CN109740236A - 通用型供配电测试系统的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用型供配电测试系统的设计方法，包括：S1、对所述系统构架进行通用化设计；S2、对所述系统的硬件电路进行信号数字化设计；S3、对所述系统中的多个功能模块进行独立化设计；S4、对所述系统进行软件可配置化设计。本发明的通用型供配电测试系统的设计方法可以满足多型号间通用、高度数字化、故障隔离同时可以快速配置等。

Description

通用型供配电测试系统的设计方法

技术领域

本发明属于航天器电性能测试技术领域，尤其涉及一种通用型供配电测试系统的设计方法。

背景技术

随着载人航天三期工程各型号综合测试工作的逐步开展，测试需要配套的地面测试系统的规模需求不断扩大，各种自动化软件的投入使用也对地面测试设备的数字化能力要求不断提高。而二期供配电设备都是根据型号的需求进行定制的，专用性较强，无法适应新的航天器型号测试任务。这种模式下的测试系统架构有以下缺陷：

1、受限于设备功能、性能和设备接口的不一致性，型号专用设备在型号全周期测试使用后就难以在下一个型号直接使用，并且改造难度大、改造成本高，导致新型号的地面设备通常需要重新研制，如此会造成大量的资源和时间成本浪费。

2、为了推动载人航天工程综合测试智能化、自动化进程，包含自动化测试、自动判读等软件不断被投入使用，而软件执行的有效性需要大量的数据支撑，因此二期供配电地面测试系统的低数字化程度直接限制了智能化测试模式推进的程度。

3、载人二期型号的供配电测试系统中各设备为串行关系，每台设备负责一个数据处理环节，若其中一个环节出现了故障，则整个测试西永都无法运行，并且设备的设计均是以硬线通路为基本架构的，设备功能在结构上为一体化设计，无法从设备内部快速有效的隔离故障点。因此在设备配套时只能针对每台设备都进行整机备份，设备规模庞大且故障处置响应慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用型供配电测试系统的设计方法，满足多型号间通用、高度数字化、可以故障隔离的需求。

为实现上述目的，本发明提供一种通用型供配电测试系统的设计方法，包括：

S1、对所述系统构架进行通用化设计；

S2、对所述系统的硬件电路进行信号数字化设计；

S3、对所述系统中的多个功能模块进行独立化设计；

S4、对所述系统进行软件可配置化设计。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S1中，为所述系统构架设置数据库服务器和多台测试设备，为所述系统构架中的每一台设备设置TCP/IP通信接口，多台测试设备通过交换机由所述数据库服务器统一管理且并网运行。

根据本发明的一个方面，所述测试设备配置有通用机箱和多个功能模块，所述通用机箱包括嵌入式计算机和母板，多个所述功能模块以CPCI子母板插接形式与所述母板连接；

所述母板负责完成在所述嵌入式计算机和多个所述功能模块之间的信号交互。

根据本发明的一个方面，所述嵌入式计算机还连接有前端面板，所述前端面板上设置有前端软件，所述系统的硬件电路采用嵌入式计算机-单片机-FPGA结合的形式：

所述嵌入式计算机负责运行所述前端软件，与用户交互；

所述单片机位于所述母板上，负责处理所述嵌入式计算机的消息，并管理多个所述功能模块的地址；

所述多个功能模块赋予一个硬件地址，通过FPGA管路各条电路通路。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S3中，对多个所述功能模块进行独立化设计时，多个所述功能模块的功能、性能以及元器件选型均按照载人三期各型号的最大需求进行设计。

根据本发明的一个方面，所述多个所述功能模块包括供电控制模块、指令控制模块和有线信号采集模块。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S4中，使用配置文件对硬件地址及信号数据进行管理。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的通用型供配电测试系统构架示意图；

图2示意性表示根据本发明的测试设备通用化构架示图；

图3示意性表示根据本发明的配电卡功能示意图；

图4示意性表示电磁继电器板卡电路示意图；

图5示意性表示磁保持继电器板卡电路示意图；

图6示意性表示模拟量测试板卡电路示意图；

图7示意性表示状态量采集板卡电路示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

结合图1和图2所示，本发明的通用型供配电测试系统的设计方法包括：S1、对所述系统构架进行通用化设计；S2、对所述系统的硬件电路进行信号数字化设计；S3、对所述系统中的多个功能模块进行独立化设计；S4、对所述系统进行软件可配置化设计。

具体来说，系统构架设置有数据库服务器和多台测试设备，在步骤S1是进行系统构架的通用化设计，具体来说，系统构架为每一个台设备设置TCP/IP通信接口，多台测试设备通过交换机由所述数据库服务器统一管理且并网运行。

测试设备构架包括设有通过机箱和多个功能模块，通过机箱包括嵌入式计算机和母板，说个功能模块以CPCI子母板插接形式与母板连接，以此作为测试设备的基本构架，母板负责完成在嵌入式计算机和功能模块之间信号交互。

结合图1、图2和图3所示，嵌入式计算机还连接有前端面板，所述前端面板上设有前端软件，在步骤S2中，硬件电路采用嵌入式计算机-单片机-FPGA结合的方式，具体来说，嵌入式计算机负责运行前端软件，与用户进行交互。单片机位于模板上，负责处理嵌入式计算机的消息，并管理各个功能模块的地址。每一个功能模块赋予一个硬件地址，并使用FPGA管理板卡上的各条电路通路。

在步骤S3中，对多个所述功能模块进行独立化设计时，多个所述功能模块的功能、性能以及元器件选型均按照载人三期各型号的最大需求进行设计。使其可适用于所有后续型号测试需求。

根据本发明的构思，多个功能模块包括供电控制模块、指令控制模块和有线信号采集模块。

在所述步骤S4中，使用配置文件对硬件地址及信号数据进行管理。从如此可以可实现：不同的信号通路数量需求可通过插接不同数量的同类板卡实现。信号的数据系数或触发阈值可通过配置文件直接修改后生效。

以下结合附图对本发明的通用型供配电测试系统的设计方法进行详细说明：

根据载人三期各型号的测试需求，地面供配电测试系统需要提供地面稳压供电、有线指令开出及有线信号采集等功能，除地面稳压供电使用通用电源设备外，其他功能均为本发明需要解决的通用化设计目标。如图1和图2所示，本架构模型中，测试设备之间为并行模式工作，单台测试设备出现故障，不会影响其他测试设备功能，若运行服务器程序的设备(数据库服务器)出现故障，将服务器程序在另一台设备上启动并更改连接配置后重连即可完成故障处置。

之后对不同的测试设备进行设计，即进行功能板卡设计：

对于供电控制模块的设计。配电模块是对地面稳压电源向载人航天器上的供电通路进行控制的功能板卡，替代二期集中供电接口机箱的功能。基本原理示意如图3所示。根据载人航天器各型号母线额定电压和功率情况，最大母线额定电压为100V，当功率为2000W时，地面端输出电压约为110V。因此功率继电器选型时选取额定负载达到最大包络的规格型号的磁保持继电器，使用继电器的辅助触点实现继电器状态采集功能和对稳压电源的远端电压采样反馈。

对于指令模块的设计。通常，载人航天器地面有线指令包含如下表中的多种形式：

表1

根据表1中指令类型，指令模块由磁保持继电器板卡和电磁继电器板卡两类板卡构成，原理如图4、图5所示。其中，磁保持继电器板卡的继电器状态可由辅助触点引出线连接FPGA进行采集，最终发送给嵌入式计算机，在软件界面进行显示。板卡上控制电路前端均设计跳线电路，通过改变板卡上的跳线位置可以选择指令通路加载地面供电或直接短接。通过调试前使用跳线器将跳线区域的AB短接或BC短接，可实现有源/无源指令开出功能。

对于有线信号采集模块的设计。由于载人航天器下行有线信号包含模拟量和状态量两类，测量模块中对应设计了模拟量测量板卡、状态量采集板卡两类板卡。电路原理如图6、图7所示。模拟量测量板卡电路将器上电压信号经过一个限流电阻后引入高精度AD，将模拟量信号转换为数字信号通过FPGA将数据发送给嵌入式计算机。模拟量信号通道间隔离，器地间隔离。状态量采集板卡采用光耦电路实现电压信号向数字状态量的转换。采集前将信号经过一个跳线器，可根据下行信号是否有源，跳线选择是否接入地面电压。其中，火工状态量采集方案设计为将所有火工通路引入状态量板卡采集电路进行采集，将采集到的所有状态发送给计算机软件，通过软件进行逻辑判断后显示。此设计不仅完善了火工信号的测试覆盖能力，还解决了各型号火工信号多路合一状态不一致导致设备或板卡不通用的问题。

此外，还需要对接口实际。为了有效利用设备后面板空间，功能板卡后使用紧凑型(J36型)电连接器接口设计。而为了使系统级测试和发射场真实状态一致，载人航天器与地面供配电测试系统之间的连接必须使用Y2系列连接器的通用电缆实现。因此在设备与通用电缆之间设计了一套设备间专用电缆产品，将J36接口转换为Y2接口。

同时，根据不同型号对于信号通路数量以及信号处理要求的不同，将在每个型号的设备间专用电缆上设计相应数量的通路，并对信号进行重新分类汇集、实现特殊信号的分线及跳线等功能。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通用型供配电测试系统的设计方法，包括：

S1、对所述系统构架进行通用化设计；

S2、对所述系统的硬件电路进行信号数字化设计；

S3、对所述系统中的多个功能模块进行独立化设计；

S4、对所述系统进行软件可配置化设计。

2.根据权利要求1所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，在所述步骤S1中，为所述系统构架设置数据库服务器和多台测试设备，为所述系统构架中的每一台设备设置TCP/IP通信接口，多台测试设备通过交换机由所述数据库服务器统一管理且并网运行。

3.根据权利要求2所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，所述测试设备配置有通用机箱和多个功能模块，所述通用机箱包括嵌入式计算机和母板，多个所述功能模块以CPCI子母板插接形式与所述母板连接；

所述母板负责完成在所述嵌入式计算机和多个所述功能模块之间的信号交互。

4.根据权利要求3所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，所述嵌入式计算机还连接有前端面板，所述前端面板上设置有前端软件，所述系统的硬件电路采用嵌入式计算机-单片机-FPGA结合的形式：

所述嵌入式计算机负责运行所述前端软件，与用户交互；

所述单片机位于所述母板上，负责处理所述嵌入式计算机的消息，并管理多个所述功能模块的地址；

所述多个功能模块赋予一个硬件地址，通过FPGA管路各条电路通路。

5.根据权利要求1所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对多个所述功能模块进行独立化设计时，多个所述功能模块的功能、性能以及元器件选型均按照载人三期各型号的最大需求进行设计。

6.根据权利要求5所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，所述多个所述功能模块包括供电控制模块、指令控制模块和有线信号采集模块。

7.根据权利要求1所述的通用型供配电测试系统的设计方法，其特征在于，在所述步骤S4中使用配置文件对硬件地址及信号数据进行管理。