测控分系统设计
测控系统原理及设计
测控系统原理及设计测控系统原理及设计是一种将测量和控制过程结合起来的技术系统，它通过采集和处理数据，实时监测和控制被测对象的状态和参数，并根据设定的规则和算法，进行反馈控制，以实现预期的控制目标。
测控系统的原理主要包括传感器、信号采集、信号处理、控制器和执行机构等组成部分。
传感器是测控系统的感知器件，它能将被测对象的状态和参数转化为电信号，如温度、压力、流量等。
信号采集模块将传感器输出的模拟信号进行采样和量化转换，转化为数字信号，以便进行数字信号处理。
信号处理模块对采集到的数字信号进行滤波、增益和滤波等处理，提取出有效信息，并进行参数计算和特征提取。
控制器是测控系统的决策和执行器，根据信号处理模块提供的参数和目标值，生成控制规则和控制算法，并输出控制信号。
执行机构是测控系统的执行器，将控制信号转化为物理作用力，实现对被测对象的控制。
测控系统的设计需要考虑多个因素，包括被测对象的特性，控制目标的要求，系统的可靠性和稳定性等。
首先需要选择合适的传感器，根据被测对象的特性和参数要求，选择适当的传感器类型和规格。
其次，需要设计合理的信号采集和处理电路，确保信号的准确性和稳定性。
在控制器设计中，要根据控制目标的要求，选择合适的控制算法和调节策略，使系统能够快速响应和稳定控制。
此外，系统的可靠性和稳定性是设计中需要重点考虑的因素，需要做好故障检测和容错处理，确保系统在异常情况下能够保持正常工作。
总之，测控系统原理及设计是一门涉及多学科的综合性学科，需要了解传感器原理、信号处理技术和控制理论等方面的知识。
通过合理选取传感器、设计有效的信号采集和处理电路，以及选择合适的控制算法和策略，可以实现对被测对象的准确测量和精确控制，满足各种应用场景的需求。
基于FPGA的测控系统设计与实现
基于FPGA的测控系统设计与实现一、引言随着科技的发展，现代工程领域对于高精度、高速度、高可靠性的测控设备的需求也越来越大。
其中，基于FPGA的测控系统具有极高的灵活性和可扩展性，能够满足不同领域的测控需求。
本文将介绍基于FPGA的测控系统设计与实现，主要包括系统架构、硬件设计、软件编程等方面。
二、系统架构设计基于FPGA的测控系统一般由FPGA芯片、外设模块、存储设备和通信接口等部分组成。
其中，FPGA芯片作为核心部分，负责控制整个系统的运行。
外设模块提供不同功能的接口，如模拟采集、数字转换、时钟输入、GPIO等。
存储设备用于存储测量数据和程序代码。
在系统架构设计时，需要根据实际需求选择适合的外设模块和通信接口，以及合适的存储设备。
此外，还需要考虑不同模块之间的数据传输和控制信号，确定系统的总体布局和数据流图。
三、硬件设计基于FPGA的测控系统的硬件设计主要包括电路原理图设计、PCB设计和硬件调试等部分。
在电路原理图设计时，需要根据系统架构设计绘制不同模块的电路图，并考虑电路参数的选择和优化。
在PCB设计时，需要将电路原理图转化为布局图和线路图，并按照标准的PCB设计流程进行布线、加强电路抗干扰性、防止电磁辐射等操作。
在硬件调试过程中，需要用示波器、万用表等工具对电路进行调试和测试，确保电路稳定运行。
四、软件编程基于FPGA的测控系统的软件编程主要包括FPGA芯片的Verilog/VHDL编程、上位机程序的编写等内容。
在FPGA芯片的Verilog/VHDL编程中，需要根据不同外设模块的接口来编写对应的硬件描述语言代码，如时钟控制、数据输入输出、状态控制等。
在上位机程序编写中，需要使用不同编程语言（如C/C++、Python等）来编写程序，实现与FPGA芯片的通信、测控算法的实现、数据可视化等功能。
五、系统应用与实现基于FPGA的测控系统应用广泛，如测量、控制、自动化、通信等领域。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来设计相应的测控系统，并进行相关智能算法的设计和调试。
测控系统原理与设计
测控系统原理与设计1. 引言测控系统是指用于测量和控制各种物理量和工艺过程的系统。
它在工业自动化、科学研究、医学诊断、环境监测等领域起着重要的作用。
本文将介绍测控系统的原理和设计过程，并探讨一些常用的技术和方法。
2. 测控系统的基本原理测控系统的基本原理可以概括为测量、采样、处理和控制四个过程。
2.1 测量测量是测控系统的核心过程，它用于获取被测量的物理量或工艺参数。
常用的测量方法包括传感器测量、光学测量、电磁测量等。
传感器是测控系统中最常见的测量设备，它能够将被测量的物理量转化为电信号，供后续的采样和处理。
2.2 采样采样是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的过程。
采样过程中需要确定采样频率和采样精度。
采样频率应根据被测量物理量的变化情况进行选择，采样精度则取决于采样器的分辨率和噪声水平。
2.3 处理采样得到的数字信号需要经过处理才能得到有用的信息。
处理过程可以包括滤波、放大、数字化等操作。
滤波可以去除噪声和杂散信号，放大可以增强信号的强度，数字化可以将模拟信号转化为数字形式，方便存储和处理。
2.4 控制控制是根据测量得到的信息对被控对象进行调节和控制的过程。
控制可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是在没有反馈信号的情况下进行的控制，而闭环控制则通过测量系统输出与期望值的差异进行调节。
3. 测控系统的设计过程测控系统的设计过程可以分为需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计和系统测试等环节。
3.1 需求分析需求分析是测控系统设计的第一步，它需要明确系统的功能需求、性能要求和运行环境等。
在需求分析过程中，需要对被测量的物理量、测量范围、系统响应时间等进行详细的分析和规定。
3.2 系统设计在系统设计阶段，需要确定系统的整体架构和各个组件之间的关系。
系统设计需要综合考虑硬件和软件两方面的因素，选择合适的传感器、采样器、控制器等设备，并设计合理的数据传输和处理流程。
3.3 硬件设计硬件设计是测控系统设计的核心环节，它包括电路设计、布线设计和硬件模块的选型和搭建等。
测控系统原理与设计
3.4.2 51单片机 用于频率测量
3.4 脉冲信号的采集
3.4.4 V/F转换
3.5.1 开关量输入信号的调 理
3.5.3 开关量输入信号与光 耦的连接
3.5.5 数字量输入信号的采 集
3 检测信号采集技术
3.5 开关量信号的采集
3.5.2 光电耦合器
3.5.4 开关量输入信号与 CPU的连接
3.6.1 VI的 结构
B
4.3.3 调制解调器集 成电路
C
4.3 数字信号的频带传输
4.4.1 发射电路
4.4.3 采用CC2400的收发 器电路
4.4.5 蓝牙技木
4 数据通信技术
4.4 数字信号的无线传输
4.4.2 接收电路
4.4.4 采用nRF24E2的发射 电路
4.4.6 实现远程数据无线通 信的一种方案
05
测控系统原理与设计
演讲人
2 0 11 - 11 - 11
01
1 概述
1 概述
01
02
03
04
1.1 测控系 统的分类与 组成
1.2 智能测 控系统
1.3 嵌入式 系统
习题与思考 题
1.1.1 测控系统的分类
1.1.3 测控系统的基本概念
1.1.5 测控系统的建模
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.2 测控系统的组成
1.1.4 测控系统的性能指标
1.1.6 测控技术的发展
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.7 控制策略与算法的发展
1 概述
1.2.1 智能测控 系统的概念
1.2.3 智能测控系统 的主要功能特征
卫星测控分系统设计
遥控技术
➢ 通过对遥测参数、姿态和轨道参数的 研究和分析，发现航天器的轨道、姿 态、某个工程分系统或有效载荷工作 状况异常或出现故障，判断出故障部 位和做出决策，向卫星发出有关命令 ，修正轨道和姿态，调整分系统和有 效载荷的运行参数，甚至切换备份或 部件。
2020/7/21
17
测控频段
短波 超短波
微
波
波段
高频HF 甚高频VHF 特高频UHF
L波段 S C X Ku K Ka
毫米波
频率
3～30MHz 30～300MHz 300～1000MHz
1～2GHz 2～4GHz 4～8GHz 8～12GHz 12～18GHz 18～27GHz 27～40GHz 40～300GHz
测控系统组成
遥控天线1 合
遥控天
成
线2
器
1 组成
扩频应答
输机A入来自多扩频应答工
机B
器 USB应答机
遥测天线1
遥测天线2
功 分路器
分
负载
测控 开关
器
输
出
测控固放1
多
测控固放2
工
器
测控固放3
6）遥测和遥控原理方框图
14
测控特性
卫星测控特点
多路传输
精确性和 可靠性
信息的多 样性和数 据处理的 复杂性
1 几个概念
跟踪测轨：地面站跟踪卫星并测出其飞行轨道 遥测：采集或获取卫星工况或工程参数，并通过无线信道传 输到地面，以便地面及时了解卫星的工作状况 遥控：将地面的控制信息或数据通过无线信道发送给卫星， 以实现地面对卫星的控制 上行：遥控指令+数据注入 下行：遥测（工况信息）、数传（载荷或科学数据） 测控（TT&C, Tracking, Telemetry and Command）包括三 部分：跟踪、遥测和命令。 数传、测控的区别 地面测控站、船，飞行控制中心（北京、西安 ）
测控最小系统课程设计
测控最小系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解测控系统的基本原理，掌握最小测控系统的构成及其功能。
2. 学生掌握测控系统设计的基本流程和方法，包括传感器的选择、信号调理、数据采集与处理等。
3. 学生能够运用所学的理论知识，分析并解决实际测控问题。
技能目标：1. 学生能够设计并搭建简单的最小测控系统，进行数据采集和初步处理。
2. 学生通过实践操作，掌握测控设备的使用方法，提高动手实践能力。
3. 学生能够运用计算机软件对测控数据进行处理和分析，形成实验报告。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习，培养对测控技术及工程应用的兴趣，激发创新意识。
2. 学生在团队合作中，学会相互沟通、协作，培养团队精神和责任感。
3. 学生关注测控技术在现实生活中的应用，提高学以致用的意识，培养解决实际问题的能力。
课程性质分析：本课程为实践性较强的学科，要求学生在掌握基本理论知识的基础上，通过实践操作，提高解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生处于高年级阶段，具备一定的理论基础和动手实践能力，对新技术和新设备充满好奇。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使学生在原有基础上得到提高。
3. 强化团队合作，培养学生的沟通能力和责任感。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 测控系统基本原理- 介绍测控系统的概念、发展历程和基本组成。
- 分析测控系统的工作原理，包括传感器、信号调理、数据采集与处理等。
2. 最小测控系统设计- 深入讲解最小测控系统的构成及功能。
- 学习测控系统设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、硬件选型、软件编程等。
- 结合教材章节，组织学生进行实践操作，设计并搭建简单的最小测控系统。
3. 数据处理与分析- 教授测控数据采集、处理和存储的方法。
- 学习使用计算机软件（如Excel、MATLAB等）对测控数据进行处理和分析。
测控系统原理及设计概论
西安卫星 测控中心
测控系统原理及设计概论
中国于2000年10月开始发射“ 北斗”定位卫星，可提供高精度的 定位、测速和授时服务，中国计划 在2015年形成覆盖全球的卫星导航 定位系统。
测控仪器和测控系统是检测技术的具体实 现 ，是获取信息的工具。
测控系统原理及设计概论
1.2 测控技术的发展
传统的测量仪器仪表用以测量、观察、监视 、验证、记录各种物理量、物质成分、物性参数 等。如压力表、测长仪、显微镜等。
随着工业的发展，测量和分析、计算、控制 常常融为一体。因此，现代仪器仪表还包括计算 、分析、控制、报警、信号传递和数据处理等功 能。
计算机测控系统
测控系统原理及设计概论
第1章 计算机测控系统概述
测控系统原理及设计概论
1.2 测控技术与仪器专业的定位
测控技术与仪器专业是多个仪器仪表类专业 合并而成的大专业，“测控技术与仪器”是指对 信息进行采集、测量、存贮、传输、处理和控制 的手段与设备。包含测量技术、控制技术和实现 这些技术的仪器仪表及系统。其内涵如所示。
测控系统原理及设计概论
课程名称
电路
模拟电子技术（I）
数字电子技术
微机原理与接口技术
自动控制原理
单片机原理与应用
可编程逻辑器件原理与设计
传感器原理
数字化测试技术
传感器技术课设
可编程逻辑器件课设
单片机技术课设
测控系统原理及设计概论
学分 5
3.5 3.5 3.5
4 4 3 4 4 1 1 1
本课程是测控专业的专业课，本课程 以 模拟电路、数字电路、传感器技术和微机 技术为前提，不同于先修课程，本课程主 要学习如何将各个功能模块组装起来构成 一个完整的测控系统，换言之，先修课程 是从微观上学习各模块自身的原理及构成， 而测控系统这门课程是从宏观上学习各个 模块之间的连接及影响，学习如何将各个 功能模块组合起来实现测试和控制的功能。
计算机测控系统的设计与实现
计算机测控系统的设计与实现(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--计算机测控系统的设计与实现1 计算机测控系统的发展历程及其定义在现代工业控制领域，计算机以其无以伦比的运算能力，数据处理分析能力，在测控系统中起到了很大了作用，测控系统的发展经历了五个阶段：测控系统的发展在20世纪50年代，测控系统处于自动测量、人工控制阶段，整个系统结构简单，操作灵活，但由人工操作，速度受到了限制，不能同时控制多个对象。
在20世纪60年代，采用电动单元组合式仪表测控系统，测控系统处于模拟式控制阶段，系统的控制精度和速度都有了提高，但抗干扰的能力比较差，且对操作人员的经验要求比较高。
直到20世纪70年代到20世纪80年代，出现的计算机集中测控系统以及分布式测控系统，才使得人类在控制领域实现了一次巨大的飞跃。
计算机测控系统的发展首先，在60年代末期，出现了用一台计算机代替多个调节控制回路的测控系统，就是直接数字测控系统，它的特点是控制集中，便于运算的集中处理，然而这种系统的危险性过于集中，可靠性不强。
随着70年代，电子技术的飞速发展，由美国Honeywell公司推出了以微处理器为基础的总体分散型测控系统，它的含义是集中管理，分散控制，所以又称为集散测控系统。
分布式测控系统是在集散测控系统的基础上，随着生产发展的需要而产生的新一代测控系统，分布式测控系统更强调各子系统之间的协作，有明确的分解策略和算法。
因此，计算机测控系统就是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象联系，以达到一定控制目的所构成的系统2 计算机测控系统的组成测量设备计算机主控器执行机构人机界面通讯模块图1 测控系统的组成计算机测控系统的组成如图1所示，包括计算机主控器、测量设备、执行机构、人机界面或通讯模块所组成。
测量设备测量设备的主要作用就是向计算机主控器输入数据。
一般来说，是利用传感装置将被控对象中的物理参数，如：温度、压力、液位、速度。
测控系统的优化设计与实现
测控系统的优化设计与实现在现代科技的飞速发展中，测控系统扮演着至关重要的角色。
它广泛应用于工业生产、航空航天、医疗设备、环境监测等众多领域，为实现精确测量和有效控制提供了关键支持。
测控系统的性能直接影响着相关设备和系统的运行效率、质量和可靠性。
因此，对测控系统进行优化设计与实现具有重要的现实意义。
测控系统的基本组成包括传感器、信号调理电路、数据采集设备、控制器以及执行机构等部分。
传感器负责感知被测量的物理量，并将其转换为电信号；信号调理电路对传感器输出的微弱信号进行放大、滤波等处理，以提高信号的质量；数据采集设备将模拟信号转换为数字信号，并传输给控制器进行分析和处理；控制器根据预设的控制算法和策略，生成控制信号；执行机构则根据控制信号对被控对象进行操作，实现测量和控制的目标。
在优化设计测控系统时，首先需要明确系统的性能指标和功能需求。
例如，测量精度、响应速度、稳定性、可靠性、抗干扰能力等都是重要的性能指标。
根据不同的应用场景和任务要求，这些指标的侧重点可能会有所不同。
例如，在高精度测量的场合，测量精度是首要考虑的因素；而在实时控制系统中，响应速度则更为关键。
为了提高测量精度，我们可以从多个方面入手。
选择合适的传感器是第一步。
不同类型的传感器具有不同的测量范围、精度和响应特性，需要根据实际测量需求进行选择。
同时，采用误差补偿技术可以有效地减小测量误差。
例如，通过对传感器进行温度补偿、非线性补偿等，可以提高测量的准确性。
此外，优化信号调理电路的设计，降低噪声和干扰的影响，也有助于提高测量精度。
响应速度是测控系统的另一个重要性能指标。
要提高响应速度，可以采用高速的数据采集设备和处理芯片，减少数据处理和传输的时间延迟。
同时，优化控制算法和策略，减少计算量，也能够加快系统的响应速度。
在设计控制器时，采用先进的控制理论和方法，如模糊控制、神经网络控制等，可以实现更快速、更精确的控制效果。
稳定性和可靠性是测控系统长期运行的关键。
6.1测控系统设计方法
统设计的方法，包括题目的分析，方案论证。
例：一种盐雾型具有温度补偿的湿 度传感器的设计
第一步： 第一步：题目分析
1、盐雾型： 表明该湿度传感器的工作环境是在 有盐雾的地方，如海岛或沿海地区，不是通常的 非海洋环境。 2、具有温度补偿： 即具有温度补偿功能。 湿度和温度有什么关系？ （1）什么是湿度？ 湿度是表示大气中含有水汽的多少，表示大气的 干、湿程度，也就是说，湿度是表示大气干湿程 度的物理量，全称是大气湿度，空气湿度。
1技术指标分析： （1）、对在 “海上工作，不失效” 这项 海上工作，不失效” 指标，即要求传感器在海洋环境（盐雾环 境）下工作，说明必须选用湿敏电阻；因 为湿敏电容抗腐蚀能力欠缺，对环境的洁 净度要求较高。 （2）、对 ” 湿度的测量范围：20％RH～ 湿度的测量范围：20％RH～ 95％RH，精度≥±5 ％RH” 这项指标，即要 95％RH，精度≥ RH” 求所选湿敏元件的测量范围必须超过 20％ 20％ RH～95％RH，精度≥±5 ％RH ； RH～95％RH，精度≥
△湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十 分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃ 分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围 内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其 温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路 上加温度补偿式。一般采用简单的软件补偿，或 无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的 精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响 到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好 的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得 真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也 是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃ 是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常 工作。
测控系统课程设计
《测控系统课程设计》课程设计报告题目：测控系统课程设计专业：班级：学号：姓名：指导教师：2012年 1 月12 日一、设计目的：测控系统课程讲述的原理、技术仅靠教学是无法完全掌握和理解的，故必须通过具体的实际动手设计才能获得比较直观和深刻的理解。
物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，温度是工农业生产、科学实验研究以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个非常重要的物理量。
二、设计内容：测控系统课程设计是集光、机、电、算一体化的课程设计。
本次课程设计该系统通过温度传感器传输信号，该设定温度信号要求在25~55℃之间。
系统要求用户输入一个恒定温度值。
当实际温度接近恒定温度时，控制器进行P调节、PI调节、PID调节或模糊调节、神经网络调节、遗传算法调节、蚁群算法调节等，调节器控制固态继电器的占空比，继电器再控制电加热器的电流。
当温差越大，则固态继电器占空比越高；频率越慢，则温度越低。
系统要求至少具备以下模块：1、温度测量模块（如：热电阻，PT100、PT50，热电偶K）；2、PID调节模块(如：PLC模块，单片机测控模块，模拟PID模块，仪表调节模块)；3、电加热器模块；4、水箱模块（如：上水箱，下水箱等）；5、显示控制组态模块；三、设计要求：熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理；研究系统分别用P、PI调节器时的阶跃响应、抗扰动作用，参数变换对系统性能的影响。
了解单片机编程控制器的模拟量输入/输出控制功能。
通过对复合加热水箱温度PID调节组态的使用，了解单片机编程及力控软件的组态方法。
熟悉用力控软件建立监控系统的整个过程；掌握力控软件提供的一些基本功能，如基本画面图素的绘制、图库元素的调用、动画连接的使用、程序命令语言的使用与输入；学会用力控软件编制数字P、PI、PID算法，能够调节积分时间常数、微分时间常数、比例系数，以得到满意的控制效果。
四、设计主要仪器设备：计算机、组态软件、单片机、温度传感器检测变送模块、交流变频控制器、电机、水泵、上下水箱、PID调节器、AUTOCAD软件等。
测控系统设计及实践
测控系统设计及实践•课时：20 （10周）•理论+实践•参考教材：《测控仪器设计》第3版，浦昭邦，机械工业出版社《测量控制与仪器仪表现代系统集成技术》，丁天怀，李庆祥，清华大学出版社《新概念51单片机C语言教程》，郭天祥，电子工业出版社•主讲：胡衍雷（实践：倪旻昊）•办公室：西区力学三楼307•Tel：63602932•Email：huyl@背景知识•传感器及测试技术•模拟电路，数字电路，仪器电路•自动控制原理•单片机原理及应用第一节测控系统概论测控系统是即“测（检测/测量）”又“控（控制）”的系统依据被控对象被控参数的检测结果，按照人们预期的目标对被控对象实施控制。
传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线/无线通信及网络）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）蒸汽省煤器阀门给水汽包蒸汽省煤器阀门给水汽包LTLC锅炉汽包示意图锅炉汽包液位测控系统示意图当系统受到扰动作用后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表（液位变送器LT ）得到测量值。
在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将测量值与设定值比较，得到偏差，经过运算后发出控制信号，作用于执行器（控制阀），改变给水量，使控制装置执行器被控对象设定值偏差检测单元操纵变量被控变量扰动比较机构控制器-系统方框图被控对象：指被控制的装置和设备。
被控变量是影响系统安全性、经济型、稳定性等性能的变量。
检测单元：功能是感受并测量被控变量的大小。
变换成控制器所需要的信号形式。
一般检测单元为敏感元件、转换元件及信号处理电路组成的传感器。
控制器：包括比较机构和控制装置。
将检测单元的输出信号与被控变量的设定值进行比较得出偏差信号，根据这个偏差信号的正负、大小变化情况，按一定的运算规律计算出控制信号传送给执行机构。
执行器：接收控制器发出的控制信号，相应的去改变控制变量。
测量值检测系统•又称数据采集系统，用来对被测对象中的一些物理量进行测量并获得相应的测量数据被测对象传感器模拟输入通道微机/控制单元数据显示数据处理•控制系统以“控制”为目的，结构上分为开环控制和闭环控制。
测控系统设计
8.2 工程项目设计步骤
4.硬件和软件的分别细化设计 在总体方案评审后，将方块图中的方块划到最低层，然后进行底层块内的结构细化设计工作。此外，还 要完成工业自动化仪表的选择，如传感器、变送器与执行器型号的选取等。 对于硬件设计来说，就是选购模板以及设计制作专用模板，包括CPU核心电路，AI电路，AO电路，DI 电路图，DO电路图，通信接口电路，打印机接口电路，显示电路及电源电路等。 对软件设计来说，就是将一个个模块编成一条条的程序，包括数据采集和数据处理程序、控制算法程序、 控制输出程序、控制输出程序、数据管理程序、数据通信程序、公共服务程序等。 5. 系统调试 硬件、软件的设计都需边设计边调试边修改，调试工作分别进行，往往要经过几个反复过程才能完成。 硬件调试应按电路实现的功能分别进行调试。软件调试应首先编试完成后，再进行软件的总调试。 一个测控系统在实验室调试好以后，就可以到现场进行安装并进行调试。在现场调试时，应注意接地、 环境干扰等方面的问题。同时，通过现场调试，选择合理的调节参数，确保系统稳定运行，并达到设计的 性能指标。现场调试需要丰富的经验，只有对生产现场进行深入的了解，不断完善设计方案，才能设计更 好的测控系统。
8.1 概述
1. 知识储备与理论基础 ① 必须具有一定的硬件基础知识。 ② 需要具备一定的软件设计能力。 ③ 具有综合运用知识的能力，特别是系统总体设计能力。 ④ 必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控 对象动态、静态特性，有时甚至要求出被控对象的数学模型。 此外，还需要涉及功能需求分析、设备选型订货、系统安装调试、 工程验收和交付使用等具体工作。因此，系统设计员属于项目开发中的 高级人才，所要求具备的知识技能也绝不仅仅是有些人印象中“会焊电 路板、会画电路图、会写程序代码”的狭义概念。
测控系统设计综合实践
摘要随着科技的不断发展，测控系统在工业、农业、医疗、科研等领域得到了广泛的应用。
为了提高测控系统的设计水平和实际应用效果，本文通过对测控系统设计的基本原理、设计方法、实践过程进行综合分析，提出了一种基于现代控制理论的测控系统设计方案，并通过实际应用验证了该方案的可行性和有效性。
一、引言测控系统是一种对生产、科研、生活等领域进行监测、控制、调节的系统。
它通过测量传感器获取被测对象的信息，经过数据处理和分析，实现对被测对象的自动控制。
随着科技的进步，测控系统的设计要求越来越高，对设计人员的综合能力也提出了更高的要求。
本文旨在通过对测控系统设计综合实践的探讨，为测控系统设计提供理论指导和实践参考。
二、测控系统设计的基本原理1. 测量原理测控系统的测量原理主要包括传感器原理、信号处理原理和转换原理。
传感器是测控系统的核心部件，它将非电信号转换为电信号。
信号处理原理包括滤波、放大、调制、解调等，用于对信号进行处理和传输。
转换原理包括模数转换和数模转换，用于实现模拟信号与数字信号之间的转换。
2. 控制原理测控系统的控制原理主要包括反馈控制、前馈控制和自适应控制。
反馈控制通过比较实际输出与期望输出，根据误差进行调节，实现对被测对象的控制。
前馈控制通过预测被测对象的未来状态，提前进行调节，提高系统的响应速度。
自适应控制能够根据环境变化自动调整控制策略，提高系统的鲁棒性和适应性。
3. 人机交互原理人机交互原理是测控系统设计的重要组成部分，主要包括显示、输入、输出和通信。
显示用于将系统状态、参数等信息直观地展示给操作人员。
输入用于接收操作人员的指令和反馈信息。
输出用于将控制信号输出到执行机构。
通信用于实现测控系统与其他系统的信息交换。
三、测控系统设计方法1. 需求分析在测控系统设计过程中，首先需要对系统进行需求分析。
需求分析包括功能需求、性能需求、环境需求和安全需求等。
通过需求分析，明确系统的设计目标和功能。
2. 系统设计系统设计主要包括硬件设计、软件设计和接口设计。
测控系统设计第4章--测控系统设计应用实例
⑷ ⑸ ⑹ ⑺
%Create a 10-point averaging FIR filter，filter x using both filter and filtfilt for comparison: Fs = 100; t = 0:1/Fs:1; x = sin(2*pi*t*3)+.25*sin(2*pi*t*40); % 10 point averaging filter b = ones(1,10)/10; y = filtfilt(b,1,x); % non-causal filtering yy = filter(b,1,x); % normal filtering plot(t,x,t,y,’—‘,t,yy,’…’)
频谱分析 如果信号 x (t ) = x (t + nT ) ，则称其为周期信号； 周期信号可以用付里叶级数表示为：
x (t ) = a0 + ∑ ( an cos nω 0t + bn sin nω 0 t )
n =1
∞
其中：
ω 0 = 2πf 0 =
a0 =
2π 为基波角频率； f 0 为基波频率； T 为信号的周期； T
N N max
非线性标度特性
非线性标度的分段线性化； 数据校准 数据校准的目的是消除系统的零点漂移、偏 移、误差等； 校准分为静态较准和动态较准； 零点校准、量程校准、读数校准；
⑵ ຫໍສະໝຸດ ⑶零均值化处理 零均值处理：红色：非零均值，黑色：零均值 为便于以后的处理，常常需要将采样信号变 成零均值的数据； 设采样序列为 u ( n ) ， 经零均值化处理后的数据序列为 x ( n ) ，则： x( n ) = u( n ) − u n = 0,1, K , N − 1 1 N −1 其中 u 为序列 u( n ) 的均值， u = ∑ u( n ) N n =0 ⑷ 零趋势化处理 迭加在测量信号上的慢变信号称为趋势项； 设有原始测量记录信号 u ( n ) ： x ( n ) = u ( n ) − (u + k ( n ) ) n = 0,1, K , N − 1 其中 u 为 u( n ) 的均值； 而 k 则是序列 u( n ) 的平均斜率； k ( n ) = k n 为 u( n ) 序列的零趋增量； x ( n ) 是消除了趋势后，均值及斜率都为零的记录： 对于线性的趋势项，可以计算出平均斜率，然后按上 述方法加以滤除； 对于非线性的趋势项，可以用预测算法计算 k ( n ) ，也 零趋势化处理 可以采用分段拟合技术滤除；
智能化测控系统的设计与实现
智能化测控系统的设计与实现在当今科技飞速发展的时代，智能化测控系统在各个领域的应用日益广泛，从工业生产到航空航天，从医疗设备到智能家居，都离不开智能化测控系统的支持。
智能化测控系统能够实现对各种物理量的精确测量、实时控制和智能化处理，大大提高了生产效率和产品质量，改善了人们的生活品质。
那么，如何设计和实现一个高效、稳定、智能化的测控系统呢？一、智能化测控系统的概述智能化测控系统是一种集测量、控制、数据处理和通信等功能于一体的综合性系统。
它通过传感器获取被测量对象的相关信息，经过信号调理和转换后，将其传输给控制器进行处理和分析。
控制器根据预设的算法和控制策略，生成控制指令，驱动执行机构对被测量对象进行调节和控制，从而实现对系统的精确测控。
同时，智能化测控系统还具备数据存储、显示、通信等功能，能够将测量数据和控制结果及时反馈给用户，并与其他系统进行交互和协同工作。
二、智能化测控系统的设计要求1、高精度和高可靠性智能化测控系统需要对被测量对象进行精确测量和控制，因此必须具备高精度和高可靠性。
这就要求在系统设计中，选择高精度的传感器、合理的信号调理电路和先进的控制算法，同时要考虑系统的抗干扰能力和容错能力，确保系统在恶劣环境下能够稳定可靠地工作。
2、实时性和快速响应在许多应用场景中，智能化测控系统需要对被测量对象的变化做出实时响应，以保证系统的性能和安全。
因此，系统的采样频率、数据处理速度和控制指令输出速度都要满足实时性要求，能够在短时间内完成测量、计算和控制操作。
3、智能化和自适应性随着科技的不断进步，智能化和自适应性成为了智能化测控系统的重要发展方向。
系统应具备自动检测、诊断和修复故障的能力，能够根据环境变化和工作条件的不同，自动调整控制参数和策略，以达到最佳的测控效果。
4、开放性和可扩展性为了适应不同的应用需求和技术发展，智能化测控系统应具备良好的开放性和可扩展性。
系统应支持多种通信协议和接口标准，便于与其他设备和系统进行集成和互联；同时，系统的硬件和软件应采用模块化设计，便于功能的扩展和升级。
基寸CAN总线的远程数据分布式测控系统设计
（ ｈ ｎ ｍ ｉ ｌｍｉ ｍ Ｃ ．ＬｄＨ ｎ ｎ，ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ４ ７ Ｃ ｉ ） Ｚ ｏ ｇ ｅ Ａ ｕ ｎ ｏ ， ｔ． ｅ ａ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ４ ２ ７ ， ｈｎ ｕ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ａａ ｄ ｓ ｂ ｔｄ ｍｏ ｉ ｒ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｍ ａ ｅ ｎ ＣＡＮ ｂ ｓ ｉ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｃ ｉｖ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｒ ｍｏｅ ｄ ｔ ｉｔ ｕ ｅ ｎ ｔｉ ｎ ｏ ｔ ｙ ｔ ｉ ｒ ｏｎ ｏ ｅ ｂ ｓｄ ｏ ｕ ｓ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ
路 层 和 应 用 层 。其 中 微 控 制 器 主 要 负 责 上 层 应 用 及 系 统 控
制 。 括 Ｃ Ｎ 协 议 的应 用 层 协 议 的 实 现 ， 调 个 系 统 设 备 的 包 Ａ 协
２１ Ｅ ９ ６ ． Ｍ １ １工 控 板 及 Ｌ Ｄ 触 摸 屏 Ｃ
一
蓦～ ～
－
陈 辉。 等
基 于 Ｃ Ｎ 总线 的远 程数 据分 布 式测控 系统设 计 Ａ
备 液 晶 显 示 屏 的 应 用 而 优 化 的 主 机 处 理 器 ， 直 接 驱 动 触 可 摸 屏 ， 持 最 大 ８０ ６ ０的 分 辨 率 。 本 设 计 采 用 ５６英 寸 支 ０ ｘ０ ． 四 线 制 电 阻 式 触 摸 屏 ， 号 为 Ａ ０ ６ Ｎ ２， 是 ２ ６色 真 型 Ｔ５Ｔ ５ 它 ５
程 图 如 图 ４所 示 。
ｒ －
设置要打开 的Ｃ Ｎ 口号 Ａ接
３ 测 控 系统 软 件 设 计
Ｅ １１已 预 装 正 版 Ｗｉｄｗ Ｃ ５０ ＷＩ Ｅ 实 时 多 任 Ｍ９ ６ ｎ ｏ Ｅ ．（ ＮＣ ） 务 操 作 系 统 ， 以 将 一 个 进 程 划 分 为 多 个 线 程 ， 个 线 程 轮 可 每 流 占用 Ｃ Ｕ的 运 行 时 间 和 资 源 网 Ｐ 。本 设 计 使 用 Ｍｉ ｏｏ 提 供 ｃ ｓｆ ｒ ｔ 的 著 名 免 费 软 件 开 发 工 具 Ｅ ｅ ｄｄ Ｖｓａ Ｃ＋ （ Ｖ ） ＋ ｍｂｄ ｅ ｉ ｌ ＋ Ｅ Ｃ （ ｕ
测控系统设计岗位职责
测控系统设计岗位职责岗位概述测控系统设计岗位是一个技术性较强的职位，主要负责设计和开发各种类型的测控系统。
测控系统是用于监测、测量、控制和数据采集的系统，广泛应用于工业、农业、交通、环保等领域。
该岗位要求员工具备熟练的系统设计和软件开发能力，能够根据客户需求设计出满足其要求的测控系统。
岗位职责1. 与客户进行需求调研和沟通，了解客户的测控系统需求，设计出满足其需求的系统架构和功能模块。
2. 根据系统架构和功能模块设计系统软硬件结构，包括传感器选择、数据采集设备选型、通信方式等，并进行系统性能评估。
3. 进行系统概要设计和详细设计，绘制系统框图和电路图，并进行仿真和验证。
4. 根据设计要求进行系统硬件和软件的开发工作，包括编写代码、进行模块测试和调试。
5. 负责系统集成和调试工作，确保各个模块的正常工作并实现系统功能。
6. 协助测试人员进行系统测试，分析和定位问题，并提出解决方案。
7. 编写和整理相应的技术文档，包括需求规格书、概要设计和详细设计文档、用户手册等。
8. 跟踪项目进展，按照项目计划和时间表完成任务，并及时向项目经理汇报工作进展和问题。
9. 参与技术交流和培训，提高自己的专业技能，跟踪行业发展趋势，不断提升团队整体技术水平。
10. 对已实施的系统进行维护和升级，解决用户的问题和需求，并提出系统性能改进方案。
岗位要求1. 本科及以上学历，电子信息、自动化等相关专业背景。
2. 具备扎实的电子电路和测控系统设计基础知识，熟悉常见的传感器、信号采集和控制技术。
3. 熟练掌握嵌入式系统开发技术，熟悉C/C++、Python等编程语言。
4. 精通常用的电子设计软件和仿真工具，如Altium Designer、Multisim、Proteus等。
5. 熟悉常见的通信协议和接口，如CAN、RS485、TCP/IP等，具备网络编程和通信协议开发经验者优先。
6. 具备良好的沟通和团队合作能力，能够主动积极地与客户、测试人员和其他相关部门进行协作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引导信标机，由于它的波束宽，用于地面雷达系统的捕获
航天器的目标，
2016/11/5
24
连续波测量系统 连续波测量系统分为多普勒频移系统、距离和距离变化 率测量系统、相位比较系统和这些系统的多种变化类型。 多普勒频移系统：利用多普勒效应测定航天器的径向速度， 借以测量航天器的飞行轨迹。多普勒频移是由地面向航天器 或由航天器向地面发射固定的频率的等幅电磁波，因航天器 和地面站存在相对运动，接收信号的频率与发射的频率互不 相同，其频率之差就是多普勒频移。多普勒频移正比于测控 站与航天器方向上的速度分量，所以测量出多普勒频移的大 小，就可获得航天器相对测控站的相对径向速度。
波长 100～10m 10～1m 1～0.3m 30～15m 15～7.5m 7.5～7.35m 3.75～2.5m 2.5～1.67m 1.67～1.11m 1.11～0.75m 0.75～0.1m
测控协议 数据率小于12Mb/s， 采用S频段 数据率在12～50Mb/s, 采用C频段或X频段 数据率50～100Mb/s， 采用X频段 数据率100～1000Mb/s，采用Ku/Ka/w频段
遥控技术
通过对遥测参数、姿态和轨道参数的 研究和分析，发现航天器的轨道、姿 态、某个工程分系统或有效载荷工作 状况异常或出现故障，判断出故障部 位和做出决策，向卫星发出有关命令 ，修正轨道和姿态，调整分系统和有 效载荷的运行参数，甚至切换备份或 部件。 遥控指令动作的结果，再通过遥测信 道传到地面站进行回报证实。 遥测和遥控两种技术综合起来构成一 种保证航天器正常运行，增加可靠性 ，延长寿命的重要闭环手段。
PCM-BPSK（副载波） PCM-CDMA-BPSK PCM-CDMA-BPSK-FH ----------4kbps/8kbps 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --2048bps/32768bps 直接序列扩频 10Mchip/s GOLD码 1023 R-S+卷积 1712 bps
2016/11/5
27
（4）测控分系统方案要求和类型
１）分系统方案类型
随着航天技术的发展，测控分系统方案不断进步。早 期的航天器遥测、遥控和跟踪都是分散独立体制，到后来， 发展到统一微波体制。 a）. 分散体制——即遥测、遥控和跟踪是各自独立 的系统。即除去视频部分外，遥测有自己的发射机和天线， 遥控有自己的接收机和天线，跟踪有自己的应答机和天线； b）. 统一微波体制——即遥测与跟踪共用一个发射 机，遥控与跟踪共用一个接收机，遥测和遥控信号以及跟 踪测距音都调制在统一的载波上。这样，遥测和遥控就保 留视频部分，从而，简化了设备，减少了体积、功耗与质 量，节省了频率资源，避免了电磁干扰。
跟踪技术
跟踪：利用航天器发出到达地球的载波，跟踪站检测出电磁波来 波取向和地面站天线主波束指向角的偏差，伺服系统利用此偏差 随时校正，消除偏差，而达到天线主波束实时对准不断运动着的 航天器的目的。 测速：利用航天器相对于地面站天线的相对运动、信标机的载频 中产生出多普勒频移，测出频移可换算出径向速度。 测距：由地面站发射出一个高频率稳定度和高频谱纯度的正弦副 载波（称为测距侧音），发射到航天器后，再转发回来和原来地 面发出的侧音比较相位差，可计算出航天器和地面站之间的距离 。 根据得到的(A, E, R, ,t)即可确定航天器在三维空间中的瞬时位置 。对于惯性目标，跟踪足够长弧段后，可预测外推未来轨道。
2016/11/5
25
距离和距离变化率测量系统：距离和距离变化率测量系统 也称为连续波雷达系统，它主要用于航天器的轨道测定。由 航天器应答机和地面的连续波雷达组成。利用航天器上的应 答机，地面有多个彼此独立的雷达测量站，测量各个站到航 天器的距离和距离变化率，作为确定航天器的空间位置和速 度的测量元素 。测量站为中心，以测得的距离为半径形成多 个球面，这些球面相交于一点，这个交点的空间位置就是航 天器的瞬时位置，用矢量合成方法处理所得的相对各站的变 化率，就是航天器在这个位置上的瞬时速度
数据率大于1Gb/s， 采用光频段
测控体制
技术指标 上行带宽 上行调制方式 上行扩频方式 上行扩频码速率 上行扩频码类型 上行扩频码码长 上行信道编码 上行遥控速率 上行遥控门限 下行带宽 下行调制方式 下行扩频方式 下行扩频码速率 下行扩频码类型 下行扩频码码长 下行信道编码 下行遥测速率 天线方式 ±1MHz USB（五院） ±1MHz 非相干扩频 ± 11MHz 扩跳频 ±50MHz 测控数传一体化 ± 11MHz 上下行数传（中科院） ±2MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps PCM-BPSK（副载波） PCM-CDMA-BPSK PCM-CDMA-BPSK-FH PCM-CDMA-BPSK ----------8000bps 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --4000bps -112dBm ± 11MHz 直接序列扩频 10Mchip/s GOLD码 1023 BCH 88bps -112dBm ±50MHz 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --4000bps -112dBm ± 11MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps ±2MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps
28
２）对分系统的要求
除去前述一般总体要求外，对测控和数据管理分系统的主要要求：
*轨道高度（低、中、高地球轨道，月球轨道，深空探测轨道）， 影响通信链路设计； *是否传输对地观测航天器有效载荷的数据，影响传输数据 速率（遥测只需40～10000bps，遥控只需8～2000bps，图像传 输需100k～1Gbps）； *是否通过中继卫星传输数据（数据速率大约150～ 300Mbps）； *星上存储与处理要求； *上下行射频频段（Ｃ、Ｓ、Ku频段）； *调制和编码方案； *误码率（上行可10-5 、下行可10-4） *天线要求（方向图、增益、极化、旁瓣）； *遥测参数和遥控指令数量； *抗干扰和加密要求等。 29
第五讲 卫星测控分系统设计
上海微小卫星工程中心—林宝军 2014年3月4日
1、中继星死角的问题 2、思考：
结合自己的研究方向，选择和卫星相 关的课题调研或设计，写一篇小论文，作为 课程的期末考试成绩
XXX发展综述 XXX仿真研究 XXX设计与实现 3、联系方式：13910519791
2
测控任务
1 任务
测控技术发展的四个阶段
测控设备独立发展时期：跟踪设备、遥测设备、遥控设备、电 视和语音设备独立发展，各有自己的载频、天线和收发设备。 1965年前基本上处于这种状态，设备庞大、众多，操作复杂。 2. 统一载波时期：从1965年后逐步形成了跟踪、遥测、遥控和语 音的传输共用一个载频，构成了S波段统一载波测控系统(USB) ，达到了简化天-地设备的效果。 3. 1980年前后，TT＆C和宽带、高速数据通信系统合并成C&T(通 信与跟踪)系统。 4. 由陆(海)基的测控与通信网转向建立天基测控与通信网： 采 用陆(海)基的测控与通信网，需要在全球范围内建站才能满足 载人航天任务的覆盖要求；而天基测控与通信网主要通过跟踪 与数据中继卫星系统(TDRSS)，在地面上布一个站就能完成覆 盖全轨道飞行任务。 1.
航空航天分界线，一般以距离地 面100km为界 广义的测控系统是航天技术的大 系统之一，包括航天器本体中的 测控通信系统和地面通讯设备（ 运载与航天器测控网）。
任务： 建立卫星与地面之间的 无线传输通道。 天地通讯 轨道测量
1 几个概念
跟踪测轨：地面站跟踪卫星并测出其飞行轨道 遥测：采集或获取卫星工况或工程参数，并通过无线信道传 输到地面，以便地面及时了解卫星的工作状况 遥控：将地面的控制信息或数据通过无线信道发送给卫星， 以实现地面对卫星的控制 上行：遥控指令+数据注入 下行：遥测（工况信息）、数传（载荷或科学数据） 测控（TT&C, Tracking, Telemetry and Command）包括三 部分：跟踪、遥测和命令。 数传、测控的区别 地面测控站、船，飞行控制中心（北京、西安 ）
S上行 Ka上行 L上行
C上行
测控地面站
Ka地面站
运控地面站
遥控采用PCM帧+SPP空间包的协议 路由和加解密在SPP空间包上实现 S上行和L上行互备，Ka上行备份S上行和L上行
类型和要求
脉冲测量系统 脉冲测量系统的工作原理是通过测量脉冲电磁波（无线电 波）在空间传播的往返的时间间隔为基础的定位测量系统。 航天器采用脉冲测量系统，主要是以应答式的工作方式。地 面的脉冲测量雷达系统接收航天器上的应答机转发的信号， 这种方式转发信号强，雷达作用距离远，抗干扰能力强，是 航天器的一种实时跟踪测量的手段。它通常由航天器上的单 脉冲雷达应答机、引导信标机和地面脉冲测量雷达组成。
测控系统组成
1 组成
遥控天线1 合 遥控天 线2 成 器 输 入 多 工 器 扩频应答 机A 扩频应答 机B USB应答机
遥测天线1 功 分 器 输 出 多 工 器 测控固放1 测控固放2 测控固放3
分路器 遥测天线2 负载 测控 开关
6）遥测和遥Biblioteka 原理方框图14测控特性
卫星测控特点
多路传输 精确性和 可靠性
2016/11/5
17
测控频段
波段
短波 超短波 高频HF 甚高频VHF 特高频UHF L波段 微 S C X 波 Ku K Ka 毫米波
频率
3～30MHz 30～300MHz 300～1000MHz 1～2GHz 2～4GHz 4～8GHz 8～12GHz 12～18GHz 18～27GHz 27～40GHz 40～300GHz