航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，具有采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)工作參數(shù)的功能。所述數(shù)據(jù)處理單元包括用于獲取供電電源的電源接口模塊、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集控制和處理的數(shù)據(jù)處理模塊、采集外部信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊以及光纖控制器模塊。本發(fā)明通過(guò)結(jié)合故障診斷功能和內(nèi)置于外部反熔絲PROM中的程序代碼，可實(shí)現(xiàn)外部最小安全系統(tǒng)，提高單機(jī)設(shè)備在空間強(qiáng)輻照環(huán)境中的生存能力；通過(guò)分時(shí)復(fù)用1553B總線(xiàn)的遙測(cè)通道，可作為數(shù)傳接口下傳Flash數(shù)據(jù)的冗余傳輸通道，提高數(shù)據(jù)安全性；通過(guò)采用新型電磁屏蔽材料、優(yōu)化接地設(shè)計(jì)和濾波器設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)單機(jī)良好的電磁兼容性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的發(fā)展，高軌道、高價(jià)值、長(zhǎng)壽命的大型航天器對(duì)產(chǎn)品輕量化提出了明確而迫切的需求。多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)將數(shù)據(jù)處理、熱控、輻射防護(hù)、推進(jìn)、發(fā)電和蓄電等功能、分系統(tǒng)或獨(dú)立單元與航天器結(jié)構(gòu)平臺(tái)有機(jī)融合在一起，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、功能與材料一體化成型，消除傳統(tǒng)航天器大量冗余重量和體積，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化。
[0003]在航天器眾多的分系統(tǒng)中，電源分系統(tǒng)(其中蓄電池部分是電源分系統(tǒng)的主要組成部分)和結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)是航天器質(zhì)量和空間占比最大的分系統(tǒng)之一。航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)采用國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)新研究的多功能結(jié)構(gòu)鋰電池技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的結(jié)構(gòu)減振技術(shù)、復(fù)合材料/固態(tài)鋰離子電池制備技術(shù)，將蓄電池組與結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)進(jìn)行一體化融合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與電源的高度融合，可以有效減輕航天器平臺(tái)重量和體積，大大提高航天器的有效載荷比，延長(zhǎng)航天器壽命，增加大型航天器的有效空間。
[0004]為了獲取航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)的振動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)支撐性能和蓄電池性能，需要研制新的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)在發(fā)射階段及在軌運(yùn)行期間的結(jié)構(gòu)性能和電池性能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸。而且該數(shù)據(jù)采集設(shè)備必須滿(mǎn)足火箭平臺(tái)與衛(wèi)星平臺(tái)在電磁兼容及可靠性方面的苛刻要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，包括4個(gè)功能模塊，即電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊;所述航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元用于采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0006]所述電源接口模塊的一路輸入端連接外部衛(wèi)星一次電源，獲取整個(gè)數(shù)據(jù)處理單元的供電電源，另一路輸入端接收衛(wèi)星加斷電遙控指令，其輸出端為所述數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊等3個(gè)功能模塊提供二次電源，并向衛(wèi)星平臺(tái)反饋加斷電狀態(tài)遙測(cè)參數(shù)；
[0007]所述數(shù)據(jù)采集模塊輸入數(shù)據(jù)處理模塊的控制參數(shù)，采集外部的加速度信號(hào)、溫度信號(hào)、電壓/電流信號(hào)，并輸出至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理;所述數(shù)據(jù)處理模塊的一路輸入端從數(shù)據(jù)采集模塊獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，一路輸入端從1553B總線(xiàn)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)指令，一路輸入端從RS485總線(xiàn)接收應(yīng)變數(shù)據(jù)；
[0008]所述光纖控制器模塊輸入端分別與電源接口模塊和數(shù)據(jù)處理模塊連接，完成光纖控制器模塊的加斷電控制；同時(shí)將輸入的應(yīng)變檢測(cè)光纖的激光信號(hào)檢測(cè)和解析為應(yīng)變數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS485接口輸出到數(shù)據(jù)處理模塊。
[0009]進(jìn)一步地，所述電源接口模塊包括一次電源接口電路、加斷電控制電路、加斷電遙測(cè)電路、二次電源變換電路。
[0010]所述一次電源接口電路的輸入端連接外部衛(wèi)星一次電源，輸出端連接加斷電控制電路的輸入端;所述加斷電控制電路輸入端連接衛(wèi)星遙控指令接口，輸出端連接到二次電源變換電路和加斷電遙測(cè)電路;所述加斷電遙測(cè)電路輸入端連接到加斷電控制電路，輸出端連接到外部衛(wèi)星遙測(cè)接口；所述二次電源變換電路的輸入端連接加斷電控制電路，輸出端連接到其他3個(gè)功能模塊。
[0011]進(jìn)一步地，所述一次電源接口電路中的過(guò)流非平衡保護(hù)電路由兩個(gè)并聯(lián)保險(xiǎn)管MGA-S-125V-1.4Α和電阻RX21-1 W-0.8 Ω 組成。
[0012]所述二次電源變換電路中的浪涌電流抑制電路利用衛(wèi)星一次電源給電阻電容回路充電，控制MOS管IRHNJ67230的G極(柵極)的電壓逐漸上升，進(jìn)而控制MOS管DS(源漏極)之間的阻值由無(wú)窮大逐漸變小，直至導(dǎo)通電阻降為0.13歐姆，達(dá)到控制加電電流斜率的目的。
[0013]進(jìn)一步地，所述二次電源變換電路采用IR公司生產(chǎn)的DC-DC專(zhuān)用濾波器ΑΜΕ280461Χ提高單機(jī)的電磁兼容性能。
[0014]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括處理器電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553Β總線(xiàn)接口電路、數(shù)據(jù)采集控制接口電路、LVDS接口電路和RS485接口電路。所述處理器電路輸入端分別連接到數(shù)據(jù)采集控制電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553Β總線(xiàn)接口電路和RS485接口電路，以獲取數(shù)據(jù)(或指令)；同時(shí)處理器電路的輸出端連接到數(shù)據(jù)采集控制接口電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553Β總線(xiàn)接口電路、LVDS接口電路和光纖控制器電源接口電路，以輸出控制信號(hào)或者處理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集控制接口電路接收處理器電路的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，并向數(shù)據(jù)采集模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及多選一模擬開(kāi)關(guān)電路輸出控制信號(hào)和控制數(shù)據(jù)；1553Β總線(xiàn)接口電路連接處理器電路和衛(wèi)星平臺(tái)的綜合電子分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)的雙向通信；LVDS接口電路單向接收處理器電路發(fā)送的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并輸出到衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng);RS485接口電路接收光纖控制器輸出的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并單向提交給處理器電路進(jìn)行后期處理。
[0015]所述數(shù)據(jù)處理模塊利用內(nèi)置于A(yíng)RM的故障診斷代碼，結(jié)合外部反熔絲PROM中的最小系統(tǒng)代碼，在A(yíng)RM程序異常時(shí)跳轉(zhuǎn)執(zhí)行外部最小安全系統(tǒng)，以提高單機(jī)設(shè)備在空間強(qiáng)輻照環(huán)境中的生存能力。
[0016]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊由傳感器接口電路、傳感器濾波電路、多路選一模擬開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)跟隨器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。所述傳感器接口電路驅(qū)動(dòng)外部溫度/加速度傳感器工作，并獲取傳感器反饋的傳感信號(hào)，通過(guò)傳感器濾波電路后，與電壓/電流信號(hào)一起，送至多路選一模擬開(kāi)關(guān)電路和信號(hào)跟隨器電路，最終由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字信號(hào)，提交給數(shù)據(jù)處理模塊。
[0017]進(jìn)一步地，所述傳感器接口電路中的加速度傳感器接口電路采用高通濾波器隔直濾波，消除加速度傳感器偏置電壓影響。
[0018]進(jìn)一步地，所述光纖控制器模塊主要包括光纖控制器加斷電控制電路和光纖控制器電路兩部分;所述光纖控制器加斷電控制電路輸入端連接電源接口模塊的二次電源變換電路和數(shù)據(jù)處理模塊的處理器電路，輸出端連接光纖控制器;光纖控制器一路輸入端連接光纖控制器電源接口電路輸出的電源，另一路輸入端連接外部檢測(cè)光纖獲取應(yīng)變信號(hào);輸出端通過(guò)RS485總線(xiàn)連接數(shù)據(jù)處理模塊的RS485接口電路。
[0019]進(jìn)一步地，所述光纖控制器模塊以板卡形式集成到單機(jī)內(nèi)部，并采用雙RS485通信接口，提高系統(tǒng)可靠性。
[0020]進(jìn)一步地，所述電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊均進(jìn)行備份設(shè)計(jì)，備份模塊確保運(yùn)轉(zhuǎn)模塊失效時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元能夠正常運(yùn)行。
[0021]進(jìn)一步地，所述電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊在關(guān)鍵電路的電容、電阻元器件在模塊中均采用冗余備份設(shè)計(jì)。
[0022]進(jìn)一步地，所述航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元包含電連接器法蘭盤(pán)，所述電連接器法蘭盤(pán)與鋁制機(jī)殼的接觸部分涂覆導(dǎo)電膠，屏蔽電磁輻射，提高單機(jī)的電磁兼容性能。
[0023]采用本發(fā)明獲得的有益效果:本發(fā)明用于采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(工作參數(shù))。所采集的信號(hào)種類(lèi)多(溫度、電壓、電流、應(yīng)變和加速度信號(hào))、路數(shù)多(48路)和速率高(120KHz);能提供內(nèi)部數(shù)據(jù)固存功能和多種數(shù)據(jù)下傳接口功能；同時(shí)在產(chǎn)品安全性和可靠性方面進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的組成原理示意框圖；
[0025]圖2為電源接口模塊的原理框圖；
[0026]圖3為一次電源接口電路與加斷電控制電路圖；
[0027]圖4為二次電源變換電路圖；
[0028]圖5為數(shù)據(jù)處理模塊的處理器電路組成框圖；
[0029]圖6為光纖控制器電源接口電路圖；
[0030]圖7為光纖控制器原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]本發(fā)明所述的航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元是航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)的重要組成之一，其原理框圖如圖1所示，主要由電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊四部分構(gòu)成。
[0033]所述電源接口模塊組成如圖2所示，包括一次電源接口電路，加斷電控制電路，加斷電遙測(cè)電路，二次電源變換電路(含二次電源變換(主)電路、二次電源變換(備)電路、測(cè)溫基準(zhǔn)產(chǎn)生電路和加速度傳感器加斷電控制電路)。電源接口模塊在確保衛(wèi)星平臺(tái)一次電源安全的前提下，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明其他3個(gè)功能模塊的可靠供電。
[0034]其中，一次電源接口電路如圖3所示，電源接口模塊中的過(guò)流保護(hù)功能由兩個(gè)并聯(lián)保險(xiǎn)管MGA-S-125V-1.4A(圖3中的FUSEl?FUSE2)和電阻RX21-1W-0.8Q (圖3中的Rl)組成的非平衡保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)，既能應(yīng)對(duì)正常的浪涌電流，又可有效隔離短路失效故障。
[0035]如圖3所示，為一次電源接口電路與加斷電控制電路圖。加斷電控制電路主要利用來(lái)自衛(wèi)星平臺(tái)的4條矩陣指令(HLC)控制雙刀雙擲磁保持繼電器2JB2-2-28B的閉合/斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元自身的加電/斷電控制。繼電器主觸點(diǎn)用于電源的通斷控制，輔觸點(diǎn)用于產(chǎn)生2路繼電器狀態(tài)(DR)遙測(cè)量。加斷電遙測(cè)電路主要由圖中標(biāo)號(hào)“DR遙測(cè)I+”、“DR遙測(cè)1-”兩個(gè)測(cè)點(diǎn)及中間的繼電器輔觸點(diǎn)組成，衛(wèi)星可檢測(cè)這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間的通斷關(guān)系，判斷對(duì)應(yīng)繼電器的主觸點(diǎn)的閉合/斷開(kāi)狀態(tài)。
[0036]二次電源變換電路如圖4所示，衛(wèi)星提供的一次電源依次通過(guò)浪涌電流抑制電路和濾波器后，送至二次電源變換電路中轉(zhuǎn)換成所需的二次電源。浪涌電流抑制電路主要防止數(shù)據(jù)處理單元加電啟動(dòng)電流過(guò)大，對(duì)衛(wèi)星一次電源造成沖擊。當(dāng)數(shù)據(jù)處理單元收到加電指令后，圖中所示“+100V_0”的衛(wèi)星一次電源開(kāi)始給電阻Rl?R7和電容Cl組成的RC(電阻電容)回路充電，MOS管IRHNJ67230的G極(柵極)的電壓逐漸上升，導(dǎo)致MOS管DS(源漏極)之間的阻值由無(wú)窮大逐漸變小，當(dāng)G極電壓升到12V后，DS之間導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻為0.13歐姆。該電路可控制加電電流斜率，避免浪涌電流對(duì)衛(wèi)星一次電源造成較大沖擊。AME280461X是IR公司生產(chǎn)的DC-DC專(zhuān)用濾波器，可提高單機(jī)的電磁兼容性能。AFL12028S是IR公司生產(chǎn)的DC-DC電源變換模塊，產(chǎn)生的+28V電源用于產(chǎn)生IEPE型傳感器需要的恒流源和光纖控制器供電，并作為后級(jí)DC-DC電源接口模塊的輸入。MHF+28512T是Interpoint公司生產(chǎn)的DC-DC電源變換模塊，用于產(chǎn)生+5V、±12V電源。電路中的C2?C28均為濾波電容，R8為安全限流電阻。
[0037]所述數(shù)據(jù)處理模塊是本發(fā)明中的核心功能模塊，主要完成指令控制、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和傳輸功能。包括處理器電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553B總線(xiàn)接口電路、數(shù)據(jù)采集控制接口電路、LVDS接口電路和RS485接口電路。
[0038]處理器電路具體組成原理如圖5所示。主要組成包括ARM控制器電路、11.0592MHz的時(shí)鐘電路、32K X 8bi t PROM電路和IM X 16bi t SRAM電路、固態(tài)存儲(chǔ)接口電路、復(fù)位及看門(mén)狗電路、譯碼控制電路等。數(shù)據(jù)處理模塊嵌入軟件后即構(gòu)成數(shù)據(jù)處理單元的智能控制主體，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、熱重啟計(jì)數(shù)與管理功能。數(shù)據(jù)處理模塊首先運(yùn)行ARM內(nèi)置Flash中的程序代碼;在系統(tǒng)異常熱重啟達(dá)到指定閾值后，即轉(zhuǎn)入并運(yùn)行PROM中的最小安全系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)在強(qiáng)輻照環(huán)境中的生存能力。
[0039]固態(tài)存儲(chǔ)電路完成采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取功能；1553B總線(xiàn)接口電路，完成總線(xiàn)指令接收和遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送功能;數(shù)據(jù)采集控制電路，產(chǎn)生加速度、溫度、電壓信號(hào)采集所需的控制信號(hào)；LVDS接口電路可將ARM控制器提交的數(shù)據(jù)單向發(fā)送給衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng);RS485接口電路則單向接收光纖控制器發(fā)送的應(yīng)變采集數(shù)據(jù)。
[0040]數(shù)據(jù)處理模塊以ARM控制器LPC2294為核心進(jìn)行構(gòu)建，并使用反熔絲型FPGA產(chǎn)品AX500-1CQ208M，協(xié)助ARM控制器實(shí)現(xiàn)高速的Flash(固態(tài)存儲(chǔ)器)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)操作和ADC采集控制操作。FPGA和ARM控制器之間的數(shù)據(jù)交換與速度匹配通過(guò)先進(jìn)先出(FIFO)芯片實(shí)現(xiàn)。[0041 ]通常模式下，固態(tài)存儲(chǔ)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)由高速的LVDS數(shù)傳接口提交給衛(wèi)星下傳，但存在衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。為提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性，本發(fā)明提出分時(shí)復(fù)用1553B總線(xiàn)的遙測(cè)通道，下傳固態(tài)存儲(chǔ)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù):即在衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)失效模式下，可通過(guò)將固態(tài)存儲(chǔ)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)打包成1553B總線(xiàn)遙測(cè)幀，通過(guò)衛(wèi)星遙測(cè)通道進(jìn)行下傳，提高Flash固存中的數(shù)據(jù)安全性。
[0042]所述數(shù)據(jù)采集模塊主要由傳感器接口及濾波電路、多路選一模擬開(kāi)關(guān)、信號(hào)跟隨器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成(如圖1所示)，主要完成高速的加速度信號(hào)和低速的溫度/電壓信號(hào)的協(xié)同采集功能。溫度傳感器接口主要為熱敏電阻的兩個(gè)端子，接口電路主要實(shí)現(xiàn)R-V(電阻-電壓)變換功能，將輸入的電阻量轉(zhuǎn)為電壓量供模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集。模擬量輸入信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，電壓范圍O?5V。加速度信號(hào)為加速度傳感器輸出的帶電壓偏置的O?28V電壓，經(jīng)過(guò)高通濾波器隔直濾波后，進(jìn)入模擬開(kāi)關(guān)。多選一開(kāi)關(guān)利用模擬開(kāi)關(guān)H1-546組成二級(jí)多選一選通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多選一邏輯。放大/跟隨電路選用高阻、寬帶低漂零的放大器(型號(hào):0P-27)，以保證對(duì)輸入信號(hào)高阻抗隔離要求，并為模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)芯片提供低輸出阻抗，大驅(qū)動(dòng)能力的輸入信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換選用轉(zhuǎn)換時(shí)間為2ys的12位ADC芯片AD7892。
[0043]所述光纖控制器模塊主要包括光纖控制器電源接口電路和光纖控制器電路兩部分。光纖控制器電源接□電路如圖6所示，可接收ARM控制器發(fā)出的加斷電控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光纖控制器+ 28V供電電源的通斷控制。該接口電路利用三極管(2N2222A)和場(chǎng)效應(yīng)管(2N6849)組成的2級(jí)開(kāi)關(guān)控制電路，實(shí)現(xiàn)光纖控制器所需+28V供電電源的通斷控制。為提高產(chǎn)品可靠性，關(guān)鍵的開(kāi)關(guān)控制元件均采用冗余備份設(shè)計(jì)，可有效防止單個(gè)器件失效導(dǎo)致電源系統(tǒng)的實(shí)效。電路中的Cl?C5均為電容，Rl?R7為電阻。
[0044]光纖控制器以獨(dú)立的功能模塊形式存在于數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)部，主要實(shí)現(xiàn)二次電源變換、光纖傳感器的驅(qū)動(dòng)、光信號(hào)的解析和數(shù)據(jù)通信接口等功能。通過(guò)光纖控制器電源接口電路，接收電源模塊提供的+28V供電;通過(guò)2路冗余備份的RS485通信接口，向數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送光纖檢測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)。光纖控制器原理如圖7所示。其電源模塊將外部+28V電源轉(zhuǎn)換成所需的+5V和±12V電源;通過(guò)ASE光源產(chǎn)生檢測(cè)所需的激光信號(hào);通過(guò)光環(huán)行器和光耦合器將激光分為4個(gè)通道，分別送到檢測(cè)光纖中；主控芯片控制光譜分析模塊檢測(cè)各個(gè)應(yīng)變傳感器反射回來(lái)激光波長(zhǎng)，并解析為所需的應(yīng)變信號(hào);最終通過(guò)RS485接口提交給外部的數(shù)據(jù)處理模塊。光纖控制器采用多通道光性能傳感技術(shù)，是用FBG(分布式光纖布拉格光柵)傳感器對(duì)應(yīng)變物理參量進(jìn)行測(cè)量及監(jiān)測(cè)的信號(hào)調(diào)制和解調(diào)的設(shè)備，具備優(yōu)異的抗電磁干擾性能;為提高通信可靠性，光纖控制器采用雙路冗余的RS485通信接口設(shè)計(jì);為簡(jiǎn)化電路和提高可靠性，將傳統(tǒng)分離的控制電路、數(shù)據(jù)處理電路整合到I個(gè)FPGA中。結(jié)合模塊化、輕量化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，光纖控制器模塊最終可以單板形式集成到整個(gè)數(shù)據(jù)處理單元中，且測(cè)量精度和可靠性得到了有效保證。
[0045]由于本發(fā)明采用的LVDS接口具有高頻特性，易產(chǎn)生56MHz高次諧波輻射干擾;為了提高單機(jī)的電磁兼容性能，所述航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元包含電連接器法蘭盤(pán)，所述電連接器法蘭盤(pán)與航天器中的鋁制機(jī)殼的接觸部分涂覆導(dǎo)電膠，屏蔽電磁輻射;在電路布線(xiàn)設(shè)計(jì)方面，將高頻信號(hào)線(xiàn)布線(xiàn)在內(nèi)層信號(hào)層;將濾波電容布線(xiàn)加寬到30mil，以降低感抗;將電源層相對(duì)于地層內(nèi)縮1_，同時(shí)將邊框覆銅的內(nèi)電層挖空處理。
[0046]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:包括4個(gè)功能模塊，即電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊，具有采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)工作參數(shù)的功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述電源接口模塊的一路輸入端連接外部衛(wèi)星一次電源，獲取整個(gè)數(shù)據(jù)處理單元的供電電源，另一路輸入端接收衛(wèi)星加斷電遙控指令，其輸出端為所述數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊等3個(gè)功能模塊提供二次電源，并向衛(wèi)星平臺(tái)反饋加斷電狀態(tài)遙測(cè)參數(shù)； 所述數(shù)據(jù)采集模塊輸入數(shù)據(jù)處理模塊的控制參數(shù)，采集外部的加速度信號(hào)、溫度信號(hào)、電壓/電流信號(hào)，并輸出至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理;所述數(shù)據(jù)處理模塊的一路輸入端從數(shù)據(jù)采集模塊獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，一路輸入端從1553B總線(xiàn)接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)指令，一路輸入端從RS485總線(xiàn)接收應(yīng)變數(shù)據(jù)； 所述光纖控制器模塊輸入端分別與電源接口模塊和數(shù)據(jù)處理模塊連接，完成光纖控制器模塊的加斷電控制；同時(shí)將輸入的應(yīng)變檢測(cè)光纖的激光信號(hào)檢測(cè)和解析為應(yīng)變數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS485接口輸出到數(shù)據(jù)處理模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述電源接口模塊包括一次電源接口電路、加斷電控制電路、加斷電遙測(cè)電路、二次電源變換電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述一次電源接口電路的輸入端連接外部衛(wèi)星一次電源，輸出端連接加斷電控制電路的輸入端;所述加斷電控制電路輸入端連接衛(wèi)星遙控指令接口，輸出端連接到二次電源變換電路和加斷電遙測(cè)電路;所述加斷電遙測(cè)電路輸入端連接到加斷電控制電路，輸出端連接到外部衛(wèi)星遙測(cè)接口；所述二次電源變換電路的輸入端連接加斷電控制電路，輸出端連接到其他3個(gè)功能模塊。5.如權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理模塊主要包括處理器電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553B總線(xiàn)接口電路、數(shù)據(jù)采集控制接口電路、LVDS接口電路和RS485接口電路;所述處理器電路輸入端分別連接到數(shù)據(jù)采集控制電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553B總線(xiàn)接口電路和RS485接口電路，以獲取數(shù)據(jù)；同時(shí)處理器電路的輸出端連接到數(shù)據(jù)采集控制接口電路、固態(tài)存儲(chǔ)電路、1553B總線(xiàn)接口電路、LVDS接口電路和光纖控制器電源接口電路，以輸出控制信號(hào)或者處理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)采集控制接口電路接收處理器電路的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，并向數(shù)據(jù)采集模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及多選一模擬開(kāi)關(guān)電路輸出控制信號(hào)和控制數(shù)據(jù)；1553B總線(xiàn)接口電路連接處理器電路和衛(wèi)星平臺(tái)的綜合電子分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)的雙向通信;LVDS接口電路單向接收處理器電路發(fā)送的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并輸出到衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng);RS485接口電路接收光纖控制器輸出的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并單向提交給處理器電路進(jìn)行后期處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊由傳感器接口電路、傳感器濾波電路、多路選一模擬開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)跟隨器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述傳感器接口電路驅(qū)動(dòng)外部溫度/加速度傳感器工作，并獲取傳感器反饋的傳感信號(hào)，通過(guò)傳感器濾波電路后，與電壓/電流信號(hào)一起，送至多路選一模擬開(kāi)關(guān)電路和信號(hào)跟隨器電路，最終由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字信號(hào)，提交給數(shù)據(jù)處理模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述光纖控制器模塊主要包括光纖控制器加斷電控制電路和光纖控制器電路兩部分；所述光纖控制器加斷電控制電路輸入端連接電源接口模塊的二次電源變換電路和數(shù)據(jù)處理模塊的處理器電路，輸出端連接光纖控制器;光纖控制器一路輸入端連接光纖控制器電源接口電路輸出的電源，另一路輸入端連接外部檢測(cè)光纖獲取應(yīng)變信號(hào);輸出端通過(guò)RS485總線(xiàn)連接數(shù)據(jù)處理模塊的RS485接口電路。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述電源接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和光纖控制器模塊在關(guān)鍵電路的電容、電阻元器件在模塊中均采用冗余備份設(shè)計(jì)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器多功能結(jié)構(gòu)鋰電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元中的電連接器法蘭盤(pán)與鋁制機(jī)殼的接觸部分涂覆導(dǎo)電膠。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK105929337SQ201610303755
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】吳軍, 朱曉智, 李東旭, 范才智, 姬戰(zhàn)強(qiáng), 李?lèi)?ài)青, 占豐
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)