机载雷达电源监控系统

随着雷达技术的不断进步，具有显著优点的相控阵雷达成为现代雷达的主流技术。由于相控阵雷达设备量越来越大，机内测试控制系统的研制开发越来越被重视。而雷达供电电源系统作为雷达上各分系统的动力核心，对雷达各分系统的可靠工作起着至关重要的作用。供电电源状态的好坏与用电设备的工作状态息息相关。当一个复杂的雷达系统出现故障时，总体希望从电源监控系统巾获得的信息充分可靠，该信息即可以判定电源系统工作状态，也能够洞察用电设备的工作状态是否正常。因此，对电源系统的监控管理势在必行。采用先进的电源监控技术可以对电源系统的工作状态进行实时监控、数字信息交换、故障记录显示等。这样，可以提高系统的技术性能，降低操作人员和维护人员的技能要求，提高系统的可靠性，减少系统故障的平均维修时间，对设备量大的机载相控阵雷达显得更为重要。  

本文介绍一种基于嵌入式单片机的串行内总线电源监控系统，作为一个分机节点，可以很方便地加入到雷达机内测试控制系统的总线中，有效地实现对电源系统的控制和监测。  

1 电源监控系统的硬件组成  

机载雷达电源监控系统由一台电源监控主机和8台电源监控分机组成，与其他分系统挂接在机内测试控制系统的总线上。

电源监控系统和机内测试控制系统以及其他分系统之间的连接关系。其中M0为机内测试控制系统的主处理机，通过RS-422串行总线的接口方式，与电源监控系统和其他分系统进行数据的传输。其中电源监控主机一方面与机内测试控制系统的主处理机M0进行通信，接收M0发来的各种控制命令，转发给各个电源监控分机；另一方面，将各个电源监控分机采集来的各个电源的工作状态数据处理后传送给主处理机M0。电源监控主机和监控分机之间的接口同样采用RS-422串行总线方式。  

1.1 电源监控主机的硬件设计  

电源监控主机既要与上位机M0通信，又要与8台电源监控分机进行通信。这就要求电源监控主机至少能够提供2个串行通信口。大部分MSC-51系列的单片机只有1个串行口，必须对其进行扩充，有几种方案可以选择：  

a) 方案1：采用2片单片机M1和M2，各自有一个串行口，M1的串行口与上位机M0通信，M2的串行口与各个电源监控分机通信，M1与M2之间采用并行口传送数据。  
b) 方案2：同方案1，只是M1与M2之间采用双几RAM来交换数据。  
c) 方案3：选取具有2个独立串行口的CPU，一个与上位机M0通信，另一个与8个下位机通信，在CPU内部RAM完成数据交换。  

分别对这3个方案做了试验并进行比较。方案1成本低，但软件较复杂，中断多，易发生冲突，数据有丢失现象；方案2数据通信可靠性好，但是软硬件设计都比较复杂；方案3软硬件设计简单，数据交换可靠性高，但是成本略高。  

综合各方面因素，本文采用方案3。电源监控主机采用Cygnal公司的C8051F021单片机作为主控CPU，它是Cygnal公司开发的全集成混合信号在片系统单片机系列中功能比较齐全的一款。SOC(在片系统)是一个全新的概念，是随着半导体技术的不断发展、集成度越来越高、对嵌入式控制技术的可靠性要求越来越高而产生的。  

C8051F021片内资源包括：32个通用数字I／O端口、64kB的Flash存储器、4352B的RAM、8通道12位和8通道10位的A／D转换器、2个12位D／A转换器、2个模拟量比较器、5个通用定时器和PCA(可编程计数器阵列)。另外，还具有外部数据存储器接口、SMBus／I2C总线、SPI总线、2路UART总线、片内电源监视、片内温度监视、片内看门狗定时器和片内时钟源等。以上数字资源接口都可根据设计需要进行选择，然后利用片内交叉开关分配到相应的I／O端口，未使用的资源将不占用通用I／O端口，这种方法既有利于资源的灵活配置，又有利于资源的充分利用，使芯片的通用性获得极大的提高。  

在强大而丰富的片内资源的支持下，C8051F021还具有以下主要特点：  

a) 高速的与MCS-51指令系统完全兼容的微控制器内核CIP-51，采用流水线结构，其70％的指令在1～2个系统时钟周期内完成，在25 MHz内部时钟下，指令最快执行速度可高达25 MIPS(百万条指令每秒)。  
b) 大容量的Flash存储器，可实现在线编程和用于非易失性数据的存储，存储器可按512 B为一扇区编程，且不需特殊的片外编程电压。  
c) 片内的JTAG仿真电路提供全速、非侵占式(即不使用在片资源)的电路仿真，可以很方便实现断点、单步观察点、运行和停止等调试命令，且支持存储器和寄存器的在线校验和修改，开发效率大大提高。  
d) 内部有2个全双工的异步串行口UART0和UART1，它们除了具有标准串行口的功能外，还具有帧错误监测和地址识别硬件，还有一个完全符合系统管理总线标准的串行接口SMBus和一个SPI(串行外设接口)，这些串行总线都完全由硬件实现且都可以产生中断，不共享定时器、中断或I／O端口，因此可以同时使用所有的串行口。  

本系统中的电源监控主机充分利用了C8051F021内部的各种资源，特别是利用它的2个异步串行口可以很方便地完成与上位机(主处理机M0)的数据交换和与监测各个电源的8台电源监控分机的数据交换。其硬件电路设计比较简单，结构图略。