内容包括：界面信息文件、设备参数文件、过程脚本文件中至少一种；
软件配置模块用于重新订制小型空间环模设备的结构、规模、和工艺流程。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，嵌入式环模测控软件系统的工作模式包括：调试模块、工作模式。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，嵌入式测控系统的功能模块包括：过程模块、监测模块、日志模块、调试模块、设置模块、用户管理模块、帮助模块中至少一项；
过程模块包括：自动全过程单元、真空过程单元、高温过程单元、低温过程单元中至少一项；
监测模块包括：流程监测单元、状态监测单元、温度监测单元中至少一项；
日志模块包括：日志查看单元；
调试模块包括：端口编号与权值设置单元、端口诊断阈值设置单元、PID参数整定与下载单元中至少一项；
设置模块包括：通信端口设置单元、数据周期单元、软件界面订制单元、硬件适应性设置单元、过程脚本配置单元中至少一项；
用户管理模块包括：账户及密码管理单元、权限管理单元中至少一项。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括：报警装置；
报警装置与嵌入式工业电脑连接；
报警装置接收嵌入式环模测控软件系统所发送的报警指令，并根据报警指令进行报警。
第二方面，本发明实施例提供一种空间环模设备控制系统，该系统包括：智能终端及如第一方面所述的空间环模设备控制装置；
智能终端与空间环模设备控制装置中的嵌入式工业电脑通信连接；
智能终端接收嵌入式工业电脑所发送的监测数据，以供工作人员参考。
本发明实施例带来了以下有益效果：
在本发明实施例提供的空间环模设备控制装置中，包括嵌入式工业电脑、RTU模块，其中，嵌入式工业电脑中安装有嵌入式环模测控软件系统；RTU模块与小型空间环模设备连接；RTU模块通过RS485/232总线与嵌入式工业电脑连接；RTU模块接收嵌入式环模测控软件系统所发送的操作指令，并根据操作指令向嵌入式环模测控软件系统反馈监测数据，以实现小型空间环模设备的测控任务。本发明所提供的空间环模设备控制装置，采用嵌入式系统技术，将人机交互界面、核心控制单元与环模设备融为一体，构建出一种本地化触屏人机交互操作方式，更符合用户的使习惯。采用RTU+嵌入式系统+实时操作系统+专用软件的方式，以本地操控的方式，能很好地解决PC机平台及通用工程组态软件在空间环模测控方面的问题，增强设备的紧凑型、本地化与操作的便捷性，有利于降低环模设备的整体成本，提高系统可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置的示意图；
图2为本发明实施例一提供的另一种空间环模设备控制装置的示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置中嵌入式环模测控软件系统顶层数据流图；
图4为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置中来自RTU模块的数据处理流程图；
图5为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置中设备控制及参数修改的数据流图；
图6为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置中嵌入式环模测控软件适应性订制流程图；
图7为本发明实施例一提供的一种空间环模设备控制装置中嵌入式环模测控软件的功能模块图；
图8为本发明实施例二提供的一种空间环模设备控制系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的小型空间环模设备，由于体积小，测量、控制对象相对较少，控制流程相对简单，采用PLC+上位工控机+组态软件的方式不利于成本、性能、整体性、操控性等几个方面的优化。
基于此，本发明实施例提供一种空间环模设备控制装置及系统，采用嵌入式系统技术，将人机交互界面、核心控制单元与环模设备融为一体，构建出一种本地化触屏人机交互操作方式，更符合用户的使习惯。采用RTU+嵌入式系统+实时操作系统+专用软件的方式，以本地操控的方式，能很好地解决PC机平台及通用工程组态软件在空间环模测控方面的问题，增强设备的紧凑型、本地化与操作的便捷性，有利于降低环模设备的整体成本，提高系统可靠性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种空间环模设备控制装置进行详细介绍。
实施例一：
本发明实施例提供了一种空间环模设备控制装置，参见图1和图2所示，该装置包括：嵌入式工业电脑11、RTU模块12。其中，嵌入式工业电脑11中安装有嵌入式环模测控软件系统111；RTU模块12与小型空间环模设备13连接；RTU模块12通过RS485/232总线与嵌入式工业电脑11连接；RTU模块12接收嵌入式环模测控软件系统111所发送的操作指令，并根据操作指令向嵌入式环模测控软件系统111反馈监测数据，以实现小型空间环模设备13的测控任务。
RTU模块12是REMOTE TERMINAL UNIT的简称，中文名称为远程测控终端用于监视、控制与数据采集的应用，具有遥测、遥信、遥调、遥控功能。本实施例中，RTU模块12包括数模转换模块、数据接收发送模块、继电器模块及模数转换模块等，可实现与嵌入式环模测控软件系统111的指令和数据交互。
本实施例所提供的空间环模控制装置主要是采用嵌入式工业电脑11、RS485/232总线、RTU模块，以较低的成本、较高的灵活性，以及更开放的软硬件架构实现对小型空间环模设备13的电控功能。
对于实时性要求较高的温度自动控制流程，在另一种实施方式中，采用下层PID调节器与上层模糊控制算法相结合的系统架构，温度控制系统包括：加热器、风机调节阀门等，其中，加热器的功率控制通过底层PID调节器完成，风机和调节阀门通过嵌入式工业电脑11里的模糊控制算法程序来完成。模糊算法程序用于粗调，PID调节器用于细调。粗调时旁路PID调节器。
为了实现良好的人机界面交互，该装置中还包括：信息输入装置。信息输入装置包括：触控显示屏和/或键盘及鼠标；信息输入装置与嵌入式工业电脑11连接；嵌入式工业电脑11中的嵌入式环模测控软件系统111，通过信息输入装置，获取用户输入的操作指令，并将操作指令发送至RTU模块12。进一步通过RTU模块12与嵌入式环模测控软件系统111，实现对小型空间环模设备13的控制。
此外，上述装置中还包括：协同PC机。协同PC机与嵌入式工业电脑11连接；协同PC机通过TCP/IP协议，从嵌入式环模测控软件系统111获取监测数据；和/或，协同PC机通过TCP/IP协议，向嵌入式环模测控软件系统111发送控制指令，以使嵌入式环模测控软件系统111根据控制指令，控制小型环模设备执行相应操作。
通过对环模设备的硬件及软件功能的要求分析，嵌入式环模测控软件系统111顶层数据流图如图3所示。与该软件交互的三个实体分别是用户、RTU模块12、协同PC机。用户通过触摸屏或键鼠向软件系统输入指令，从屏幕、文件获得信息。RTU模块12通过RS485/232总线从嵌入式环模测控软件系统111获得操作指令，并向其反馈状态、数据和应答信号。协同上位PC机通过和TCP/IP协议从嵌入式环模测控软件系统111获得状态及数据可同时监测各种数据状态，也可向嵌入式环模测控软件系统111发送控制指令，间接控制小型空间环模设备13的各种动作。
嵌入式环模测控软件系统111包括：数据解析模块、数据处理模块及指令发送模块；数据解析模块分别与RTU模块12、指令发送模块、数据处理模块连接；数据解析模块接收RTU模块12所发送的RTU数据，并对RTU数据进行解析，根据解析后的数据进行判断，若解析后的数据为反馈信号ACK，则通过指令发送模块进行处理，若解析后的数据为监测数据，则通过数据处理模块对监测数据进行分析及处理。
上述分析及处理的方式包括：数据刷新、数据存储、数据写入日志、数据报警中至少一项。
来自RTU模块12的数据处理流程如图4所示，先对RTU模块12所发送的RTU数据进行解析，然后对解析后的数据进行判断，若是设备的状态和测量数据内容则交由数据处理模块进行进一步处理加工，若是发送给设备的应答反馈信号ACK，则交由发送指令模块去处理。发送指令模块若在规定的时间内没有收到ACK信号，则需要对刚才的指令重发。数据处理模块的加工环节主要完成4件任务：
(1)数据刷新，比如：刷新屏幕上的数据与曲线；
(2)数据存储，比如：将必要的数据存入数据库；
(3)数据写入日志，比如：将关键操作与节点数据写入日志；
(4)数据报警，比如：对错误状态和超限数据进行报警处理。
作为一种优选实施方式，嵌入式环模测控软件系统111还包括：软件配置模块。软件配置模块所配置的内容包括：界面信息文件、设备参数文件、过程脚本文件中至少一种；软件配置模块用于重新订制小型空间环模设备13的结构、规模、和工艺流程。
具体的，如图5所示，不同内容的操作指令帧、设备地址与初始化参数、自动过程的控制脚本等数据均以文件方式保存在硬盘中，由相应的数据处理模块调用。
本实施例中，通过软件配置模块可以实现软件配置功能，采用可订制的软件结构方式，由生产商用户利用软件配置功能在一定程度和范围内重新订制小型空间环模设备13的结构、规模和工艺流程，扩大软件对硬件的适应范围，降低生产商工作人员的技能要求，提高小型空间环模设备13生产、调试效率。
软件界面上的标识信息，诸如软件名称、用户单位、企业标志等信息均由数据文件动态生成，只需要更改数据文件即可更改软件界面信息。指令帧内容、设备地址、设备参数、传感器参数、标定系数、传感器数量、设备数量、定时时间、流程运行脚本等均由文件保存，只需要修改文件而不需要修改程序代码，即可完成控制方式、控制内容及控制流程的改变。其流程如图6所示。
在本实施例中，嵌入式环模测控软件系统111的工作模式包括：调试模块、工作模式两种模式，以适应制造商和用户灵活的应用。调试模式具有更高的权限和操作灵活性，并能查看原始数据及中间结果，方便制造环节的标定、测试、参数调试等工作。
作为一种优选实施方式，嵌入式测控系统的功能模块包括：过程模块、监测模块、日志模块、调试模块、设置模块、用户管理模块、帮助模块中至少一项。具体的参见图7所示，过程模块包括：自动全过程单元、真空过程单元、高温过程单元、低温过程单元中至少一项；监测模块包括：流程监测单元、状态监测单元、温度监测单元中至少一项；日志模块包括：日志查看单元；调试模块包括：端口编号与权值设置单元、端口诊断阈值设置单元、PID参数整定与下载单元中至少一项；设置模块包括：通信端口设置单元、数据周期单元、软件界面订制单元、硬件适应性设置单元、过程脚本配置单元中至少一项；用户管理模块包括：账户及密码管理单元、权限管理单元中至少一项。
此外，本实施例所提供的空间环模控制装置中还包括：报警装置。报警装置与嵌入式工业电脑11连接；报警装置接收嵌入式环模测控软件系统111所发送的报警指令，并根据报警指令进行报警。
当嵌入式环模测控软件系统111根据监测数据，判断数据出错或者超过预设阈值范围时，向报警装置发送报警指令，报警装置根据报警指令进行报警，比如：声音报警、灯光报警、语音报警等，在此不做限定。
在本发明实施例提供的空间环模设备控制装置中，包括嵌入式工业电脑11、RTU模块12，其中，嵌入式工业电脑11中安装有嵌入式环模测控软件系统111；RTU模块12与小型空间环模设备13连接；RTU模块12通过RS485/232总线与嵌入式工业电脑11连接；RTU模块12接收嵌入式环模测控软件系统111所发送的操作指令，并根据操作指令向嵌入式环模测控软件系统111反馈监测数据，以实现小型空间环模设备13的测控任务。本发明所提供的空间环模设备控制装置，采用嵌入式系统技术，将人机交互界面、核心控制单元与环模设备融为一体，构建出一种本地化触屏人机交互操作方式，更符合用户的使习惯。采用RTU+嵌入式系统+实时操作系统+专用软件的方式，以本地操控的方式，能很好地解决PC机平台及通用工程组态软件在空间环模测控方面的问题，增强设备的紧凑型、本地化与操作的便捷性，有利于降低环模设备的整体成本，提高系统可靠性。
本发明实施例所提供的空间环模设备控制装置是一个集过程控制、数据库、多机组网通信、软硬件一体的专业性强、复杂度高的综合类软件工程，具体特征如下：
(1)工控类硬件相关：用于工业控制环境，监测、控制对象为复杂、多样化的硬件设备、嵌入式操作系统与嵌入式软件编程。需要开发人员既熟悉工业控制邻域的知识与通信规范，还要精通嵌入式软硬件设计技术。对开发人员的层次、技术、经验、硬件背景有较高的要求。
(2)实时性与可靠性要求：软件架构、模块封装、算法性能、测试标准、纠错机制上均要满足较高可靠性与实时性的要求。
(3)可设定规模：为适应不同特征的环模对象，软件具有一定程度的结构、规模、界面可设置功能。
(4)上位机协同：为了人机交互灵活扩展，有上位协同机参与控制的要求，两套软件协调运行，需要设计协同操作规范。
(5)专用性强：专用于领域狭窄的空间环模设备，无开源代码、无相似的系统借鉴。
本发明实施例所提供的空间环模设备控制装置具有以下优点：
(1)采用嵌入式系统和开放式、低成本RTU模块12技术实现小型空间环模的测控任务；
(2)测控流程可更改；
(3)开放的过程脚本；
(4)设备结构、规模及过程控制与代码无关；
(5)设备属性及能耗统计；
(6)上位机协同。
该软硬件一体系统的实施可有效降低小型空间环模设备13的成本，提高空间环模设备的整体性与紧凑型，提升测控技术水平，改进用户的使用体验。可使企业进一步形成自有知识产权，从系统集成模式迈向产品供给模式，引导行业内共给侧改革，促进企业成为行业领先。
实施例二：
本发明实施例提供一种空间环模设备控制系统，参见图8所示，该系统包括：智能终端21及如实施例一所述的空间环模设备控制装置22。
其中，智能终端21与空间环模设备控制装置22中的嵌入式工业电脑221通信连接；智能终端21接收嵌入式工业电脑221所发送的监测数据，以供工作人员参考。
上述智能终端21包括：智能手机、iPad、笔记本电脑等。通过智能终端21与嵌入式工业电脑之间的数据交互，实现对小型空间环模设备的远程监控。
本发明实施例所提供的空间环模设备控制系统中，包括如实施例一所述的空间环模设备控制装置，与前述空间环模设备控制装置具有相同的技术特征，因此，同样可以实现上述功能。本系统的具体工作过程参见上述装置实施例，在此不再赘述。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的装置实施例和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。