[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于，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，本发明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。