CN110690743A - 适用于立方星的分离自上电装置及上电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于立方星的分离自上电装置，包括采集控制系统、开关电路以及电源电路；采集控制系统，用于采集、处理气压值，并根据气压值输出使能信号以控制开关电路工作；开关电路，用于控制电源电路为立方星上电；电源电路，用于为立方星供电。本发明利用敏感气压变化判别卫星在轨状态，实现卫星分离自上电，相较于分离开关式的自上电装置，可靠性强，且气压计采用双备份设计，防止传感器出现故障而引起卫星无法上电的问题，增强了装置的鲁棒性。整体装置简单有效，同时功耗小，能有效节约星上能量。

Description

适用于立方星的分离自上电装置及上电方法
技术领域
本发明涉及立方星控制技术领域，特别涉及一种适用于立方星的分离自上电装置及上电方法。
背景技术
近年来，基于立方星开发周期短，制造成本低，研发费用少等优势，越来越多的科研院所和商业公司将注意力转移到立方星上。但是立方星上蓄电池容量不大，为了延长立方星寿命，卫星发射过程中不能处于工作状态，当卫星与运载分离入轨之后才可上电。
现有的分离自上电装置一般都是分离开关式的，当卫星从分离机构弹出后，分离开关打开，卫星实现自上电，但是分离开关可靠性不足，存在分离开关失效或者卫星误上电的可能。此外，目前现有教育立方星均为手动上电，这样的卫星上电方式，并不能真实模拟卫星在太空中与分离装置分开后卫星自动上电的真实情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于立方星的分离自上电的装置及方法，保护蓄电池的同时解决分离开关失效或者卫星误上电的问题，且针对教育立方星，能使其更真实的模拟卫星在太空中的上电情况。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于立方星的分离自上电装置，包括采集控制系统、开关电路以及电源电路；
采集控制系统，用于采集、处理气压值，并根据气压值输出使能信号以控制开关电路工作；
开关电路，用于控制电源电路为立方星上电；
电源电路，用于为立方星供电。
一种适用于立方星的分离自上电方法，包括以下步骤：
记气压变化值满足阈值条件的次数为N，N的初始值为0；
步骤1、由采集控制系统读取气压值P1；
步骤2、延迟时长t后，由采集控制系统读取气压值P2；
步骤3、计算P1与P2差值的绝对值ξ，并判断ξ与预设的气压变化阈值e的大小关系，若ξ＜e，则延迟时长t后，由采集控制系统读取新的气压值并记为气压值P2，将原来的气压值P2记为气压值P1，且令N＝0，之后重复本步骤；反之，令N递增1，并将气压值P2记为气压值P1，执行步骤4；
步骤4、判断N与次数阈值n的关系，若N大于等于n，则采集控制系统输出使能信号使开关电路工作，母线电压通过电源电路的输入端供给电源电路为立方星上电，且采集控制系统待机，开关电路的使能信号通过电源电路的输出端提供，在此过程中若立方星意外断电，返回执行步骤1，重新为立方星上电；反之返回步骤2。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)装置结构简单且有效；2)采用低功耗芯片等器件，整体功耗小，能有效节约星上能量；3)利用敏感气压变化判别卫星在轨状态，实现卫星分离自上电，相较于分离开关式的自上电装置，可靠性强；4)气压计采用双备份设计，防止传感器出现故障而引起卫星无法上电的问题，增强装置鲁棒性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明适用于立方星的分离自上电装置的总体结构图。
图2为本发明分离自上电装置的电路示意图。
图3为本发明分离自上电流程图。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明提出了一种适用于立方星的分离自上电装置如图1所示，包括采集控制系统、开关电路以及电源电路；
采集控制系统，用于采集、处理气压值，并根据气压值输出使能信号以控制开关电路工作；
开关电路，用于控制电源电路为立方星上电；
电源电路，用于为立方星供电。
进一步地，在其中一个实施例中，上述采集控制系统包括单片机以及与单片机连接的两个气压计，其中两个气压计为主备关系，当主气压计工作异常是由备气压计继续工作。
示例性地，在其中一个实施例中，单片机具体采用低功耗STM32L151C8T6芯片，气压计具体采用BMP180。
示例性地，在其中一个实施例中，上述气压计工作异常包括：气压计断电或者损坏、气压计读数超出气压正常范围、气压计读数发生跳变等等。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，上述开关电路包括第一P通道MOS 管Q1、第二P通道MOS管Q2、N通道MOS管Q3、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2；所述两个P通道 MOS管的S极均连接蓄电池的正极即母线电压，两个P通道MOS管的G极均连接N 通道MOS管Q3的D极，两个P通道MOS管的D极均连接电源电路的输入端以及第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地；第二P通道MOS管Q2的S极和G极之间连接第一电阻R1；N通道MOS管Q3的G极与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2的另一端与采集控制系统的输出端、第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与第二电容C2的一端、二极管 D1的负极相连，第二电容C2的另一端接地，二极管D1的正极与电源电路的3V3输出端相连。
示例性地，在其中一个实施例中，上述第一电阻R1、第三电阻R3大小均为100KΩ。
第二电阻R2、第四电阻R4大小均为10KΩ。
第一电容C1、第二电容C2均为陶瓷电容。
第一电容C1、第二电容C2大小均为47uF。
在一个实施例中，本发明提出了一种适用于立方星的分离自上电方法如图3所示，包括以下步骤：
记气压变化值满足阈值条件的次数为N，N的初始值为0；
步骤1、由采集控制系统读取气压值P1；
步骤2、延迟时长t后，由采集控制系统读取气压值P2；
步骤3、计算P1与P2差值的绝对值ξ，并判断ξ与预设的气压变化阈值e的大小关系，若ξ＜e，则延迟时长t后，由采集控制系统读取新的气压值并记为气压值P2，将原来的气压值P2记为气压值P1，且令N＝0，之后重复本步骤；反之，令N递增1，并将气压值P2记为气压值P1，执行步骤4；
步骤4、判断N与次数阈值n的关系，若N大于等于n，则采集控制系统输出使能信号使开关电路工作，母线电压通过电源电路的输入端供给电源电路为立方星上电，且采集控制系统待机，开关电路的使能信号通过电源电路的输出端提供，在立方星工作过程中若出现意外断电，返回执行步骤1，重新为立方星上电；反之返回步骤2。
示例性地，在其中一个实施例中，步骤4中次数阈值n≥2。
示例性地，在其中一个实施例中，针对在轨立方星，上述延迟时长t单位为小时，可取2小时；针对地面仿真教育立方星，上述延迟时长t单位为秒，可取20s。
本发明利用敏感气压变化判别卫星在轨状态，实现卫星分离自上电，相较于分离开关式的自上电装置，可靠性强，且气压计采用双备份设计，防止传感器出现故障而引起卫星无法上电的问题，增强了装置的鲁棒性。整体装置简单有效，器件体积小，布局紧凑；同时功耗小，能有效节约星上能量。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种适用于立方星的分离自上电装置，其特征在于，包括采集控制系统、开关电路以及电源电路；
采集控制系统，用于采集、处理气压值，并根据气压值输出使能信号以控制开关电路工作；
开关电路，用于控制电源电路为立方星上电；
电源电路，用于为立方星供电。
2.根据权利要求1所述的适用于立方星的分离自上电装置，其特征在于，所述采集控制系统包括单片机以及与单片机连接的两个气压计，其中两个气压计为主备关系，当主气压计工作异常时由备气压计继续工作。
3.根据权利要求2所述的适用于立方星的分离自上电装置，其特征在于，所述单片机具体采用低功耗STM32L151C8T6芯片，气压计具体采用BMP180。
4.根据权利要求1所述的适用于立方星的分离自上电装置，其特征在于，所述开关电路包括第一P通道MOS管(Q1)、第二P通道MOS管(Q2)、N通道MOS管(Q3)、二极管(D1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)；所述两个P通道MOS管的S极均连接蓄电池的正极即母线电压，两个P通道MOS管的G极均连接N通道MOS管(Q3)的D极，两个P通道MOS管的D极均连接电源电路的输入端以及第一电容(C1)的一端，第一电容(C1)的另一端接地；第二P通道MOS管(Q2)的S极和G极之间连接第一电阻(R1)；N通道MOS管(Q3)的G极与第二电阻(R2)的一端、第三电阻(R3)的一端相连，第三电阻(R3)的另一端接地，第二电阻(R2)的另一端与采集控制系统的输出端、第四电阻(R4)的一端相连，第四电阻(R4)的另一端与第二电容(C2)的一端、二极管(D1)的负极相连，第二电容(C2)的另一端接地，二极管(D1)的正极与电源电路的输出端相连。
5.一种适用于立方星的分离自上电方法，其特征在于，包括以下步骤：
记气压变化值满足阈值条件的次数为N，N的初始值为0；
步骤1、由采集控制系统读取气压值P1；
步骤2、延迟时长t后，由采集控制系统读取气压值P2；
步骤3、计算P1与P2差值的绝对值ξ，并判断ξ与预设的气压变化阈值e的大小关系，若ξ＜e，则延迟时长t后，由采集控制系统读取新的气压值并记为气压值P2，将原来的气压值P2记为气压值P1，且令N＝0，之后重复本步骤；反之，令N递增1，并将气压值P2记为气压值P1，执行步骤4；
步骤4、判断N与次数阈值n的关系，若N大于等于n，则采集控制系统输出使能信号使开关电路工作，母线电压通过电源电路的输入端供给电源电路为立方星上电，且采集控制系统待机，开关电路的使能信号通过电源电路的输出端提供，在立方星工作过程中若出现意外断电，返回执行步骤1，重新为立方星上电；反之返回步骤2。
6.根据权利要求5所述的适用于立方星的分离自上电方法，其特征在于，步骤4中所述次数阈值n≥2。
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