衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其包括：帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊，用于加速度傳感器數(shù)據(jù)的采集；帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊，用于數(shù)據(jù)組幀、工作狀態(tài)控制、能源管理；帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊，用于數(shù)據(jù)無線收發(fā)；帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊，用于接收處理器模塊控制信號，控制加速度傳感器供電、蓄電池充電開關(guān)、蓄電池電壓電流監(jiān)視；控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，控制帆板采集節(jié)點(diǎn)的工作模式，發(fā)送采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明無線通信節(jié)點(diǎn)可在太陽帆板上本地采集振動傳感器數(shù)據(jù)，并通過無線方式傳輸至衛(wèi)星內(nèi)部，以獲取衛(wèi)星入軌段太陽帆板展開及在軌段轉(zhuǎn)動時振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。
【專利說明】衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，特別是涉及一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]有的衛(wèi)星載荷多且布局在對地面，載荷安裝距離近，工作時相互干擾嚴(yán)重的可能性大。由于星上活動部件眾多，易與太陽帆板產(chǎn)生振動耦合，引發(fā)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)平臺的振蕩，必然降低星載遙感設(shè)備的探測精度甚至可能導(dǎo)致其任務(wù)的失敗。在地面測試環(huán)境中，太陽帆板振動響應(yīng)數(shù)據(jù)可通過有線方式傳輸；在衛(wèi)星在軌空間環(huán)境中，由于太陽帆板上振動監(jiān)測采集節(jié)點(diǎn)與星內(nèi)電子設(shè)備無法使用有線通信方式，太陽帆板展開及轉(zhuǎn)動時振動響應(yīng)數(shù)據(jù)無法獲取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其無線通信節(jié)點(diǎn)可在太陽帆板上本地采集振動傳感器數(shù)據(jù)，并通過無線方式傳輸至衛(wèi)星內(nèi)部，以獲取衛(wèi)星入軌段太陽帆板展開及在軌段轉(zhuǎn)動時振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，其包括:
[0005]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊，用于加速度傳感器數(shù)據(jù)的采集；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊包括通道開關(guān)和A/D變換電路，通道開關(guān)輸入六路加速度傳感器數(shù)據(jù)，輸出一路加速度傳感器數(shù)據(jù)，其通道控制由處理器模塊編程實(shí)現(xiàn)，通道選擇周期決定采集頻率；A/D變換電路的位數(shù)由振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集精度決定，對于0.1mV精度要求的加速度傳感使用十六位A/D變換電路，輸入加速度傳感器電壓輸出十六位數(shù)據(jù)；
[0006]帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊，用于數(shù)據(jù)組幀、工作狀態(tài)控制、能源管理；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊包括處理器，處理器由通道開關(guān)控制碼識別傳感器通道，將六路傳感器通道數(shù)據(jù)組包，通過帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊發(fā)送到控制傳輸節(jié)點(diǎn)，控制采集通道開關(guān)、發(fā)射機(jī)開關(guān)，處理器可監(jiān)視蓄電池電壓和電流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電開關(guān)的自動控制；
[0007]帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊，用于數(shù)據(jù)無線收發(fā)；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊包括收發(fā)電路，收發(fā)電路具有SPI數(shù)據(jù)接口與處理器進(jìn)行通信，通道碼速率、傳輸頻率可編程，發(fā)射通道開關(guān)可控制；
[0008]帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊，用于接收處理器模塊控制信號，控制加速度傳感器供電、蓄電池充電開關(guān)、蓄電池電壓電流監(jiān)視；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊包括能源供給模塊、能源控制模塊、太陽電池片和蓄電池組，能源供給模塊由電源通道開關(guān)組成，能源供給模塊為帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信接收模塊加電，傳感器供電、無線通信發(fā)射模塊供電開關(guān)可控制；能源控制模塊監(jiān)視并判斷蓄電池輸出電壓和電流，控制太陽帆板至蓄電池的通道開關(guān)，低電壓和小電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)接通，高電壓和大電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)斷開；太陽電池片和蓄電池組中的太陽電池片為蓄電池供電或直接輸出電能至帆板采集節(jié)點(diǎn)各功能模塊，蓄電池進(jìn)行能源存儲可滿足帆板展開前和地影期帆板采集節(jié)點(diǎn)正常工作的能源供給需求；
[0009]控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，控制帆板采集節(jié)點(diǎn)的工作模式，發(fā)送采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)；所述控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊包括指令接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，指令接收模塊接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，對控制傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行本地操作或發(fā)送至帆板采集節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)。
[0010]優(yōu)選地，所述帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊都與帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊連接。
[0011]優(yōu)選地，所述加速度傳感器數(shù)據(jù)具有多路通道開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)多路加速度傳感器數(shù)據(jù)的分時選通。
[0012]優(yōu)選地，所述處理器自帶A/D進(jìn)行蓄電池電壓和電流的數(shù)據(jù)采樣，低于蓄電池續(xù)航下限值則進(jìn)行充電控制，高于蓄電池續(xù)航上限則將充電開關(guān)斷開。
[0013]優(yōu)選地，所述能源控制模塊對蓄電池輸出電壓和電流進(jìn)行電能監(jiān)控，監(jiān)控信號輸入到處理器A/D端，由處理器進(jìn)行蓄電池電能上下限判斷和充電控制。
[0014]優(yōu)選地，所述太陽電池片和蓄電池組108中的太陽電池片進(jìn)行蓄電池充電，蓄電池續(xù)航能力可滿足衛(wèi)星太陽帆板展開和一個旋轉(zhuǎn)周期所需的電能需求。
[0015]優(yōu)選地，所述控制傳輸節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指令接收和數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)同工作，接收數(shù)據(jù)傳輸開始命令后向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)傳輸停止命令后將帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲并停止向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明的無線通信節(jié)點(diǎn)可在太陽帆板上本地采集振動傳感器數(shù)據(jù)，并通過無線方式傳輸至衛(wèi)星內(nèi)部，以獲取衛(wèi)星入軌段太陽帆板展開及在軌段轉(zhuǎn)動時振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的無線通信節(jié)點(diǎn)裝置可實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)傳輸無線化，適用于衛(wèi)星各類傳感器數(shù)據(jù)的無線傳輸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的原理框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明采集節(jié)點(diǎn)Ims采集周期時間片劃分的示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明采集節(jié)點(diǎn)處理器采集數(shù)據(jù)拼接圖。
[0020]圖4為本發(fā)明無線通道通信任務(wù)時間片劃分的示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明中振動監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸工作流程圖。
[0022]圖6為本發(fā)明中遙控指令數(shù)據(jù)無線傳輸工作流程圖。
[0023]圖7為本發(fā)明中帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包括:
[0026]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊，用于加速度傳感器數(shù)據(jù)的采集；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊包括通道開關(guān)101和A/D變換電路102，通道開關(guān)101輸入六路加速度傳感器數(shù)據(jù)，輸出一路加速度傳感器數(shù)據(jù)，其通道控制由處理器模塊編程實(shí)現(xiàn)，通道選擇周期決定采集頻率;A/D變換電路102的位數(shù)由振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集精度決定，對于0.1mV精度要求的加速度傳感使用十六位A/D變換電路，輸入加速度傳感器電壓輸出十六位數(shù)據(jù)；
[0027]帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊，用于數(shù)據(jù)組幀、工作狀態(tài)控制、能源管理；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊包括處理器103，處理器103由通道開關(guān)控制碼識別傳感器通道，將六路傳感器通道數(shù)據(jù)組包，通過帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊發(fā)送到控制傳輸節(jié)點(diǎn)，控制采集通道開關(guān)、發(fā)射機(jī)開關(guān)，處理器可監(jiān)視蓄電池電壓和電流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電開關(guān)的自動控制；
[0028]帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊，用于數(shù)據(jù)無線收發(fā)；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊包括收發(fā)電路105，收發(fā)電路105具有SPI數(shù)據(jù)接口與處理器進(jìn)行通信，通道碼速率、傳輸頻率可編程，發(fā)射通道開關(guān)可控制；
[0029]帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊，用于接收處理器模塊控制信號，控制加速度傳感器供電、蓄電池充電開關(guān)、蓄電池電壓電流監(jiān)視；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊包括能源供給模塊106、能源控制模塊107、太陽電池片和蓄電池組108，能源供給模塊106由電源通道開關(guān)組成，能源供給模塊為帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信接收模塊加電，傳感器供電、無線通信發(fā)射模塊供電開關(guān)可控制；能源控制模塊107監(jiān)視并判斷蓄電池輸出電壓和電流，控制太陽帆板至蓄電池的通道開關(guān)，低電壓和小電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)接通，高電壓和大電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)斷開；太陽電池片和蓄電池組108中的太陽電池片為蓄電池供電或直接輸出電能至帆板采集節(jié)點(diǎn)各功能模塊，蓄電池進(jìn)行能源存儲可滿足帆板展開前和地影期帆板采集節(jié)點(diǎn)正常工作的能源供給需求；
[0030]控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，控制帆板采集節(jié)點(diǎn)的工作模式，發(fā)送采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)；所述控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊包括指令接收模塊109和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊110，指令接收模塊109接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，對控制傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行本地操作或發(fā)送至帆板采集節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊110發(fā)送帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)。
[0031]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊都與帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊連接。
[0032]加速度傳感器數(shù)據(jù)具有多路通道開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)多路加速度傳感器數(shù)據(jù)的分時選通。
[0033]處理器自帶A/D進(jìn)行蓄電池電壓和電流的數(shù)據(jù)采樣，低于蓄電池續(xù)航下限值則進(jìn)行充電控制，高于蓄電池續(xù)航上限則將充電開關(guān)斷開。
[0034]能源控制模塊對蓄電池輸出電壓和電流進(jìn)行電能監(jiān)控，監(jiān)控信號輸入到處理器A/D端，由處理器進(jìn)行蓄電池電能上下限判斷和充電控制。
[0035]太陽電池片和蓄電池組108中的太陽電池片進(jìn)行蓄電池充電，蓄電池續(xù)航能力可滿足衛(wèi)星太陽帆板展開和一個旋轉(zhuǎn)周期所需的電能需求。
[0036]控制傳輸節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指令接收和數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)同工作，接收數(shù)據(jù)傳輸開始命令后向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)傳輸停止命令后將帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲并停止向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。[0037]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊通道選擇開關(guān)保持時間為10us，與處理器輸出的通道控制信號保持時間一致，按設(shè)定周期循環(huán)采集傳感器數(shù)據(jù)。單片機(jī)C8051F集成有16位ADC，其采樣速率可達(dá)IMsps。在通道切換后第lus、3us、5us、7us、9us時刻，處理器分5次采集加速度傳感器數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)取平均作為該加速度傳感器通道有效數(shù)據(jù)。通道開關(guān)循環(huán)周期即為加速度傳感器采集周期，采集周期為Ims時加速度傳感器通道數(shù)據(jù)采集時間片劃分如圖2所示。
[0038]在加速度傳感器數(shù)據(jù)采集完成后，帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器按圖3將傳感器數(shù)據(jù)拼接，并發(fā)送至無線通信模塊，由無線通信模塊組成傳送幀傳輸至控制傳輸節(jié)點(diǎn)。在接收到傳送幀后，控制傳輸節(jié)點(diǎn)無線通信模塊發(fā)送中斷請求至處理器，由處理器對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行通道收集并附加時標(biāo)信號存儲?？刂苽鬏敼?jié)點(diǎn)接收振動監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸命令，將存儲器中加速度傳感器數(shù)據(jù)按通道進(jìn)行傳輸，完成衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸。
[0039]振動監(jiān)測系統(tǒng)向控制傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)送遙控指令數(shù)據(jù)，由控制傳輸節(jié)點(diǎn)向帆板采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。無線收發(fā)芯片SI4464為半雙工器通信方式，在無線通道上進(jìn)行時間片劃分，可實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)收發(fā)與遙控指令收發(fā)的雙工通信，無線通道時間片劃分如圖4所示。帆板采集節(jié)點(diǎn)接收遙控數(shù)據(jù)控制本地工作狀態(tài):控制采集通道開關(guān)，設(shè)置充電開關(guān)的控制狀態(tài)，調(diào)整傳感器數(shù)據(jù)采集頻率。
[0040]蓄電池輸出電壓可反應(yīng)蓄電池的續(xù)航能力，能源監(jiān)測模塊將蓄電池輸出電壓作固定系數(shù)分壓傳輸至處理器，處理器分別設(shè)置續(xù)航能力下限和上限控制充電開關(guān)。在振動監(jiān)測任務(wù)期，蓄電池充電開關(guān)由處理器自動控制；在振動監(jiān)測任務(wù)結(jié)束后，遙控發(fā)令關(guān)閉蓄電池充電開關(guān)自動控制功能，使充電開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。蓄電池輸出電流可反應(yīng)采集節(jié)點(diǎn)的功耗變化，能源監(jiān)測模塊將蓄電池輸出電流變換為O?5V電壓輸出至處理器，作為帆板采集節(jié)點(diǎn)的一個遙測參數(shù)。
[0041]無線收發(fā)芯片SI4464輸出信號功率范圍-20dBm?+20dBm，輸出頻率范圍119MHz?1050MHz，靈敏度-126dBm，輸出信號功率和頻率可配置。振動監(jiān)測無線通信系統(tǒng)選用470MHz傳輸頻率，輸出信號功率控制在OdBm?+IOdBm范圍內(nèi)。控制傳輸節(jié)點(diǎn)天線采用SMA接口棒狀全向天線，方向性系數(shù)6.0dB,增益3.0dB,尺寸300mm。
[0042]帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊采用微帶天線，方向性系數(shù)4.5dB，增益3.0dB。微帶天線采用矩形貼片形狀，饋電方式采用傳輸線饋電。
[0043]振動監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸工作流程如圖5所示。遙控指令數(shù)據(jù)無線傳輸工作流程如圖6所示。帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理工作流程如圖7所示。
[0044]無線通信節(jié)點(diǎn)包括兩類節(jié)點(diǎn):帆板采集節(jié)點(diǎn)、控制傳輸節(jié)點(diǎn)。帆板采集節(jié)點(diǎn)分時采集六通道傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)組幀后發(fā)送至控制傳輸節(jié)點(diǎn)；帆板采集節(jié)點(diǎn)接收控制傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)送的遙控指令，用于控制采集頻率、能源自主管理、發(fā)射機(jī)開關(guān)等；帆板采集節(jié)點(diǎn)由蓄電池供電，由太陽電池片充電至蓄電池。控制傳輸節(jié)點(diǎn)接收帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，將接收數(shù)據(jù)打時標(biāo)后存儲，在接收傳輸命令后將存儲數(shù)據(jù)通過星載數(shù)據(jù)總線傳輸至振動監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明所采取的設(shè)計方案具有可擴(kuò)展性，帆板采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集通道可增加，控制傳輸節(jié)點(diǎn)可接收多個采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0045]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊設(shè)計有8通道選擇開關(guān)，3位地址線，I位使能控制端。為保證各通道采集數(shù)據(jù)時間的一致性，任意兩有效通道切換時間為10us，在通道切換后Ous?IOus間取該通道5次數(shù)據(jù)平均后作為單次有效數(shù)據(jù)。加速度傳感器數(shù)據(jù)采集周期為所有通道采集兩次數(shù)據(jù)的時間間隔，采集周期可編程為1ms、2ms、5ms、10ms，16位A/D對應(yīng)6通道加速度傳感器數(shù)據(jù)速率 96kbps、48kbps、19.2kbps、9.6kbps。
[0046]帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊使用C語言編程，發(fā)送通道控制信號時鐘為1MHz，并行輸出3位地址線和I位使能控制線至采集模塊。兩通道地址線間隔為IOus固定值，6通道采集頻率分別可設(shè)為IkHz、500Hz、200Hz、IOOHz。處理器按照采集間隔接收到傳感器振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按照約定包格式位置將相應(yīng)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲組包，包數(shù)據(jù)長度為6通道數(shù)據(jù)I次采集數(shù)據(jù)共12字節(jié)。包數(shù)據(jù)格式為固定格式，某傳感器通道關(guān)閉時將幀格式位置填充固定數(shù)。
[0047]帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器分別輸出控制信號至蓄電池充電開關(guān)、6通道傳感器供電開關(guān)、無線通信模塊發(fā)射機(jī)開關(guān)，控制各開關(guān)的工作狀態(tài)。蓄電池開關(guān)采用磁保持繼電器，處理器輸出控制信號為脈沖形式，經(jīng)運(yùn)放驅(qū)動后控制繼電器動作。
[0048]帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊分時進(jìn)行振動監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送和遙控指令接收。時鐘周期設(shè)定為5s，4.998s用于振動監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送，2ms用于遙控指令接收，實(shí)現(xiàn)無線通信模塊半雙工方式工作。接收遙控指令數(shù)據(jù)長度32位，16位同步碼，4位地址碼，4位通道控制碼，8位采集頻率或開關(guān)控制信號。
[0049]帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊進(jìn)行蓄電池充電、電能監(jiān)視和能源控制。整星太陽帆板上3塊電池片串聯(lián)后接入能源控制端，再連接至蓄電池進(jìn)行充電。充電開關(guān)使用磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)，控制脈沖持續(xù)時間為64ms，由處理器監(jiān)視蓄電池續(xù)航上下限進(jìn)行智能控制。蓄電池最大續(xù)航能力為3000mAh，斷開充電開關(guān)續(xù)航上限為2800mAh，接通充電開關(guān)續(xù)航下限為 500mAh。
[0050]蓄電池電能監(jiān)視模塊測試蓄電池電壓和供電電流，對蓄電池電壓進(jìn)行分壓后輸出至A/D變換器，通過蓄電池端電壓與剩余電量的對應(yīng)關(guān)系，計算出蓄電池剩余電量。在帆板采集節(jié)點(diǎn)供電線串接高精度電阻，測試蓄電池輸出電流，可監(jiān)視帆板采集節(jié)點(diǎn)的能耗變化。
[0051]控制傳輸節(jié)點(diǎn)收發(fā)模塊與振動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，并選擇進(jìn)行本地控制或發(fā)送至帆板采集節(jié)點(diǎn)；將帆板采集節(jié)點(diǎn)各加速度傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至振動監(jiān)測系統(tǒng)，傳輸速率為1Mbps。
[0052]帆板采集節(jié)點(diǎn)采集各通道加速度傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)無線通信模塊傳輸至控制傳輸節(jié)點(diǎn)，控制傳輸節(jié)點(diǎn)將振動監(jiān)測數(shù)據(jù)打時標(biāo)后發(fā)送至振動監(jiān)測系統(tǒng)?？刂苽鬏敼?jié)點(diǎn)接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，經(jīng)無線通信模塊傳輸至帆板采集節(jié)點(diǎn)，控制帆板采集節(jié)點(diǎn)的工作模式。帆板采集節(jié)點(diǎn)和控制傳輸節(jié)點(diǎn)共同組成一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線節(jié)點(diǎn)裝置。
[0053]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊，用于加速度傳感器數(shù)據(jù)的采集；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊包括通道開關(guān)和A/D變換電路，通道開關(guān)輸入六路加速度傳感器數(shù)據(jù)，輸出一路加速度傳感器數(shù)據(jù)，其通道控制由處理器模塊編程實(shí)現(xiàn)，通道選擇周期決定采集頻率;A/D變換電路的位數(shù)由振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集精度決定，對于0.1mV精度要求的加速度傳感使用十六位A/D變換電路，輸入加速度傳感器電壓輸出十六位數(shù)據(jù)； 帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊，用于數(shù)據(jù)組幀、工作狀態(tài)控制、能源管理；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊包括處理器，處理器由通道開關(guān)控制碼識別傳感器通道，將六路傳感器通道數(shù)據(jù)組包，通過帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊發(fā)送到控制傳輸節(jié)點(diǎn)，控制采集通道開關(guān)、發(fā)射機(jī)開關(guān)，處理器可監(jiān)視蓄電池電壓和電流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電開關(guān)的自動控制； 帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊，用于數(shù)據(jù)無線收發(fā)；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊包括收發(fā)電路，收發(fā)電路具有SPI數(shù)據(jù)接口與處理器進(jìn)行通信，通道碼速率、傳輸頻率可編程，發(fā)射通道開關(guān)可控制； 帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊，用于接收處理器模塊控制信號，控制加速度傳感器供電、蓄電池充電開關(guān)、蓄電池電壓電流監(jiān)視；所述帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊包括能源供給模塊、能源控制模塊、太陽電池片和蓄電池組，能源供給模塊由電源通道開關(guān)組成，能源供給模塊為帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信接收模塊加電，傳感器供電、無線通信發(fā)射模塊供電開關(guān)可控制；能源控制模塊監(jiān)視并判斷蓄電池輸出電壓和電流，控制太陽帆板至蓄電池的通道開關(guān)，低電壓和小電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)接通，高電壓和大電流狀態(tài)蓄電池充電開關(guān)斷開；太陽電池片和蓄電池組中的太陽電池片為蓄電池供電或直接輸出電能至帆板采集節(jié)點(diǎn)各功能模塊，蓄電池進(jìn)行能源存儲可滿足帆板展開前和地影期帆板采集節(jié)點(diǎn)正常工作的能源供給需求； 控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，控制帆板采集節(jié)點(diǎn)的工作模式，發(fā)送采集節(jié)點(diǎn)`數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)；所述控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊包括指令接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，指令接收模塊接收振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令，對控制傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行本地操作或發(fā)送至帆板采集節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)至振動監(jiān)測系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述帆板采集節(jié)點(diǎn)采集模塊、控制傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)能源管理模塊、帆板采集節(jié)點(diǎn)無線通信模塊都與帆板采集節(jié)點(diǎn)處理器模塊連接。
3.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器數(shù)據(jù)具有多路通道開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)多路加速度傳感器數(shù)據(jù)的分時選通。
4.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器自帶A/D進(jìn)行蓄電池電壓和電流的數(shù)據(jù)采樣，低于蓄電池續(xù)航下限值則進(jìn)行充電控制，高于蓄電池續(xù)航上限則將充電開關(guān)斷開。
5.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述能源控制模塊對蓄電池輸出電壓和電流進(jìn)行電能監(jiān)控，監(jiān)控信號輸入到處理器A/D端，由處理器進(jìn)行蓄電池電能上下限判斷和充電控制。
6.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽電池片和蓄電池組108中的太陽電池片進(jìn)行蓄電池充電，蓄電池續(xù)航能力可滿足衛(wèi)星太陽帆板展開和一個旋轉(zhuǎn)周期所需的電能需求。
7.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星太陽帆板振動監(jiān)測無線通信節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制傳輸節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)指令接收和數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)同工作，接收數(shù)據(jù)傳輸開始命令后向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)傳輸停止命令后將帆板采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲并停止向振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。`
【文檔編號】G05B19/418GK103699068SQ201310659210
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】王軍旗, 沈小龍, 李侃, 吳勝利 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所