CN102901579A - 空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统 - Google Patents

空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统 Download PDF

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王永成
宋克非
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Abstract

空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统，属于空间相机温度控制领域，该系统包括：电压参考源、分压电路、运算放大器、主份模拟开关、备份模拟开关、主份A/D、备份A/D、主份CPU、备份CPU、主份电压参考源和备份电压参考源，电压参考源与分压电路连接；分压电路与运算放大器连接；运算放大器的输出与主份模拟开关和备份模拟开关连接；主份模拟开关与主份A/D连接；备份模拟开关与备份A/D连接；主份CPU与主份A/D和主份模拟开关连接；备份CPU与备份A/D和备份模拟开关连接；主份电压参考源与主份A/D连接；备份电压参考源与备份A/D连接；本发明解决了现有技术的高功耗、线路板面积和重量大使整机成本增加的问题。

Description

空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统
技术领域
本发明属于空间相机温度控制领域，具体涉及空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统。
背景技术
随着航天科技领域各项技术的不断发展，可靠性工程在航天科技领域也得到了广泛的应用和不断的发展，可靠性工程包括可靠性要求的确定、可靠性设计与分析、可靠性试验与评价、可靠性管理等项工作。
热控是空间相机中必不可少的组成部分，它担负着控制空间相机温度变化与温度分布，维持空间相机上热量吸收、转化及排散平衡的重要功能，以保障空间相机上各种设备的可靠工作，进而获得高质量的图像信息。温度采集系统是空间相机热控的重要组成部分，是热控策略能否正确执行的前提条件，其性能的好坏直接影响着空间相机热控的性能。目前的空间相机温度采集系统为了提高其固有可靠性通常采用热备份或者冷备份的冗余设计，然而热备份在保障系统可靠性的同时也带来了功耗过大等问题，而冷备份在提高系统固有可靠性的同时也导致线路板的面积和重量增加，进而使整机的成本增加。
发明内容
本发明为了解决现有技术的高功耗、线路板面积和重量过大以使整机成本增加的问题，提出了空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统，同时系统具有高可靠性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统，该系统包括：电压参考源、分压电路、运算放大器、主份模拟开关、备份模拟开关、主份A/D、备份A/D、主份CPU、备份CPU、主份电压参考源和备份电压参考源，所述电压参考源与所述分压电路连接为分压电路提供电压基准源；所述分压电路与所述运算放大器连接，将分压电路输出的电压值进行放大；所述运算放大器的输出与所述主份模拟开关和备份模拟开关连接；所述主份模拟开关与所述主份A/D连接，将主份模拟开关输出的模拟量转换为数字量；所述备份模拟开关与所述备份A/D连接，将备份模拟开关输出的模拟量转换为数字量；所述主份CPU与所述主份A/D和所述主份模拟开关连接，主份CPU控制主份A/D和主份模拟开关；所述备份CPU与所述备份A/D和所述备份模拟开关连接，备份CPU控制备份A/D和备份模拟开关；所述主份电压参考源与所述主份A/D连接，为主份A/D转换电路提供电压基准源；所述备份电压参考源与所述备份A/D连接，为备份A/D转换电路提供电压基准源。
本发明的有益效果是：本系统实现了对8路温度传感器的温度采集，这8路温度传感器互为热备份，A/D转换电路、电压参考源、CPU以及模拟开关采用了冷备份；本系统在保证高可靠性的同时避免了由于系统采用完全热备份的方式而使系统功耗增加以及采用完全冷备份方式而使线路板的面积和重量增加，进而使整机的成本增加的问题。
附图说明
图1本发明空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统的示意图。
图2是本发明系统中分压电路的电路结构图。
图3是本发明系统中模拟开关、A/D电路和CPU电路的具体电路结构图。
图中：1、电压参考源，2、分压电路，3、运算放大器，4、主份模拟开关，5、备份模拟开关，6、主份A/D，7、备份A/D，8、主份CPU，9、备份CPU，10、主份电压参考源，11、备份电压参考源。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统包括：电压参考源1、分压电路2、运算放大器3、主份模拟开关4、备份模拟开关5、主份A/D6、备份A/D7、主份CPU8、备份CPU9、主份电压参考源10和备份电压参考源11；电压参考源1与分压电路2连接，为分压电路2提供电压基准源；分压电路2与运算放大器3连接，将分压电路2输出的电压值进行放大；运算放大器3的输出与主份模拟开关4和备份模拟开关5连接；主份模拟开关4与主份A/D6连接，将主份模拟开关4输出的模拟量转换为数字量；备份模拟开关5与备份A/D7连接，将备份模拟开关5输出的模拟量转换为数字量；主份CPU8与主份A/D6和主份模拟开关4连接，主份CPU8控制主份A/D6和主份模拟开关4；备份CPU9与备份A/D7和备份模拟开关5连接，备份CPU9控制备份A/D7和备份模拟开关5；主份电压参考源10与主份A/D6连接，为主份A/D6转换电路提供电压基准源；备份电压参考源11与备份A/D7连接，为备份A/D7转换电路提供电压基准源。
主份模拟开关4和备份模拟开关5、主份A/D6和备份A/D7、主份CPU8和备份CPU9以及主份电压参考源10和备份电压参考源11是互为冷备份的关系，在电路结构上完全相同。
如图2所示，分压电路2由分压电阻R和温度传感器Rt串联构成，用以采集温度传感器的电压值，在本发明中共有8路完全相同的分压电路2用以采集8路温度传感器的电压值，温度传感器选用型号为MF501的负温度系数热敏电阻，根据系统的测温范围-35℃～+70℃，选用电阻R的阻值为5.1kΩ，精度为0.1%，所述电压参考源1采用ADI公司的型号为AD584TH/883的电压基准源芯片为分压电路2提供电压基准，如图2中的Vref，电压值为2.5V。
分压电路2与运算放大器3连接，将分压电路2中采集到的温度传感器电压值放大，片运算放大器3选用了2，型号为NS公司的LM124AE/883芯片，本芯片内部集成了4路完全相同的运算放大器，根据实际的热敏电阻的电压值以及所述主份A/D6的输入电压范围，运算放大器的放大倍数设置为1。
如图3所示，运算放大器3与主份模拟开关4和备份模拟开关5连接，温度信号1~温度信号8即为运算放大器3的输出信号。模拟开关选用MAXIM公司的型号为MAX358MJE/883B的芯片，该芯片是一个8选1的模拟开关，其控制信号由地址1、地址2、地址3和使能信号构成，使能信号高电平有效，当使能信号有效时，若地址1=地址2=地址3=0则其输出选通温度信号1，若地址1=地址2=地址3=1则其输出选通温度信号8；模拟开关的控制信号由CPU电路的HD0~HD3控制，在本发明中CPU选用TI公司的型号为SMJ320VC5416HFGW10的数字信号处理器，将该芯片的主机端口HD0~HD7设置为通用I/O口，其中HD0~HD3用以控制所述模拟开关的4根控制信号。
主份模拟开关4与主份A/D6连接，主份A/D6与主份CPU8连接；备份模拟开关5与备份A/D7连接，备份A/D7与备份CPU9连接；如图3所示，在本发明系统中，A/D选用TI公司的型号为TLV2548MFKB的同步串口A/D转换芯片，最大采样率为200ksps，在本发明中采样率设置为20ksps，其片选信号CS为低电平有效，由型号为SMJ320VC5416HFGW10的CPU的HD4控制，其串行数据输出端口SDO与CPU的同步串口控制器的数据接收端口DR0连接，用以传送A/D转换完的数据；其串行数据输入端SDI与CPU的同步串口控制器的数据发送端口DX0连接，用以实现CPU对A/D的模式配置等的控制指令的传输；其串行时钟端口SCLK与CPU的同步串口控制器的接收时钟端口CLKR0和发送时钟端口CLKX0连接，用以发送串行时钟信号；其帧同步信号FS与所述CPU的同步串口控制器的接收帧同步信号端口FSR0和发送帧同步信号端口FSX0连接，用以产生帧同步信号。
主份电压参考源10与主份A/D6连接，为主份A/D6提供电压为2.5V的参考电压源。
备份电压参考源11与备份A/D7连接，为备份A/D7提供电压为2.5V的参考电压源。

Claims (1)

1.空间相机高可靠低功耗轻量化温度采集系统，其特征在于，该系统包括：电压参考源（1）、分压电路（2）、运算放大器（3）、主份模拟开关（4）、备份模拟开关（5）、主份A/D（6）、备份A/D（7）、主份CPU（8）、备份CPU（9）、主份电压参考源（10）和备份电压参考源（11），所述电压参考源（1）与所述分压电路（2）连接为分压电路（2）提供电压基准源；所述分压电路（2）与所述运算放大器（3）连接，将分压电路（2）输出的电压值进行放大；所述运算放大器（3）的输出与所述主份模拟开关（4）和备份模拟开关（5）连接；所述主份模拟开关（4）与所述主份A/D（6）连接，将主份模拟开关（4）输出的模拟量转换为数字量；所述备份模拟开关（5）与所述备份A/D（7）连接，将备份模拟开关（5）输出的模拟量转换为数字量；所述主份CPU（8）与所述主份A/D（6）和所述主份模拟开关（4）连接，主份CPU（8）控制主份A/D（6）和主份模拟开关（4）；所述备份CPU（9）与所述备份A/D（7）和所述备份模拟开关（5）连接，备份CPU（9）控制备份A/D（7）和备份模拟开关（5）；所述主份电压参考源（10）与所述主份A/D（6）连接，为主份A/D（6）转换电路提供电压基准源；所述备份电压参考源（11）与所述备份A/D（7）连接，为备份A/D（7）转换电路提供电压基准源。
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