CN109613865B - 一种星载电源系统控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与1553B总线相连的星载电源系统控制装置，包括CPU、FPGA、数据缓存芯片、供电模块；CPU接收1553B总线上发送的遥控指令包，并解析遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入FPGA对应的地址，FPGA执行CPU写入的指令内容；CPU还接收1553B总线上发送的遥测请求，控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并将遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往1553B总线；以及，CPU控制FPGA回采遥测数据，FPGA将回采的遥测数据存入数据缓存芯片；另外供电模块为CPU、FPGA提供工作电源。该控制装置能够实现地面操作设备与星载电源系统的数据交互的同时，节省CPU的操作时间，提高工作效率。

Description

一种星载电源系统控制装置

技术领域

本发明属于航天测控电源控制设备设计领域，尤其涉及一种星载电源系统控制装置。

背景技术

在星载电源控制类电子产品中，各产品的研制以型号定制为主，将单CPU作为控制和处理核心，CPU周边的译码电路、选通电路均由多种中小规模的集成电路搭建而成；在地面设备与星载电源系统进行数据交互时，或在对蓄电池进行管理时，CPU既需要完成译码选通等逻辑功能，又要对数据进行实时处理，同时接口种类也多种多样，使得CPU处理各类逻辑功能时占用了大量的操作周期，实际的数据处理能力和资源受到了较大的限制。对于电源系统日益增长的遥测遥控路数和电源控制流程的复杂度提升，单CPU模式下的处理资源已远远满足不了目前的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种星载电源系统控制装置，能够实现地面操作设备与星载电源系统的数据交互的同时，节省CPU的操作时间和资源使用率，提高工作效率。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种星载电源系统控制装置，所述控制装置与1553B总线相连，包括CPU、FPGA、数据缓存芯片、供电模块；

所述CPU被配置为接收所述1553B总线上发送的遥控指令包，并解析所述遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入所述FPGA对应的地址；所述FPGA被配置为执行所述CPU写入的指令内容；

所述CPU还被配置为接收所述1553B总线上发送的遥测请求，控制所述FPGA读取所述数据缓存芯片中的所述星载电源系统的遥测数据，并将所述遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往所述1553B总线；

所述CPU还被配置为控制所述FPGA回采遥测数据，所述FPGA被配置为将回采的遥测数据存入所述数据缓存芯片；

所述供电模块为所述CPU、所述FPGA提供工作电源。

根据本发明提供的实施例，所述CPU还被配置为响应于所述1553B总线上发送的自主控制指令，所述CPU控制所述FPGA读取所述数据缓存芯片中的所述星载电源系统的遥测数据，并对所述遥测数据进行处理；

所述CPU被配置为根据所述遥测数据处理的结果以及根据蓄电池充电条件或蓄电池放电条件或蓄电池单体均衡条件或电量计计算条件向所述FPGA写入指令数据，所述FPGA对所述指令数据译码后执行发送。

根据本发明提供的实施例，所述CPU还被配置为预设时间间隔向所述FPGA中的固定地址进行一次写操作；

所述FPGA被配置为若没有在预设的时间范围内接收到所述CPU向所述固定地址的写操作，则所述FPGA向所述CPU发送复位指令。

根据本发明提供的实施例，该星载电源系统控制装置还包括指令驱动芯片、电平转换芯片以及串口通信芯片，所述CPU解析出的指令类型包括OC指令、片选指令以及同步串口指令；

所述FPGA通过所述指令驱动芯片发送OC指令；

所述FPGA通过所述电平转换芯片发送片选指令；

所述FPGA通过所述串口芯片发送同步串口指令。

根据本发明提供的实施例，该星载电源系统控制装置还包括A/D转换芯片；

所述A/D转换芯片和所述FPGA电连接，所述A/D转换芯片被配置为对所述星载电源系统输入的模拟量遥测数据进行模数转换，所述FPGA还被配置为将经模数转换后的遥测数据存入所述数据缓存芯片；

所述串口通信芯片和所述FPGA电连接，所述串口通信芯片被配置为接收外部均衡器输入的数字量遥测数据，所述FPGA还被配置为将所述数字量遥测数据存入所述数据缓存芯片。本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明的一实施例中的CPU被配置为接收1553B总线上发送的遥控指令包，并解析遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入FPGA对应的地址；CPU还被配置为接收1553B总线上发送的遥测请求，控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并将遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往1553B总线；以及CPU还被配置为控制FPGA回采遥测数据。FPGA被配置为执行CPU写入的指令内容，FPGA被配置为将回采的遥测数据存入数据缓存芯片。供电模块为CPU、FPGA提供工作电源。该控制装置能够实现地面操作设备与星载电源系统的数据交互的同时，节省CPU的操作时间，提高工作效率。

2)本发明的一实施例中的CPU响应于1553B总线上发送的自主控制指令，CPU控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并对遥测数据进行处理，另外，CPU根据遥测数据处理的结果以及根据蓄电池充电条件或蓄电池放电条件或蓄电池单体均衡条件或电量计计算条件向FPGA写入指令数据，FPGA对指令数据译码后执行发送。能够实现CPU对电源系统进行自主管理，能有效控制和保护星载蓄电池。

3)本发明的一实施例中的FPGA若没有在预设的时间范围内接收到CPU向FPGA中的固定地址的写操作，则FPGA向CPU发送复位指令。能够实现看门狗监测，对CPU的状态进行监测，保护CPU的正常运行。

4)本发明的一实施例中的CPU若需更换应用程序，无需将控制装置上的CPU拆下重新烧录，可以直接使用外部接插件通过串口加载程序至CPU内部，断电后再次加电即可运行。

附图说明

图1为本发明的一种星载电源系统控制装置的硬件组成示意图；

图2为本发明一实施例中的控制模块FPGA的功能框图；

图3为本发明一实施例中的蓄电池充电保护控制流程图；

图4为本发明一实施例中的蓄电池均衡控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种星载电源系统控制装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1与图2，在一个实施例中，一种与1553B总线相连的星载电源系统控制装置，包括CPU、FPGA、数据缓存芯片、供电模块；CPU被配置为接收1553B总线上发送的遥控指令包，并解析遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入FPGA对应的地址；FPGA被配置为执行CPU写入的指令内容；CPU还被配置为接收1553B总线上发送的遥测请求，控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并将遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往1553B总线；CPU还被配置为控制FPGA回采遥测数据，FPGA被配置为将回采的遥测数据存入数据缓存芯片；供电模块为CPU、FPGA提供工作电源。优选地，本实施例中的供电模块采用DC/DC(Direct Current，直流电源)芯片，当然，其他实施例中，供电模块选用其他能为控制模块提供二次电源的模块，也属于本发明的保护范围。

可以理解，本实施例中的CPU被配置为接收1553B总线上发送的遥控指令包，并解析遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入FPGA对应的地址；CPU还被配置为接收1553B总线上发送的遥测请求，控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并将遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往1553B总线；以及CPU还被配置为控制FPGA回采遥测数据。FPGA被配置为执行CPU写入的指令内容，FPGA被配置为将回采的遥测数据存入数据缓存芯片。供电模块为CPU、FPGA提供工作电源。该控制装置能够实现地面操作设备与星载电源系统的数据交互的同时，节省CPU的操作时间，提高工作效率。

另外，CPU还被配置为响应于1553B总线上发送的自主控制指令，CPU控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并对遥测数据进行处理；CPU被配置为根据遥测数据处理的结果以及根据蓄电池充电条件或蓄电池放电条件或蓄电池单体均衡条件或电量计计算条件向FPGA写入指令数据，FPGA对指令数据译码后执行发送。

本实施例中的CPU响应于1553B总线上发送的自主控制指令，CPU控制FPGA读取数据缓存芯片中的星载电源系统的遥测数据，并对遥测数据进行处理，另外，CPU根据遥测数据处理的结果以及根据蓄电池充电条件或蓄电池放电条件或蓄电池单体均衡条件或电量计计算条件向FPGA写入指令数据，FPGA对指令数据译码后执行发送。能够实现能够实现CPU对电源系统进行自主管理，能有效控制和保护星载蓄电池。

CPU还被配置为预设时间间隔向FPGA中的固定地址进行一次写操作；FPGA被配置为若没有在预设的时间范围内接收到CPU向固定地址的写操作，则FPGA向CPU发送复位指令。当需要在系统编程加载时，由终端设备发起程序加载请求，FPGA响应该请求后将看门狗监测的复位输出禁止，随后CPU会自动与加载终端建立关联，通过串口加载程序至CPU内部，断电后再次加电即可运行，此时FPGA恢复初始化设置，看门狗监测功能恢复。其中，发送复位指令的时间间隔，由CPU在写入数据时规定。

CPU解析出的遥控指令包中的指令类型包括OC指令、片选指令以及同步串口指令。该控制装置包括指令驱动芯片、电平转换芯片、串口通信芯片以及A/D转换芯片；FPGA通过指令驱动芯片发送OC指令，FPGA通过电平转换芯片发送片选指令，以及FPGA通过串口芯片发送同步串口指令。A/D转换芯片和FPGA电连接，A/D转换芯片被配置为对星载电源系统输入的模拟量遥测数据进行模数转换，FPGA还被配置为将经模数转换后的遥测数据存入数据缓存芯片；串口通信芯片和FPGA电连接，串口通信芯片也被配置为接收外部均衡器输入的数字量遥测数据，FPGA还被配置为将数字量遥测数据存入数据缓存芯片。

进一步地，本实施例中，FPGA使用了三个地址，用以存放CPU写入的指令数据。每次CPU写入指令数据后，FPGA根据数据所写入的地址和指令内容来实施具体指令的发送，指令种类分别为：

1)FPGA输出选通电平控制所述指令驱动芯片发送OC指令；

2)FPGA输出选通电平通过所述电平转换芯片发送片选指令；

3)FPGA输出时钟、门控、数据通过所述串口芯片发送同步串口指令。

继续参看图3与图4，图3为本实施例的蓄电池充电保护控制流程，目的是CPU通过自主调节蓄电池组充电限压曲线，保证蓄电池组所有单体电压不大于单体电压上限保护值，避免蓄电池单体过充。

本实施例中，当需要进行充电保护控制流程时，星务软件会通过1553B总线发送一条“蓄电池单体保护充电控制使能”指令，CPU接收并解析该条指令后，便可在充电过程中对蓄电池单体进行自主控制，控制的周期为2s。在充电过程中，FPGA周期性地通过串口从均衡器接收蓄电池的各电压值，同时从AD处采集放电电流、蓄电池组电压等模拟量，CPU根据FPGA收集到的遥测电压数据判断，当满足任意一组蓄电池组的充电电流I<4A且持续28秒，充电开始，CPU进入充电控制流程：先筛选出单体电压在3.5V～4.5V范围的电池单体，并连续检测蓄电池单体电压变化情况；当检测到单体电压达到单体电压上限保护值时，CPU控制FPGA发送充电限压曲线切换指令，输出片选信号切换蓄电池组充电限压曲线至低一档的位置，实现了对蓄电池单体的保护，同时更新健康字，记录当前电池单体保护充电自主控制状态；单体电压的上限保护值可通过参数注入进行修改，以适应电池不同模式的使用方式。

图4为本发明一实施例的蓄电池均衡控制流程，FPGA从串口接收当前蓄电池组所有单体电压、从AD处采集“太阳电池阵电流”、“平台太阳电池阵电流1”、“平台太阳电池阵电流2”等信号，并存储在数据缓存芯片中；星务软件发指令将均衡控制使能状态切换至“均衡控制使能允许”。随后CPU对单体电压进行处理：CPU在7个当前蓄电池单体电压中剔除超出范围的值(蓄电池单体正常电压范围：3V～4.5V)，然后将未剔除的电压值取平均值，每个电压与平均值比较，将与平均值误差大于等于0.2V的单体电压剔出；求取未剔除单体电压中最小单体电压Umin。

本实施例中，CPU需预先判断蓄电池各单体的均衡状态，若均为“0”，则退出此次均衡判断，若至少有一单体均衡状态为“1”，则进行以下操作：

1)FPGA通过串口发送给均衡器均衡关指令；

2)CPU置平台蓄电池组A单体1～7均衡状态遥测为“0”；

3)CPU将均衡时间、均衡计时位置零；

若均衡功能状态为“1”时，进入均衡判断与操作：

a)CPU判断卫星光照阴影状态，如果当前平台太阳阵电流1、平台太阳阵电流2和太阳阵电流三个遥测中至少有两个≤3.00A则进行c)操作，如果不满足则进行b)操作。

b)CPU判断均衡时间是否大于2小时。如果大于2小时，则进行以下操作：

1)FPGA通过串口发送给均衡器均衡关指令；

2)CPU置平台蓄电池组A单体1～7均衡状态遥测为“0”；

3)CPU将均衡时间、均衡计时位置零；退出本次均衡判断。

如果均衡时间小于等于2小时，则进行d)操作。

d)CPU对处于正常电压范围内且处于均衡断开状态的蓄电池组各单体依次进行均衡接通判断。

本实施例中，均衡接通条件为：在2个均衡控制运行周期内满足以下两个条件中的任意一个。

条件一：在2个均衡控制运行周期内满足Ui-Umin≥U平台均衡(均衡阈值可以通过1553B总线注数修改，初始值为80mV，Ui为同一单体)；

条件二：在2个均衡控制运行周期内满足Ui≥U单体设定(Ui为同一单体)。

若该单体满足均衡接通条件，则进行以下操作：

1)FPGA通过串口发送该单体均衡开指令；

2)CPU将该单体均衡遥测状态位置1；

3)CPU均衡计时位置1；

4)CPU进行均衡时间累加判断操作。

如果该单体不满足均衡接通条件，则对下一单体进行均衡接通判断，对所有在正常电压范围内的单体判断完成后，进行操作均衡时间累加判断。

对均衡计时位判断，如果为“1”则均衡时间累加，退出本次均衡控制程序；如果均衡计时位为“0”，直接退出本次均衡控制程序。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种星载电源系统控制装置，所述控制装置与1553B总线相连，所述控制装置适应多种接口、多种类型数据的收发，多种类型数据包括电平信号、OC信号、1553B总线数据和RS422串口数据，其特征在于，包括CPU、FPGA、数据缓存芯片、供电模块；

所述CPU被配置为接收所述1553B总线上发送的遥控指令包，并解析所述遥控指令包，根据指令类型将解析出的指令内容写入所述FPGA对应的地址；所述FPGA被配置为执行所述CPU写入的指令内容；

所述CPU还被配置为接收所述1553B总线上发送的遥测请求，控制所述FPGA读取所述数据缓存芯片中的所述星载电源系统的遥测数据，并将所述遥测数据根据包格式和遥测数据下传频率重新组包，送往所述1553B总线；

所述CPU还被配置为控制所述FPGA回采遥测数据，所述FPGA被配置为将回采的遥测数据存入所述数据缓存芯片；

所述供电模块为所述CPU、所述FPGA提供工作电源；

所述CPU还被配置为响应于所述1553B总线上发送的自主控制指令，所述CPU控制所述FPGA读取所述数据缓存芯片中的所述星载电源系统的遥测数据，并对所述遥测数据进行处理；

所述CPU被配置为根据所述遥测数据处理的结果以及根据蓄电池充电条件或蓄电池放电条件或蓄电池单体均衡条件或电量计计算条件向所述FPGA写入指令数据，所述FPGA对所述指令数据译码后执行发送；

所述FPGA用于接收蓄电池单体电压数据和蓄电池组电压数据；所述CPU用于对所述蓄电池单体电压数据和所述蓄电池组电压数据依次通过剔除、比较、选择获得计算结果，并通过控制所述FPGA发送均衡控制指令，对蓄电池单体进行均衡控制，均衡阈值可通过1553B接口进行注数更换；

所述CPU用于判断所述蓄电池单体的均衡状态，若均为“0”，则退出均衡判断；

若至少有一单体均衡状态为“1”，

则所述FPGA通过串口发送给外部均衡器均衡关指令;所述CPU置平台蓄电池组A单体1～7为“0”；所述CPU将均衡时间、均衡计时位置零；

若均衡功能状态为“1”时，

则所述 CPU用于判断卫星光照阴影状态，判断是否至少有两个当前平台太阳阵电流1、平台太阳阵电流2和太阳阵电流的遥测电流≤3.00A，

若不满足则所述CPU 用于判断均衡时间是否大于2小时；

若均衡时间大于2小时，则所述FPGA通过串口发送给外部均衡器均衡关指令;所述CPU置所述平台蓄电池组A单体1～7均衡状态遥测为“0”；所述CPU用于将均衡时间、均衡计时位置零，退出均衡判断；

若均衡时间小于等于2小时，则所述 CPU用于对处于正常电压范围内且处于均衡断开状态的所述蓄电池组各单体依次进行均衡接通判断；

所述均衡接通的条件包括在2个均衡控制运行周期内满足Ui-Umin≥U平台均衡或在2个均衡控制运行周期内满足Ui≥U单体设定，

若所述蓄电池组各单体的一单体满足所述均衡接通的条件，则所述FPGA用于通过串口向所述单体发送均衡开指令；所述CPU用于将所述单体的均衡遥测状态位置1；所述CPU用于将均衡计时位置1；所述CPU用于进行均衡时间累加判断，

如果所述单体不满足均衡接通条件，则所述CPU用于对下一单体进行均衡接通判断，对所有在正常电压范围内的单体进行判断，进行操作均衡时间累加判断；

对均衡计时位判断，若为“1”则均衡时间累加，退出本次均衡控制；若均衡计时位为“0”，直接退出本次均衡控制。

2.如权利要求1所述的星载电源系统控制装置，其特征在于，所述CPU还被配置为预设时间间隔向所述FPGA中的固定地址进行一次写操作；

所述FPGA被配置为若没有在预设的时间范围内接收到所述CPU向所述固定地址的写操作，则所述FPGA向所述CPU发送复位指令。

3.如权利要求1所述的星载电源系统控制装置，其特征在于，还包括指令驱动芯片、电平转换芯片以及串口通信芯片，所述CPU解析出的指令类型包括OC指令、片选指令以及同步串口指令；

所述FPGA通过所述指令驱动芯片发送OC指令；

所述FPGA通过所述电平转换芯片发送片选指令；

所述FPGA通过所述串口芯片发送同步串口指令。

4.如权利要求3所述的星载电源系统控制装置，其特征在于，还包括A/D转换芯片；

所述A/D转换芯片和所述FPGA电连接，所述A/D转换芯片被配置为对所述星载电源系统输入的模拟量遥测数据进行模数转换，所述FPGA还被配置为将经模数转换后的遥测数据存入所述数据缓存芯片；

所述串口通信芯片和所述FPGA电连接，所述串口通信芯片被配置为接收外部均衡器输入的数字量遥测数据，所述FPGA还被配置为将所述数字量遥测数据存入所述数据缓存芯片。

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