望远镜控制方案

1概述如今在大城市中以及距离城市较近的周边地区，夜晚观星已经是一种奢望。而对于许多家庭来讲，为了观星远离灯光污染严重的城市，去到人烟稀少的地方也有着诸多交通、住宿以及时间安排上的困难，也有经济上的压力。基于远程控制天文科普望远镜搭建星空直播平台，可以有效地解决在城市中无法观测真实星空的难题，为普通公众提供一个简单方便的观星途径。在网络允许的条件下，爱好者可以通过平台，使用互联网远程控制位于观测条件较好的天文望远镜，观测并拍摄他们喜欢的天体目标。这种观测方式可以大幅度降低天文观测的门槛，整合并合理利用望远镜设备资源，提高观测质量。平台的建立将使得天文科普的范围更加广泛，丰富目前较为有限的科普手段。2功能需求（1）远程控制天文推拉平顶开合；（2）采集气象信息的数据，并根据气象信息限制天文圆顶开合；（3）采集监控摄像头信息，包括天文推拉平顶开合状态以及天文望远镜的指向和状态；（4）远程控制望远镜动作，并对可见天文目标进行观察拍照；（5）用户端要实现以上全部功能；（6）望远镜本地亦应具有用户端的功能，同时应具备用户信息调取、用户密码重置、用户权限设置、用户登录预约排队、用户数据存储等功能。3系统组成及特点3.1组成为了满足星空直播的基本需求，控制系统的组成示意图如下图所示。望远镜控制系统设备控制系统推拉平顶控制本地控制管理系统数据存储全天相机控制用户交互系统推拉平顶控制视频信息监控设备控制系统推拉平顶控制本地控制管理系统数据存储全天相机控制用户交互系统推拉平顶控制视频信息监控图1望远镜控制系统组成望远镜控制系统主要分为设备控制系统、本地控制管理系统和用户交互系统三个部分，其中设备控制系统以硬件设备为主，通过嵌入式软件监控各受控设备，本地控制管理系统以工控机作为载体，通过SDK二次开发或其他手段对部分设备进行监控，同时对远程登陆用户进行管理，并存储用户关键数据。用户交互系统则作为人机交互界面，使用者可通过其方便的观察星空并保存图片。3.2特点a）方便管理和维护，维护人员可远程管理。b）系统采用分层结构、模块化设计，使底层通讯、数据采集、数据存储、数据展现等功能模块相对独立，松散耦合。加强了系统的灵活性、可扩展性。c）按功能划分各个分系统进行管理，减小系统失效风险。同时有利于分步建设，可维修性强。d）简化的操作、丰富的提示功能，提高了使用的方便性。e）具有用户管理功能，身份认证、权限管理、设备接管、数据下载等。4方案设计4.1系统配置望远镜控制系统配置关系图如下图所示。

湿度传感器温度传感器湿度传感器温度传感器气压传感风力风速传感器用户交互系统安装于用的计算机中，本地控制管理系统安装于望远镜本地的工控机中，辅以设备控制系统共同完成星空观察照相的功能。数据库服务器主要用于用户数据存储，本地的工控机则作为本地控制、用户管理的人机界面。4.2硬件设计4.2.1控制功能控制的硬件设备选用小型PLC系统，通过加装DI、DO、AI模块及RS485、RS232通信模块实现受控设备的信号采集及输出控制。4.2.1.1气象数据采集气象数据主要包括温湿度、气压、风力风速这几种数据，其传感器输出信号为：湿度传感器：4〜20mA信号温度传感器：PT100热电阻气压传感器：RS485通信接口风力风速传感器：4〜20mA信号针对以上数据类型选取对应PLC的AI模块即可完成数据采样。4.2.1.2推拉平顶控制推拉平顶采用电机传动技术，利用PLC的DO模块输出通过中间继电器带动三相电机动作，当其接收到控制命令后，控制电机的正反转，当平顶打开或关闭到位后，通过PLC的DI模块采样安装的限位接点控制电机停止工作。气象信息数据会根据事先设定好的阈值(高权限可更改气象参数阈值)自动生成使能信号，阻止平顶打开或自动关闭平顶，并给用户提示信息。同时PLC的DO模块还对室内的灯光进行控制。4.2.1.3望远镜控制天文望远镜通过RS232接口与PLC系统连接，通过主用串口协议来进行设备控制，同时这个协议还支持各种赤道仪的控制。4.2.1.4全天相机控制相机采用USB口控制，与工控机直接相连，需要注意USB延长线最好不要超过5米，且不要与220伏市电电源线靠得太近，否则传输信号易受干扰。4.2.2管理功能日志管理功能日志管理分为操作日志、故障日志(含告警)的管理。“操作日志”记录用户的操作行为以及系统状态的变化。记录内容包括：操作人，操作日期，操作时间，操作内容；或状态变化的时间及内容。由系统自动记录到本机相应的数据库中。“故障日志”记录系统在运行过程中发生的故障或告警信息。故障及告警信息的内容包括：故障及告警发生的日期，时间，内容，级别，故障及告警恢复的日期，时间。由系统自动记录到相应的数据库中。除非得到授权，“操作日志”和“故障日志”不允许修改。用户管理功能进行用户的注册（添加）与注销（删除），用户信息的修改。所有本软件的使用者必须事先在本模块下完成用户注册，否则无法登陆系统进行用户权限和密码设置。分两级权限管理：管理员和一般用户。1）一般用户：可进行界面操作，不能进行用户管理（添加、删除和修改用户信息）、系统参数（如IP地址）修改和数据库数据修改等操作。2）管理员：可以添加、删除和修改用户信息。对新用户，系统自动分配原始登录密码。新用户登陆后可以自行改为本人登录新密码。（3）系统管理功能本功能可以进行以下操作：1）用户预约排队系统的设置。2）用户付费系统的设置。4.3视频监控天文观测需要清晰度更高、可看范围更大的监控手段，以满足迅速准确的找到监控目标的需求，故选取高清数字摄像机作为前端设备。根据高清视频监控系统的特点和应用需求，本方案采用高清视频采集技术、联网控制技术、存储和显示等应用技术，进行精确监控。主要技术内容如下：（1）高清视频信息接入与交换输出前端采集到的高清视频信息，经网络交换传输设备，将视频信号传递到工控机，完成视频接入及切换输出显示，同时满足与其他视频系统的联网和共享。（2）联网控制管理采用联网控制系统，不仅完成视频干线联网控制，同时可以实现远程切换，故障告警，远端升级、远程排障等功能。主要特点如下：（1）本系统采用稳定、可靠的技术设备，确保系统级别的高稳定性和可靠性，满足7X24小时、全年365天的全天候长期稳定运行。系统中存储设备支持掉电恢复后设备及软件自动恢复正常连接、断网恢复后设备及软件自动恢复正常连接，启动过程无需过多人工干预。（2）本方案采用LED补光方式来满足全天候图像监控的要求。在LED频闪工作模式下，摄像机与LED同步精确，在低照度环境下能有效获取高质量的图像。（3）高清数字摄像机、存储设备等均采用开放式的产品或架构，能够提供完整的SDK、API等二次开发环境，并须提供SDK、API等的源代码及数据结构、开发文档，满足构建统一的视频管理及应用平台的需要。（4）前端设备支持远程升级和远程故障排除功能，维护便捷，降低系统运维管理成本。同时可自动检测系统中任何一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题。图形工作站机房4.4软件设计4.4.1概要根据需求反馈现拟定设计草案，大致分为以下几部分。（1）远程控制系统（2）用户管理系统（3）视频远程监控系统4.4.2用户交互系统用户交互系统主要的设计目的是用于对主望远镜进行控制，控制流程图如下图所示。

4.4.3用户管理系统（CMS系统）用户管理系统的设计目的为对软件用户的信息进行管理及相关操作，大致分为如下几个部分。（1）用户信息调取；（2）用户信息修改（密码重置等）；（3）用户权限设置；（4）用户预约系统；

（5）用户付费系统。概念图如下图所示。AdrniniC'esigru一蟹HUBCriteaiiirthnhsnard.^TfllPlUg亨AliinCcoiMn^ctgEradiIWi何SnUlBHWniSfwmHwnws[HL^riE■7廿AdrniniC'esigru一蟹HUBCriteaiiirthnhsnard.^TfllPlUg亨AliinCcoiMn^ctgEradiIWi何SnUlBHWniSfwmHwnws[HL^riE■7廿I卜.FfiKBm(MfMlWflCtPMWlT4f>R«4fir*4bwwoRmummwv.yj«*v».rammrw.Lh■rrri'araiLEDniTopSciarEhT«ma■■Iniinihwniv#4阈口由由1»村〃adrarinlnrrplBhpYimHiponTr^fneMmCMVfevwlrwiJiIM»wm1；24-41£M*|*-［蜘3l铜初S1M>W¥傩ST^IlJawKuB34H.也1|j4[幌Ji也1|j4[幌Ji腰11尊hl山心iehstjiiiiXL^a|.Mri®K.IJUTi■的Hiiju；正:土^.4.4.4视频远程监控系统远程视频监控系统的设计目的主要功能是对摄像头进行远程控制及监控，交互方式采用流式处理的方式对图像进行处理，最大支持480p的分辨率进行显示。其具体交互界面如下图所示。ioi^ta■:£tW7\I*kJ2S*povaVO!E%3IOQ五一kjn±bn惠Traa■些啊HDKgKIh-嘉~IJKjgq53#POlL£»£731I^U3；*304.4.5五、预算安排

直播星空项目预算表：单位：万元（保留两位小数）预算科目预算数预算经费备注直播星空项目预算表一、设备费用推拉式天文圆顶118旋转式12英寸天文望远镜