CN106527523B - 空间相机矩阵式主动温度采集控制系统及采集控制方法 - Google Patents

Abstract

空间相机矩阵式主动温度采集控制系统及采集控制方法，涉及工业自动化领域，解决现有空间相机温度采集控制系统由于线缆数量及器件较多，导致结构复杂及试验过程繁琐等问题，包括温度采集电路、温度传感器、加热器、加热电路、控制器和电源模块，温度采集矩阵式线缆和加热矩阵式线缆；温度传感器实时采集空间相机相应测点的温度信息，并通过温度采集矩阵式线缆传将温度信息传送至温度采集电路，温度采集电路将温度信息转换为温度数字信号传送至控制器，控制器输出加热控制信号发送至加热电路，加热控制电路将将加热电压信号通过加热矩阵式线缆传送至加热器，加热器对空间相机加热。本发明有效的减少了主动热控系统的线缆数量。

Description

空间相机矩阵式主动温度采集控制系统及采集控制方法

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，具体涉及一种主动温度采集控制系统及采集控制方法，应用于空间相机的主动温度采集控制系统及采集控制方法。

背景技术

空间相机放置在卫星或飞船等空间飞行器上完成对地面景物的摄像任务，是空间飞行器的重要载荷。空间相机在轨运行时，将长期处于高真空、冷黑和热辐射环境中。为使空间相机能够在这些严酷环境中正常工作，需要对空间相机进行温度控制，以实现空间相机温度稳定在工作温度范围内，从而能够完成摄像任务。

空间相机的温度控制主要分为主动热控和被动热控。目前采用的主动热控方法，主要是通过安装在相机多个敏感位置的温度传感器采集温度信息，经过空间相机控制器的控制，对安装在相机多个加热位置的加热器加热，实现主动温度控制，通常每一路温度传感器具有独立的导线与相机控制电箱中相应的独立温度采集电路连接，每一路加热器具有独立的导线与相机控制电箱中相应的加热驱动电路连接。

随着科技发展与科学需求，目前空间相机要求越来越高的分辨率及越来越大的口径，因此对于主动热控的要求也越来越高，通常会需要主动热控系统具有更多的温度传感器和加热器。伴随着温度传感器和加热器的增多，导线以及相应的电路也成倍增长，增加了线缆数量，增加了控制电箱的器件数目、尺寸功耗，增加了空间相机整体的尺寸及重量，同时也增加了相关设计和试验的复杂性。

发明内容

本发明为解决现有空间相机温度采集控制系统由于线缆数量及器件较多，导致结构复杂及试验过程繁琐等问题，提供一种空间相机矩阵式主动温度采集控制系统及采集控制方法。

空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，包括温度采集电路、温度传感器、加热器、加热电路、控制器和电源模块，所述电源模块为上述模块供电，其特征是，还包括温度采集矩阵式线缆和加热矩阵式线缆；

所述温度传感器具有行出线端和列出线端，将所述温度传感器分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列温度传感器组成；

所述温度采集矩阵式线缆根据温度传感器的安装位置，分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列导线组成；

所述温度采集矩阵式线缆矩阵中的行导线分别与对应的温度传感器矩阵中的行出线端连接，所述温度采集矩阵式线缆矩阵中列导线分别与对应的温度传感器矩阵中的列出线端连接；

所述加热器具有行出线端和列出线端，将所述加热器分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列加热器组成；所述m和n均为大于等于2的正整数；

所述加热矩阵式线缆分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列导线组成；

所述加热矩阵式线缆矩阵中行导线分别与对应加热器矩阵中行出线端连接，加热矩阵式线缆矩阵中列导线分别与对应加热器矩阵中列出线端连接；

所述温度传感器实时采集空间相机相应测点的温度信息，并通过温度采集矩阵式线缆传将所述温度信息传送至温度采集电路，所述温度采集电路将温度信息转换为温度数字信号传送至控制器，所述控制器输出加热控制信号发送至加热电路，所述加热控制电路将将加热电压信号通过加热矩阵式线缆传送至加热器，所述加热器对空间相机加热。

空间相机矩阵式主动温度采集控制方法，该方法由以下步骤实现：

向控制器注入温度采集开始指令；

步骤一、控制器控制温度传感器矩阵采集温度信息；

具体为：

控制器控制温度采集矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列导线输出温度传感器矩阵中第一行的阻值信息至第一模拟复用器，信号调理电路将第一模拟复用器输出的第一行的阻值信息转化为温度模拟信号并通过AD转换器转换为温度数字信号；

步骤二、依次采集温度传感器矩阵中第二行至第m行的阻值信息，

步骤三、控制器根据采集的温度信息，判断所述温度信息是否满足温度热控指标要求，如果是，则返回执行步骤一；如果否，执行步骤四；

步骤四、控制器根据步骤三采集的温度信息，计算加热器矩阵中每个加热器的加热时间；

步骤五、控制器控制加热矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列输出至第二模拟复用器，所述控制器控制MOS管驱动器对加热器矩阵中的第一行加热器进行加热，所述加热时间按照步骤四中计算的加热时间而定；

步骤六、依次对加热器矩阵中第二行至第m行的加热器进行加热，实现对温度的采集控制。

本发明的有益效果：本发明所述的采集控制系统通过矩阵式采集和控制方式，有效的减少了主动热控系统的线缆数量，减少了控制电箱中相关的元器件，进而减少了空间相机的重量及尺寸，优化了空间相机主动热控相关的设计工作。

附图说明

图1为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统的结构示意图；

图2为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统中温度传感器矩阵、温度采集矩阵式线缆及其连接关系示意图；

图3为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统中加热器矩阵、加热矩阵式线缆及其连接关系示意图；

图4为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统中温度采集电路结构示意图；

图5为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统中电阻分压模式测温电路示意图；

图6为本发明所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统中加热电路与加热矩阵式线缆的关系示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，包括温度采集电路，温度传感器，与温度传感器电连接的温度采集矩阵式线缆；所述温度传感器、温度采集矩阵式线缆均固定在空间相机上，温度采集电路位于空间相机控制电箱内；所述温度传感器实时采集空间相机相应测点的温度信息，并通过温度采集矩阵式线缆将温度信息传输至温度采集电路，温度采集电路将温度信息转换为温度数字信号。该系统还包括：

固定于空间相机上的加热器，与加热器电连接的加热矩阵式线缆；位于空间相机控制电箱内的加热电路。所述的加热电路负责将加热电压信号通过加热矩阵式线缆传送至加热器，加热器对空间相机进行加热。

与温度采集电路和加热电路电连接的控制器，所述的控制器接收温度采集电路的温度数字信号，并将加热控制信号发送至加热电路。所述的控制器位于空间相机控制电箱内。电源模块为系统各部分供电的电源模块。

本实施方式所述的温度采集电路包括与温度采集矩阵式线缆电连接的第一模拟复用器，所述第一模拟复用器包括多片AMUX芯片，与第一模拟复用器连接的信号调理电路，与信号调理电路电连接AD转换器，所述温度信息经由信号调理电路的放大和滤波作用、AMUX的通道选择作用、AD转换器的模数转换作用后，转换为温度数字信号。

所述的温度传感器为具有两个出线端(行出线端和列出线端)的热敏电阻，温度传感器可以依据在相机上安装位置，划分为一个或多个矩阵，该矩阵由一或多行和一或多列温度传感器组成。

所述的温度采集矩阵式线缆依据温度传感器的安装位置，也划分为一个或多个矩阵，该矩阵由一行或多行以及一列或多列导线组成。温度采集矩阵式线缆矩阵中的行导线分别与相应温度传感器矩阵中对应的热敏电阻的行出线端电连接，列导线分别与相应温度传感器矩阵中对应的热敏电阻的列出线端电连接。温度采集矩阵式线缆减少了总体温度采集的线缆数量。

所述的加热器为具有两个出线端(行出线端和列出线端)的加热片，加热器可以依据在相机上安装位置，划分为一个或多个矩阵，该矩阵由一行或多行和一列或多列加热器组成。

所述的加热矩阵式线缆依据加热器的安装位置，也划分为一个或多个矩阵，该矩阵由一行或多行以及一列或多列导线组成。加热矩阵式线缆矩阵的行导线分别与相应加热器矩阵中对应的加热片的行出线端电连接，列导线分别与相应加热器矩阵中对应的加热片的列出线端电连接。加热矩阵式线缆减少了总体温度控制的线缆数量。

本实施方式所述的温度传感器采用成都宏明的型号为MF501的热敏电阻。

本实施方式所述的信号调理电路包括分压电路、放大电路和滤波电路，所述分压电路的输出信号经放大电路放大后由滤波电路进行滤波处理后传送至AD转换器转换，所述AD转换器输出数字信号至控制器。所述放大电路采用AD公司的型号为AD620的仪表放大器。所述AD转换器采用TI公司的型号为TLV2548的模数转换器。所述第一模拟复用器采用INTERSIL公司的型号为HS-508的模拟复用器。

本实施方式所述的加热器采用宏宇航天的柔性薄膜型电加热片。

本实施方式所述的加热电路包括第二模拟复用器、MOS管驱动器和MOS管，控制器输出的加热控制信号传输至MOS管驱动器，MOS管驱动器的输出信号为MOS管的输入信号，MOS管输出加热电压信号至加热矩阵式线缆。所述第二模拟复用器采用INTERSIL公司的型号为HS-508的模拟复用器，MOS管驱动器采用LINFINITY公司的集成达林顿管阵列SG2003，MOS管采用IR公司的型号为JANTXV2N6798的MOS管。

本实施方式所述的控制器为TI公司的型号为TMS320C6701的DSP(数字信号处理器)和ACTEL公司型号为A54X72A的FPGA组成。所述的电源模块为IR公司的DCDC模块。

具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统的采集控制方法，该方法由以下步骤实现：

控制箱中的电源模块上电工作，为其他部分供电，空间相机的主动温度采集控制系统开始工作，向控制器注入温度采集开始指令；

步骤一、控制器控制温度传感器矩阵采集温度信息；具体为：

控制器控制温度采集矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列导线输出温度传感器矩阵中第一行的阻值信息至第一模拟复用器，同时，信号调理电路将第一模拟复用器输出的第一行的阻值信息转化为温度模拟信号并通过AD转换器转换为温度数字信号；

步骤二、依次采集温度传感器矩阵中第二行至第m行的阻值信息，

步骤三、控制器根据采集的温度信息，判断所述温度信息是否满足温度热控指标要求，如果是，则返回执行步骤一；如果否，执行步骤四；

步骤四、控制器根据步骤三采集的温度信息，计算加热器矩阵中每个加热器的加热时间；

步骤五、控制器控制加热矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列输出至第二模拟复用器，所述控制器控制MOS管驱动器对加热器矩阵中的第一行加热器进行加热，所述加热时间按照步骤四中计算的加热时间而定；

步骤六、依次对加热器矩阵中第二行至第m行的加热器进行加热，实现对温度的采集控制。

所述控制器停止接收温度采集信号或控制器下电结束操作。

具体实施方式三、本实施方式为具体实施方式一所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统的实施例：本实施例以一个温度传感器矩阵的采集为例，说明温度采集电路的组成，结合图4，温度采集电路中的第一模拟复用器包括多片AMUX芯片，所述AMUX芯片为将X路信号每次选择其中一个单路信号进行输出。定义矩阵式温度采集线缆矩阵行线缆和列线缆数量分别为Y1和Y2，则将Y1/X之后取整数，然后将该整数+1即为连接至矩阵式温度采集线缆矩阵中行线缆的AMUX芯片数量；将Y2/X之后取整数，然后将该整数+1即为连接至矩阵式温度采集线缆矩阵列线缆的AMUX芯片数量。将矩阵式温度采集线缆矩阵行线缆依次连接至采集行线缆的AMUX芯片之上，将矩阵式温度采集线缆矩阵列线缆依次连接至采集列线缆的AMUX芯片之上。采集行线缆的AMUX芯片的输出汇集为单路导线AMUX行输出，采集列线缆的AMUX芯片的输出汇集为单路导线AMUX列输出，AMUX行输出和AMUX列输出分别连接至信号调理电路。

以下以13×7的温度传感器矩阵为例说明采集电路的线缆连接及采集方法。第一模拟复用器选择8输入单输出的AMUX芯片，依据上述算法，采集行线缆的AMUX芯片为2片，采集列线缆的AMUX芯片为1片，将矩阵式温度采集线缆矩阵行1～行8这8条线缆依次连接至第一片采集行线缆的AMUX芯片的第1至第8个输入端，将矩阵式温度采集线缆矩阵行9～行13这5条线缆依次连接至第一片采集行线缆的AMUX芯片的第1至第5个输入端，将矩阵式温度采集线缆矩阵列1～列7这7条线缆依次连接至采集列线缆的AMUX芯片的第1至第7个输入端。

控制器首先控制采集行线缆的第一片AMUX芯片将矩阵式温度采集线缆矩阵行1输出至AMUX行输出，然后控制采集列线缆的AMUX芯片依次将矩阵式温度采集线缆列1至列N1输出至AMUX列输出，同时，测温电路依次将第1行的热敏电阻阻值信息转化为温度模拟信号，在控制器的控制下，经由AD转换器转化为温度数字信号，从而完成温度传感器矩阵第1行的采集任务。然后，与上述方法相同，依次完成温度传感器矩阵第2行至第M1行的采集任务。

在本实施方式中，信号调理电路采用电阻分压模式，如图5所示。信号调理电路的一端与供电2电连接，一端与AMUX行输出电连接，分压电路输出温度模拟信号与AMUX行输出电连接，AMUX列输出与电源地电连接。如果测温电阻阻值为R1，AMUX行输出与AMUX列输出之间的电阻为R2，供电2的电压为U1，则温度模拟信号为U1×R1/(R1+R2)。

温度模拟信号传送至AD转换器，由AD转换器转换为温度数字信号送至控制器处理。

以一个加热器矩阵为例，说明加热电路的组成，如图6所示。第二模拟复用器主要包括多片AMUX芯片，MOS管和MOS管驱动器。AMUX芯片为将X路信号每次选择其中一个单路信号进行输出。定义矩阵式加热线缆矩阵行线缆和列线缆数量分别为Y1和Y2，则将Y1/X之后取整数，然后将该整数+1即为连接至矩阵式加热线缆行线缆的AMUX芯片数量；将Y2/X之后取整数，然后将该整数+1即为连接至矩阵式加热线缆矩阵列线缆的AMUX芯片数量。将矩阵式温度加热线缆行线缆依次连接至加热行线缆的AMUX芯片之上，将矩阵式加热线缆矩阵列线缆依次连接至加热列线缆的AMUX芯片之上。加热行线缆的AMUX芯片的输出汇集为单路导线加热行输出，加热列线缆的AMUX芯片的输出汇集为单路导线加热列输出，加热行输出和加热列输出分别连接至电源供电3和MOS管的漏极。

以下以13×7的加热矩阵为例说明加热电路的线缆连接及加热方法。第二模拟复用器选择8输入单输出的AMUX芯片，依据上述算法，加热行线缆的AMUX芯片为2片，加热列线缆的AMUX芯片为1片，将矩阵式加热线缆矩阵行1～行8这8条线缆依次连接至第一片加热行线缆的AMUX芯片的第1至第8个输入端，将矩阵式加热线缆矩阵中行9～行13这5条线缆依次连接至第一片加热行线缆的AMUX芯片的第1至第5个输入端，将矩阵式加热线缆列1～列7这7条线缆依次连接至加热列线缆的AMUX芯片的第1至第7个输入端。

控制器依据采集得到的温度信息，判断每一个加热片需要加热的时间。然后，控制器首先控制加热行线缆的第一片AMUX芯片将矩阵式加热线缆行1输出至加热行输出，然后控制加热列线缆的AMUX芯片依次将矩阵式加热线缆列1至列N1输出至加热列输出，同时，控制器通过加热控制信号控制MOS管驱动器，使得MOS管导通依次对加热器矩阵中第1行的加热片按照需要加热的时间进行加热，从而完成加热器矩阵第1行的加热任务。然后，与上述方法相同，依次完成加热器矩阵第2行至第M1行的加热任务。

控制器主要由DSP和FPGA组成，完成温度采集及加热控制。电源模块由多个DCDC(直流直流变换器)组成，分别为控制器、温度采集电路和加热电路提供电源信号。

Claims (5)

1.空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，包括温度采集电路、温度传感器、加热器、加热电路、控制器和电源模块，所述电源模块为上述模块供电，其特征是，还包括温度采集矩阵式线缆和加热矩阵式线缆；

所述温度传感器具有行出线端和列出线端，将所述温度传感器分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列温度传感器组成；

所述温度采集矩阵式线缆根据温度传感器的安装位置，分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列导线组成；

所述温度采集矩阵式线缆矩阵中的行导线分别与对应的温度传感器矩阵中的行出线端连接，所述温度采集矩阵式线缆矩阵中列导线分别与对应的温度传感器矩阵中的列出线端连接；

所述加热器具有行出线端和列出线端，将所述加热器分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列加热器组成；所述m和n均为大于等于2的正整数；

所述加热矩阵式线缆分为一个或多个矩阵，每个矩阵由m行和n列导线组成；

所述加热矩阵式线缆矩阵中行导线分别与对应加热器矩阵中行出线端连接，加热矩阵式线缆矩阵中列导线分别与对应加热器矩阵中列出线端连接；

所述温度采集电路包括与温度采集矩阵式线缆连接的第一模拟复用器，与第一模拟复用器连接的信号调理电路以及与信号调理电路连接的AD转换器，温度信息经信号调理电路放大和滤波后由AD转换器转换为温度数字信号；

所述加热电路包括第二模拟复用器、MOS管驱动器和MOS管，控制器输出的加热控制信号传输至MOS管驱动器，所述MOS管驱动器驱动MOS管输出加热电压信号至加热矩阵式线缆；

所述温度传感器实时采集空间相机相应测点的温度信息，并通过温度采集矩阵式线缆传将所述温度信息传送至温度采集电路，所述温度采集电路将温度信息转换为温度数字信号传送至控制器，所述控制器输出加热控制信号发送至加热电路，所述加热控制电路将将加热电压信号通过加热矩阵式线缆传送至加热器，所述加热器对空间相机加热；

空间相机矩阵式主动温度采集控制方法，该控制方法由以下步骤实现：向控制器注入温度采集开始指令；

步骤一、控制器控制温度传感器矩阵采集温度信息；

具体为：

控制器控制温度采集矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列导线输出温度传感器矩阵中第一行的阻值信息至第一模拟复用器，信号调理电路将第一模拟复用器输出的第一行的阻值信息转化为温度模拟信号并通过AD转换器转换为温度数字信号；

步骤二、依次采集温度传感器矩阵中第二行至第m行的阻值信息，

步骤三、控制器根据采集的温度信息，判断所述温度信息是否满足温度热控指标要求，如果是，则返回执行步骤一；如果否，执行步骤四；

步骤四、控制器根据步骤三采集的温度信息，计算加热器矩阵中每个加热器的加热时间；

步骤五、控制器控制加热矩阵式线缆矩阵中第一行第一列至第1n列输出至第二模拟复用器，所述控制器控制MOS管驱动器对加热器矩阵中的第一行加热器进行加热，所述加热时间按照步骤四中计算的加热时间而定；

步骤六、依次对加热器矩阵中第二行至第m行的加热器进行加热，实现对温度的采集控制。

2.根据权利要求1所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，其特征在于，所述信号调理电路包括分压电路、放大电路和滤波电路，所述分压电路的输出信号经放大电路放大后由滤波电路进行滤波处理后传送至AD转换器转换，所述AD转换器输出数字信号至控制器。

3.根据权利要求2所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，其特征在于，所述滤波电路为电容。

4.根据权利要求1所述的空间相机矩阵式主动温度采集控制系统，其特征在于，所述温度传感器为热敏电阻，加热器为柔性薄膜型电加热片。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括向控制器注入结束指令，所述控制器停止接收温度采集信号。