CN104753642A - 一种数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数据传输方法及系统，属于卫星姿态制技术领域。能够减少上位机串口数量，从而减小微纳卫星ADCS地面测试系统的复杂度，提高微纳卫星地面测试的可操作性。所述方法包括下位机根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据；下位机将所述数据打包成数据包；下位机将所述数据包以预设周期发送给上位机。本发明适用于微纳卫星制造领域。

Description

一种数据传输方法及系统

技术领域

本发明属于卫星姿态控制技术领域，具体涉及一种数据传输方法及系统。

背景技术

随着小卫星技术发展，10千克以内的微纳卫星技术研究成为国际卫星技术研究的热点之一。各国大力开展微纳卫星技术的研究，使其在军事、通信、地质勘探、环境与灾害监测、气象服务、科学实验、深空探测等方面能有更具体的应用。

其中，微纳卫星是以微机电系统技术(MEMS,MicroelectromechanicalSystems)和精密制造技术为基础，将电源控制、姿态确定与控制等基本功能部件集成在单块电路板上的微型卫星。在微纳卫星各功能子系统中，姿态确定与控制系统(ADCS，the Attitude Ditermine and Control System)是性能、实时性等要求最高的嵌入式系统，其主要任务是保证卫星的通信导向和有效载荷任务的顺利完成，其控制效率和控制精度对卫星成功完成飞行任务起着关键的作用，是卫星在轨可靠工作的保障。

微纳卫星姿态确定与控制系统的研发涉及到姿态确定与控制算法、姿态传感器与控制执行器系统、数据交互等各个方面。在ADCS中通常集成有多个传感器(如磁强计、陀螺仪、卫星导航接收机、加速度计等)，通过对这些传感器数据的采集与融合来实现卫星的姿态确定和控制。这些传感器多数情况下包含有多种通信接口，如I2C(Inter-Integrated Circuit)接口、单线接口和串行接口等，其是一个多种通信协议并存的系统。

通常在微纳卫星研制完成后需要对其各个部件及性能进行地面测试，现有技术对ADCS性能的测试通常是将ADCS中的串口类传感器经过下位机电平转换直接转给上位机，上位机独立接收；而I2C传感器、单线接口传感器和其他类型传感器通过下位机微控制单元(MCU，Micro Control Unit)转为串口送给上位机，最后在上位机完成数据融合。该方法中每个传感器数据需要通过下位机传输给对应的上位机接口从而保证通信的实时性和准确性，在ADCS中存在较多传感器的情况下，需要占用较多的上位机接口。而实际中由于微纳卫星体积、功耗的限制、MCU接口数目限制以及测试可靠性限制，需要尽可能减少上位机接口。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据传输方法及系统能够减少上位机通信串口数量，从而减小微纳卫星测试系统的复杂度，提高微纳卫星地面测试的可操作性。

本发明所采用的技术方案是，一种数据传输方法，包括：

下位机根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据；

下位机将所述数据打包成数据包；

下位机将所述数据包以预设周期发送给上位机。

所述方法还包括：上位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥测数据。

所述数据包包括：包头、遥感测量值和校验码，所述遥感测量值包含ADCS中各个传感器的测量值。

所述数据发送类型是指发送所述数据的ADCS传感器类型，所述根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据包括：

当所述数据发送类型是串口类传感器时，下位机通过中断状态机实时接收数据，当所述数据发送类型是I2C类传感器或单线接口传感器时，下位机通过定时器采集数据。

所述预设周期是ADCS各传感器中最快采样率。

本发明还提供另外一种数据传输方法，包括：

上位机向下位机发送打包后的数据包；

下位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥控指令。

所述数据包包括：包头，使能控制端、控制指令和校验码；所述使能控制端用于标识上位机下发控制指令的类型；所述控制指令是根据所述使能控制端确定的控制信息。

本发明还提供一种数据传输系统，包括多个传感器、上位机和下位机，其特征在于：所述下位机与所述多个传感器相连，并通过单串口与所述上位机相连；

所述下位机，用于接收所述多个传感器的遥测数据，并将所述遥测数据打包成数据包，以预设周期通过单串口发送给所述上位机；

所述上位机，用于将遥控指令打包成数据包，并以预设周期通过单串口发送给所述下位机。

优选的，所述下位机是单片机。

本发明提供的数据传输方法：下位机根据传感器的类型接收数据，保证了数据的实时性接收，并将其进行统一的打包处理，从而实现将ADCS中各个传感器遥测数据通过单串口发送给上位机，完成对微纳卫星ADCS遥测数据准确性的测试。上位机将需要发送给ADCS各个模块的模拟遥控指令统一打包处理，通过单串口发送给下位机，完成微纳卫星ADCS对遥控指令响应能力的测试。相较于现有技术，在保证数据实时性传输的前提下，极大减少了上位机串口数量，从而减小了微纳卫星ADCS地面测试系统的复杂度，提高了微纳卫星地面测试的可操作性。

附图说明

图1是本发明提供的一种数据传输方法的流程图；

图2是本发明打包数据包的结构示意图；

图3是本发明提供的另一种数据传输方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供的数据传输方法，适用于微纳卫星ADCS性能测试过程及星务软件应用过程中的数据传输。该数据传输包括上位机向下位机发送遥控指令进而控制ADCS以及ADCS中传感器通过下位机向上位机发送遥测数据两个独立的传输过程。

图1所示的数据传输方法属于ADCS中传感器通过下位机向上位机发送遥测数据的过程，该数据传输方法包括：

101、下位机根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据；

其中，所述数据发送类型是指发送所述数据的ADCS传感器类型。在本发明中传感器类型可以是如陀螺仪传感器、全球导航卫星系统(GNSS,GlobalNavigation Satellite System)接收机传感器等的串口类传感器，可以是如磁强计传感器、电流传感器等的I2C类传感器，也可以是如温度传感器的单线接口类传感器。当所述数据发送类型是串口类传感器时，下位机通过中断状态机实时接收数据，当所述数据发送类型是I2C类传感器或单线接口类传感器时，下位机通过定时器采集数据，从而保证采集数据的实时性。

102、下位机将所述数据打包成数据包；

其中，所述数据包包括：包头，遥感测量值，以及校验码。

所述包头用于标识数据包的起始位置，采用一个字节进行存储。所述遥感测量值包括依次排列的各个传感器的数据测量值。其中，各个传感器的测量值根据传感器的类型确定，例如，磁强计传感器的测量值分别用2个字节存储磁强计传感器在X、Y、Z轴的测量值，共计6个字节。GNSS传感器的测量值采用51个字节进行存储。所述校验码包含所述包头和数据测量值的验证信息，用于防止数据传输过程中出现丢包或者误码等问题，具体可以采用1个字节进行存储。

图2是本发明上位机打包数据包的一个具体结构示意图。该数据包包括包头20、遥感测量值21和校验码22。包头20占用1个字节。遥感测量值21根据ADCS中传感器类型和数量确定。本例中ADCS包括磁强计传感器、陀螺仪传感器、温度传感器、电流传感器和GNSS接收机传感器，则遥感测量值21包含磁强计传感器X、Y、Z轴的测量值211，占用6个字节、陀螺仪传感器X、Y、Z轴的测量值212，占用6个字节、温度传感器的测量值213，占用2个字节、电流传感器X、Y、Z轴的测量值214，占用6个字节、GNSS接收机传感器的测量值215，占用51个字节。其中，GNSS接收机传感器的测量值215具体可通过如下方式存储：

校验码22占用1个字节，校验码22的具体数值22＇可以通过如下公式确定：

22＇＝(20＇+211＇+212＇+213＇+214＇+215＇)％255

其中，20＇、211＇、212＇、213＇、214＇、215＇分别是20、211、212、213、214、215对应的数值。

103、下位机将所述数据包以预设周期发送给上位机。

发送周期根据ADCS实时性要求设定，优选以ADCS各传感器中最快采样率为发送周期，可以保证实时发送采样数据。

104、上位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥测数据。

其中，所述遥测数据包括数据包中的包头，遥感测量值，以及校验码。上位机接收并解析数据包，若上位机接收到数据包解析后的校验码数值与下位机打包后的校验码数值相等，则在数据传输过程中不存在丢包或误码的问题，反之，则存在丢包或误码的问题。上位机以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥测数据，保证实时接收遥测数据。

通过上述方法，下位机根据传感器的类型接收数据，保证了数据的实时性接收，并将其进行统一的打包处理，从而实现将ADCS中各个传感器遥测数据通过单串口发送给上位机，完成对微纳卫星ADCS遥测数据准确性的测试。相较于现有技术，在保证数据实时性传输的前提下，极大减少了上位机串口数量，从而减小了微纳卫星ADCS地面测试系统的复杂度，提高微纳卫星地面测试的可操作性。

图3所示的数据传输方法属于上位机通过下位机向ADCS传感器下发遥控指令的过程，该数据传输方法包括：

301、上位机向下位机发送打包后的数据包；

其中，所述数据包包括：包头，使能控制端、控制指令和校验码。

所述包头用于标识数据包的起始位置，采用一个字节进行存储，为描述方便，用0XFF表示。

所述使能控制端用于标识上位机下发控制指令的类型，采用1个字节进行存储。为描述方便，用TYPE表示，根据TYPE值的不同确定所控制模块的类型。示例性的，当TYPE＝0时，表示通过下发模块控制能使；当TYPE＝1时，表示陀螺仪校零；当TYPE＝2时，表示磁力矩器控制。

所述控制指令是根据所述使能控制端确定的控制信息，为描述方便，用CONTROL表示。当TYPE＝0时，CONTROL采用1个字节进行存储，表示电源、磁强计、陀螺仪、磁力矩器等模块数据部分的使能。本例中由于所控制模块有6个，则仅用1个字节低6位进行存储，所述低6位由高位到低位分别对应：a)电源使能1；b)电源使能2；c)磁强计使能；d)陀螺仪使能；e)磁力矩器使能；f)GNSS使能。当TYPE＝1时，使能控制端代表陀螺仪校零，不需要进行控制，则CONTROL为0。当TYPE＝2时，CONTROL采用2N个字节进行存储，对应N个磁力矩器的控制信息，其中，每个磁力矩器采用2个字节分别表示其转向(包括正向和反向)和间歇时间，具体可采用short型表示。

所述校验码包含所述包头、使能控制端和控制指令的验证信息，用于防止数据传输过程中出现丢包或者误码等问题，具体可以采用1个字节进行存储。以CHECK表示，CHECK值可以通过公式CHECK＝(0XFF+TYPE+CONTROL)％255计算得到。

302、下位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥控指令。

其中，所述遥控指令包括数据包中的包头，使能控制端，控制指令和校验码。下位机接收并解析数据包，若下位机接收到数据包解析后的校验码数值与上位机打包后的校验码数值相等，则在数据传输过程中不存在丢包或误码的问题，反之，则存在丢包或误码的问题。下位机以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥控指令，保证实时接收控制指令。

通过上述方法，上位机将需要发送给ADCS各个模块的模拟遥控指令统一打包处理，通过单串口发送给下位机，完成微纳卫星ADCS对遥控指令响应能力的测试。相较于现有技术，在保证数据实时性传输的前提下，极大较少了上位机串口数量。

可以理解：在上述数据传输过程中，当所测试ADCS传感器类型及数量改变时，本领域普通技术人员根据上述公开内容及本领域公知常识对上述数据传输过程中的遥感测量值、使能控制端、控制指令及校验码进行相应修改即可。

本发明还提供一种数据传输系统，包括多个传感器、上位机和下位机，其特征在于：所述下位机与所述多个传感器相连，并通过单串口与所述上位机相连；

所述下位机，用于接收所述多个传感器的遥测数据，并将所述遥测数据打包成数据包，以预设周期通过单串口发送给所述上位机；所述遥测数据包括包头，遥感测量值，以及校验码。

所述上位机，用于将遥控指令打包成数据包，并以预设周期通过单串口发送给所述下位机。所述遥控指令包括包头，使能控制端，控制指令和校验码。

优选的，所述下位机是单片机。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种数据传输方法，其特征在于，包括：

下位机根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据；

下位机将所述数据打包成数据包；

下位机将所述数据包以预设周期发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：上位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥测数据。

3.根据权利要求1或2所述的数据传输方法，其特征在于：

所述数据包包括：包头、遥感测量值和校验码，所述遥感测量值包含ADCS中各个传感器的测量值。

4.根据权利要求1或2所述的数据传输方法，其特征在于：

所述数据发送类型是指发送所述数据的ADCS传感器类型，所述根据微纳卫星ADCS数据发送类型接收数据包括：

当所述数据发送类型是串口类传感器时，上位机通过中断状态机实时接收数据，当所述数据发送类型是I2C类传感器或单线接口传感器时，上位机通过定时器采集数据。

5.根据权利要求1或2所述的数据传输方法，其特征在于：

所述预设周期是ADCS各传感器中最快采样率。

6.一种数据传输方法，其特征在于，包括：

上位机向下位机发送打包后的数据包；

下位机接收并解析所述数据包，并以循环队列的方式实时更新所述数据包中的遥控指令。

7.根据权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于：

所述数据包包括：包头，使能控制端、控制指令和校验码；所述使能控制端用于标识上位机下发控制指令的类型；所述控制指令是根据所述使能控制端确定的控制信息。

8.一种数据传输系统，包括多个传感器、上位机和下位机，其特征在于：

所述下位机与所述多个传感器相连，并通过单串口与所述上位机相连；

所述下位机，用于接收所述多个传感器的遥测数据，并将所述遥测数据打包成数据包，以预设周期通过单串口发送给所述上位机；

所述上位机，用于将遥控指令打包成数据包，并以预设周期通过单串口发送给所述下位机。

9.根据权利要求8所述的数据传输系统，其特征在于：

所述下位机是单片机。