一種太空飲水供應(yīng)控制器的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于太空航天員飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太空飲水供應(yīng)控制器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著我國“神舟一號”到“神舟十號”系列太空飛船、天宮一號、天宮二號、嫦娥等航天器任務(wù)發(fā)射成功，國產(chǎn)空間站項目正在加緊研制中，空間站項目是我國開展的非常復(fù)雜的重大載人航天項目，由于太空的真空、失重、輻照、晝夜溫差大等惡劣條件不適合人類生活，人類探索太空則必須在太空建立適合人生活的環(huán)境，空間站是一種航天員在太空生活、試驗的太空設(shè)備，太空航天員飲水控制器是其必備的一種電子控制設(shè)備。
[0003]隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，用于電子控制系統(tǒng)的商業(yè)級、工業(yè)級高性能處理器等集成電路規(guī)格、品種已非常豐富，價格也非常低廉，也不存在發(fā)達國家對其“禁售”的政策，采用這些商業(yè)級、工業(yè)級集成電路實現(xiàn)電子設(shè)備的方案非常多，但這些商業(yè)級、工業(yè)級集成電路沒有抗輻照技術(shù)指標(biāo)，由其實現(xiàn)的電子設(shè)備也不具有抗輻照性能，其不能應(yīng)用于具有高能粒子的太空輻照惡劣環(huán)境中，因為工作在輻照環(huán)境中的電子設(shè)備會發(fā)生單粒子效應(yīng)，如單粒子翻轉(zhuǎn)會使電子設(shè)備發(fā)生控制誤動作，單粒子閂鎖會使電子設(shè)備電地短路而燒毀，單粒子累積效應(yīng)也會使電子設(shè)備發(fā)生永久故障而失去功能，因此不能選用商業(yè)級、工業(yè)級元器件設(shè)計實現(xiàn)太空飲水控制器。
[0004]太空電子控制設(shè)備需要選用具有抗輻照技術(shù)指標(biāo)的宇航級元器件進行設(shè)計實現(xiàn)，但我國航天技術(shù)起步較晚，研制的宇航電子設(shè)備主要基于進口宇航級元器件設(shè)計實現(xiàn)，由于發(fā)達國家往往“禁售”這些器件，造成宇航電子設(shè)備研制往往受制于人，這樣迫切需要研發(fā)基于國產(chǎn)宇航級元器件的宇航電子設(shè)備，實現(xiàn)100%元器件自主可控，而在國家大力支持下研發(fā)成功的國產(chǎn)宇航級元器件為國產(chǎn)宇航電子設(shè)備的研制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動控制設(shè)備，適用于空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件(抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等)的供配電和自動控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的報警指示等，控制器與相關(guān)部件之間的互連關(guān)系如附圖1所示。傳統(tǒng)的太空電子控制設(shè)備往往采用軟件/硬件結(jié)合的基于抗輻照處理器嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的太空飲水控制器實現(xiàn)原理框圖如附圖2所示，雖然系統(tǒng)的功能強大、控制靈活、體積小，但由于系統(tǒng)的最小組成中需要選用宇航級處理器、存儲器、FPGA等中、大規(guī)模高性能集成電路，其價格高達數(shù)萬、甚至十幾萬，有其實現(xiàn)的電子設(shè)備成本高昂，因此需要研制較低價格的太空飲水控制器。
【【實用新型內(nèi)容】】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種太空飲水供應(yīng)控制器，實現(xiàn)了空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件(抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等)的供配電和自動控制，大幅度降低太空飲水供應(yīng)控制器成本。
[0007]—種太空航天員飲水供應(yīng)控制器，包括供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中，
[0008]所述供電系統(tǒng)給空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)的設(shè)備和自動控制系統(tǒng)供電，所述設(shè)備包括輸送栗、抽吸栗、壓控閥A、壓控閥B和液壓傳感器；
[0009]所述控制系統(tǒng)包括按鈕控制系統(tǒng)和自動報警指示系統(tǒng)，所述按鈕控制系統(tǒng)包括九個按鈕控制，分別為開電源、關(guān)電源、開水栗、開抽吸栗、關(guān)抽吸栗、開壓控閥A、關(guān)壓控閥A、開壓控閥B、關(guān)壓控閥B按鈕；其中，開電源、關(guān)電源按鈕連接到繼電器線包負端上，通過控制繼電器對母線電源進行開或關(guān)；開水栗、開抽吸栗、關(guān)抽吸栗三個按鈕連接單穩(wěn)電路和指令驅(qū)動電路，然后與水栗和抽吸栗連接，控制啟動水栗及抽吸栗的開和關(guān)；開壓控閥A、關(guān)壓控閥A、開壓控閥B、關(guān)壓控閥B四個按鈕連接單穩(wěn)電路，再通過固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器分別連接壓控閥A和壓控閥B，控制壓控閥A或壓控閥B的開和關(guān)；
[0010]所述自動報警指示系統(tǒng)包括四個報警指示燈，分別為上電綠色指示燈、液滿綠色指示燈、液空紅色指示燈、抽吸栗故障紅色指示燈；抽吸栗轉(zhuǎn)速狀態(tài)信號與電壓比較器，然后連接到延遲電路上，經(jīng)燈驅(qū)動電路后接四個報警指示燈；液態(tài)壓力傳感器信號采集通道連接電壓比較器后分成兩個子部分，一個子部分連接到單穩(wěn)電路再分成兩部分，一路接固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器控制端分別控制壓控閥A和壓控閥B，另一路接指令驅(qū)動電路，然后與水栗和抽吸栗連接，控制水栗啟動和抽吸栗開和關(guān)；另一個子部分連接延遲電路，經(jīng)燈驅(qū)動電路后接指不燈。
[0011]所述供電系統(tǒng)對輸入100V直流母線電源分經(jīng)繼電器和濾波器后，一部分連接輸送栗和抽吸栗；一部分通過第一電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為28V直流后，通過第一固態(tài)繼電器連接壓控閥A，通過第二固態(tài)繼電器連接壓控閥B ;—部分通過第三電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為12V直流后連接液壓傳感器及電壓比較器；另一部分通過第二電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為5V直流后給控制系統(tǒng)提供5V直流電；輸入29V直流指令電源連接繼電器線包正端。
[0012]還包括第一 RC濾波電路，九個按鈕控制信號均先連接第一 RC濾波電路后發(fā)出信號。
[0013]還包括第二 RC濾波電路，抽吸栗轉(zhuǎn)速狀態(tài)信號和液態(tài)壓力傳感器信號均通過第二 RC濾波電路連接電壓比較器。
[0014]所述控制系統(tǒng)還包括分頻電路和晶振，晶振通過分頻電路與延遲電路連接。
[0015]所述控制系統(tǒng)還包括復(fù)位電路，復(fù)位電路分別與單穩(wěn)電路、延遲電路和分頻電路連接。
[0016]所述供應(yīng)控制器功耗小于4W ;收集控制器質(zhì)量小于5kg。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0018]選用國產(chǎn)抗輻照元器件設(shè)計了純硬件電路實現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器，其一實現(xiàn)了太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)部件供配電控制及操作的自動化；其二基于國產(chǎn)宇航級元器件設(shè)計實現(xiàn)，實現(xiàn)了太空飲水供應(yīng)控制器100%的元器件自主可控，促進了我國宇航級元器件研制及應(yīng)用水平，同時避免選用進口宇航級元器件可能“禁售”帶來的影響；其三選用價格低廉中、小規(guī)模宇航級集成電路純硬件設(shè)計實現(xiàn)太空飲水供應(yīng)控制器，避免選用價格達數(shù)萬價格的宇航級處理器、存儲器或FPGA等具有軟件功能的大規(guī)模電路，大幅度降低太空飲水供應(yīng)控制器成本。
[0019]基于國產(chǎn)宇航級元器件純硬件電路實現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器為我國即將發(fā)射的國產(chǎn)空間站項目的首次研發(fā)的配套設(shè)備之一，該設(shè)備具有如下優(yōu)點:
[0020]自動化:實現(xiàn)了空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等相關(guān)設(shè)備的供配電和自動控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的自動報警指示等，大大降低太空失重情況下航天員的操作難度。
[0021]純硬件:供應(yīng)控制器為純硬件電路組成，主要組成有濾波器、電源變換器、電壓比較器、計數(shù)器、邏輯門等，無軟件功能電路組成，即組成中無處理器、存儲器、FPGA器件。
[0022]自主可控:供應(yīng)控制器基于100%國產(chǎn)宇航級元器件實現(xiàn)，完全自主可控，無進口元器件，因此不會受到發(fā)達國家對進口宇航級元器件“禁售”的影響。
[0023]高可靠性:宇航級元器件是為滿足空間惡劣環(huán)境而研制的高等級集成電路，具有抗福照性能指標(biāo)，能夠抵抗空間福照單粒子的影響，基于宇航級元器件設(shè)計實現(xiàn)的供應(yīng)控制器具有可靠性高工作壽命長的特點。
[0024]成本低:宇航級中小規(guī)模集成電路單片價格在數(shù)百到數(shù)千之間，具有軟件功能的宇航級大規(guī)模集成電路單片價格在數(shù)萬到十幾萬之間，因此純硬件實現(xiàn)的供應(yīng)控制器成本大幅度降低，同時由于工作壽命的增長也較大降低控制器維護成本。
[0025]由此可見，太空飲水供應(yīng)控制器實現(xiàn)了國產(chǎn)空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等相關(guān)部件的供配電和自動控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的自動報警指示，大大簡化了空間站航天員對飲水供應(yīng)設(shè)備的操作；基于國產(chǎn)宇航級元器件純硬件實現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器可靠性高、工作壽命長、成本低，實現(xiàn)了元器件100%自主可控。
[0026]進一步，本實用新型功耗小，質(zhì)量輕，適合空間站環(huán)境下的使用和推廣。
【【附圖說明】】
[0027]圖1太空飲水供應(yīng)控制器與各部件互連關(guān)系圖；
[0028]圖2傳統(tǒng)基于處理器的太空飲水供應(yīng)控制器系統(tǒng)原理框圖；
[0029]圖3國產(chǎn)純硬件電路實現(xiàn)的太空航天員飲水供應(yīng)控制器原理框圖；
[0030]圖示組成說明:其中，1、繼電器；2、濾波器；3、第一電源轉(zhuǎn)換模塊；4、第二電源轉(zhuǎn)換模塊；5、第三電源轉(zhuǎn)換模塊；6、第一固態(tài)繼電器；7、第二固態(tài)繼電器；8、按鈕組；9、第一RC濾波電路；10、單穩(wěn)電路；11、指令驅(qū)動電路；12、第二 RC濾波電路；13、電壓比較器；14、延遲電路；15、分頻電路；16、復(fù)位電路；17、晶振；18、燈驅(qū)動電路；19、指不燈。
【【具體實施方式】】
[0031]下面結(jié)合具體的實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。
[0032]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動控制設(shè)備，適用于空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等，控制器主要用于供配電和自動控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的報警指示等。系統(tǒng)中的設(shè)備具體連接為:第一移動水箱通過飲水輸送栗栗入第二移動水箱，兩個移動水箱之間設(shè)置止回閥和液壓傳感器，第二移動水箱與飲水加熱器連接。液壓傳感器與控制器連接，控制器控制壓控閥A和B，壓控閥A和B設(shè)置在第二移動水箱的底部，壓控閥A還和安全閥、增壓抽吸栗連接。安全閥設(shè)置在第二移動水箱于壓控閥A之間。增壓抽吸栗與控制器連接。
[0033]本實用新型是一種太空航天員飲水供應(yīng)控制器，如圖3所示，包括供配電系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。供配電系統(tǒng)包括繼電器1、濾波器2、第一電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC3、第二電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC4、第三電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC5、第一固態(tài)繼電器6和第