CN113485087B - 一种基于pxi总线技术的小卫星dc-dc模块主备切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PXI总线技术的小卫星DC‑DC模块主备切换装置，包括：电源模块、主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块、对外接口模块和连接器；其中，电源模块对主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块和对外接口模块供电；主控制模块输出数字量控制指令，通过PXI总线将控制指令传输给所述模拟量输出模块，控制其输出DC‑DC切换指令；模拟量输出模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆将DC‑DC切换控制指令传输给卫星DC‑DC电源切换模块；模拟量采集模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆实现对自检信号和上星控制信号的闭环采集，实现各控制通道的自检诊断和控制信号的闭环控制。本发明可通过远程指令控制主备切换控制信号的输出，实现多星星上DC‑DC电源模块主备切换。

Description

一种基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置
技术领域
本发明属于小卫星DC-DC主备电源模块自动切换测试技术领域，尤其涉及一种基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置。
背景技术
小卫星DC-DC模块主备切换装置是卫星综合测试的重要组成部分，卫星地面测试装置一直以小型化、智能化、集成化等为发展趋势，目前小卫星DC-DC模块主备切换装置均为人工手动切换设备,将手动控制开关按钮设计在前面板，测试前首先需要逐一测试各通道输出电压，需要万用表和针孔线配合完成，测试时一颗星对应一套设备，通过人工手动操作按钮，实现星上DC-DC模块主备切换，设备较重，不便于携带，不能显示控制信号电压值，测试准备时间较长、效率低、人力成本高。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，可通过远程指令控制主备切换控制信号的输出，实现多星星上DC-DC电源模块主备切换。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，包括：电源模块、主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块、对外接口模块和连接器；其中，所述电源模块对主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块和对外接口模块供电；所述主控制模块输出数字量控制指令，通过PXI总线将控制指令传输给所述模拟量输出模块，控制其输出DC-DC切换指令；所述模拟量输出模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆将DC-DC切换控制指令传输给卫星DC-DC电源切换模块；所述模拟量采集模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆实现对自检信号和上星控制信号的闭环采集，实现各控制通道的自检诊断和控制信号的闭环控制。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，所述电源模块包括内置锂电池和外接电源适配器，系统电池容量不小于12000mAh，供电时间不小于4小时，可拆卸也可外接12V电源。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，主控制模块包括PXI主控制器和主控软件；其中，主控制器采用PXI总线协议构建，主频不小于3GHz，内存不小于8G，硬盘容量不小于1T，通过PXI总线与模拟量输出模块、模拟量采集模块通信，控制模拟量输出和模拟量采集；主控软件用于输出电压值。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，所述模拟量输出模块采用PXI总线协议构建，包括不少于16路模拟量输出通道，模拟量输出电压范围为-10V～+10V。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，所述模拟量采集模块采用PXI总线协议构建，包括不少于16路模拟量采集通道数，各模拟量采集通道间相互隔离，量程优于-50V～+50V，采样率大于等于1MSPS。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，还包括：PXI机箱；其中，PXI主控制器、模拟量输出模块和模拟量采集模块安装在PXI机箱内部，电源模块安装在PXI机箱底部，对外接口模块安装在PXI机箱后端。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，PXI机箱主构架平台采用横向栈式结构，内部CPCI/PXI功能槽位不少于5个，PXI机箱预留电源模块和对外接口模块安装接口。
上述基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置中，所述对外接口模块包括第一对外接口和第二对外接口；其中，所述模拟量输出模块通过第一对外接口与所述连接器相连接，所述模拟量采集模块通过第二对外接口与所述连接器相连接。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明所涉及的小卫星DC-DC模块主备切换装置通过采用基于PXI总线技术的集成化和模块化设计，将控制器、模拟量输出、模拟量采集、键鼠、电源模块、显示器等进行了一体化设计，实现了内电待机时间长、体积小、远程控制、操作简单，满足星群多星并行测试，与现有小卫星DC-DC模块主备切换装置相比，设备轻，便于携带，测试准备时间大大缩短，提高了测试效率，节省了人力和时间，并且后期可进行控制输出通道扩展；
(2)本发明所涉及的小卫星DC-DC模块主备切换装置通过主控制器的管理，可实现开机各通道快速自检，并生成电子版自检报告，无需人工记录自检数据，相比传统的手动切换装置，安全可靠，质量更加可控；
(3)本发明所涉及的小卫星DC-DC模块主备切换装置中模拟量输出模块和模拟量采集模块通道数均大于16路，各通道间相互隔离，相比传统的手动切换装置，通道电压值可分别设置，并实时显示电压值，数据参数可组播入库，便于后期数据查询，通过LAN实现远程指令下发控制信号的输出，能够更好的适应卫星地面测试设备将来智能化的发展需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于PID的闭环反馈控制框图。
图3是本发明实施例提供的主控软件功能模块框图；
图4是本发明实施例提供的主控软件菜单框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置的结构示意图。如图1所示，该基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置包括：电源模块、主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块、对外接口模块和连接器；其中，
所述电源模块对主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块和对外接口模块供电；
所述主控制模块输出数字量控制指令，通过PXI总线将控制指令传输给所述模拟量输出模块，控制其输出DC-DC切换指令；
所述模拟量输出模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆将DC-DC切换控制指令传输给卫星DC-DC电源切换模块；
所述模拟量采集模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆实现对自检信号和上星控制信号的闭环采集，通过PXI总线将所采集的控制量反馈给主控制模块，实现各控制通道的自检诊断和控制信号的闭环控制，采用PID闭环反馈控制，控制精度高、可靠性强，有效防止损坏星上DC-DC电源切换模块。图2所示是基于PID的闭环反馈控制框图，主控制器将采集反馈控制量p(t)和给定值s(t)进行比较，得出偏差值e(t)，通过PID控制算法，输出PID控制量M(t)，进而精准输出DC-DC切换控制量u(t)，安全可靠地实现卫星DC-DC模块主备切换，闭环控制公式如下：
其中：e(t)＝s(t)-p(t)
s(t)为设定值，p(t)为闭环采集控制量，e(t)为输入偏差值，u(t)为DC-DC切换控制量，Kp为比例调节系数，Ko为积分调节系数，Kd为微分调节系数。
PXI便携式一体化机箱包括PXI机箱、集成式键盘、触控板和触摸液晶显示模块。
电源模块包括内置锂电池和外接电源适配器，系统电池容量不小于12000mAh，供电时间不小于4小时，可拆卸也可外接12V电源。
主控制模块包括PXI主控制器和主控软件。其中，主控制器采用PXI总线协议构建，主频不小于3GHz，内存不小于8G，硬盘容量不小于1T，通过PXI总线与各功能模块通信，控制模拟量输出和模拟量采集；主控软件完成控制电压的设置、自检流程、测试流程及数据的记录保存和查询。
模拟量输出模块采用PXI总线协议构建，内含不少于16路模拟量输出通道，模拟量输出电压范围-10V～+10V，在范围内可任意设置电压值，绝对精度优于0.0035％。
模拟量采集模块采用PXI总线协议构建，单板卡模拟量采集通道数不少于16路，采集各通道间相互隔离，量程优于-50V～+50V，采样率大于等于1MSPS。
自检电缆连接对外接口模块，用于装置自检时连接，完成DC-DC模块主备切换装置各通道快速检查；测试转接电缆测试时使用，一端连接对外接口模块，另一端连接被测卫星，完成多星星上DC-DC主备电源模块快速切换测试。
PXI主控制器、模拟量输出模块和模拟量采集模块安装在PXI机箱内部，电源模块安装在PXI机箱底部，对外接口模块安装在PXI机箱后端。
PXI机箱主构架平台采用横向栈式结构，内部CPCI/PXI功能槽位不少于5个，机箱预留电源模块和对外接口模块安装接口。
主控软件基于LabVIEW软件构架开发设计，包括账号管理模块、控制和采集模块、配置和自检模块、远程控制模块、历史数据查询模块以及帮助模块等，进行用户管理、控制电压设置输出、控制电压采集、输出通道自检、远程指令配置、数据存储、数据查询和人机交互。
便携式PXI一体化机箱包括PXI机箱、集成式键盘和触控板、液晶显示触摸屏，机箱按照PXI总线电气协议要求，采用横向栈式结构进行一体化设计，机箱内部CPCI/PXI功能槽位大于等于5个，预留2个槽位，能够满足后续通道扩展的需求，主控制器、模拟量输出模块和模拟量采集模块横向插接在机箱对应槽位，可通过螺钉固定，通过PXI插槽给模块供电，机箱后端连接对外接口模块，机箱上面集成了液晶显示屏、键盘和触控板，电源模块集成在机箱内部，并用螺钉固定。
主控制模块包括主控制器和主控软件，主控制器采用PXI总线协议构建，是整个装置的核心大脑，能够进行数据处理、存储和查询，通过PXI总线与各功能模块进行通信，主频大于3GHz，内存大于8G，硬盘容量大于1T，USB接口大于2个，网口大于1个，支持操作系统Windows 7或10；
主控软件运行于主控制器中，如图3所示主控软件功能框图，主控软件基于LabVIEW软件构架开发设计，包括账号管理模块、控制和采集模块、配置和自检模块、远程控制模块、历史数据查询模块以及帮助模块等；如图4所示主控软件菜单框图，采用菜单式管理，共分为账号、配置、查询、自检、帮助5个一级菜单，其中各一级菜单下根据功能要求分为几个子菜单；能够进行16路电压数据的采集和显示，各路输出电压能够分别进行设置，与上位机进行通讯实现采集数据的上传和指令的下发，并执行上位机指令，进行历史数据的查询和导出，能够图形化显示，同时具备输出电压紧急切断功能及安全保护功能。
模拟量输出模块采用PXI总线协议构建，内部模拟量输出通道大于16路，模拟量输出电压范围-10V～+10V，在范围内可任意设置电压值，绝对精度优于0.0035％，对外输出接口为d-sub 68pin公头接口。
模拟量采集模块采用PXI总线协议构建，单板卡模拟量采集通道数大于16路，采集各通道间相互隔离，量程优于-50V～+50V，采样率大于等于1MSPS，对外输出接口为VHDCI68pin母头接口。
电源模块包括内置锂电池和外接电源适配器，系统电池容量大于12000mAh，供电时间大于4小时，可通过外接电源适配器给装置供电。
电缆主要包括自检电缆和测试转接电缆，自检电缆用于装置自检，自检时电缆连接装置对外接口模块，形成测试闭环，运行软件自检程序，实现快速自检，并生成自检报告；测试转接电缆用于卫星测试，电缆一端连接对外接口模块，另一端连接卫星对应星表电缆，通过远程指令或手动发送控制输出信号，实现星上DC-DC主备模块切换。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于包括：电源模块、主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块、对外接口模块和连接器；其中，
所述电源模块对主控制模块、模拟量输出模块、模拟量采集模块和对外接口模块供电；
所述主控制模块输出数字量控制指令，通过PXI总线将控制指令传输给所述模拟量输出模块，控制其输出DC-DC切换指令；
所述模拟量输出模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆将DC-DC切换控制指令传输给卫星DC-DC电源切换模块；
所述模拟量采集模块通过对外接口模块、自检电缆和测试转接电缆实现对自检信号和上星控制信号的闭环采集，通过PXI总线将所采集的控制量反馈给主控制模块，实现各控制通道的自检诊断和控制信号的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：所述电源模块包括内置锂电池和外接电源适配器，系统电池容量不小于12000mAh，供电时间不小于4小时，可拆卸也可外接12V电源。
3.根据权利要求1所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：主控制模块包括PXI主控制器和主控软件；其中，主控制器采用PXI总线协议构建，主频不小于3GHz，内存不小于8G，硬盘容量不小于1T，通过PXI总线与模拟量输出模块、模拟量采集模块通信，控制模拟量输出和模拟量采集；主控软件用于输出电压值。
4.根据权利要求1所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：所述模拟量输出模块采用PXI总线协议构建，包括不少于16路模拟量输出通道，模拟量输出电压范围为-10V～+10V。
5.根据权利要求1所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：所述模拟量采集模块采用PXI总线协议构建，包括不少于16路模拟量采集通道数，各模拟量采集通道间相互隔离，量程优于-50V～+50V，采样率大于等于1MSPS。
6.根据权利要求2所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于还包括：PXI机箱；其中，PXI主控制器、模拟量输出模块和模拟量采集模块安装在PXI机箱内部，电源模块安装在PXI机箱底部，对外接口模块安装在PXI机箱后端。
7.根据权利要求6所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：PXI机箱主构架平台采用横向栈式结构，内部CPCI/PXI功能槽位不少于5个，PXI机箱预留电源模块和对外接口模块安装接口。
8.根据权利要求1所述的基于PXI总线技术的小卫星DC-DC模块主备切换装置，其特征在于：所述对外接口模块包括第一对外接口和第二对外接口；其中，所述模拟量输出模块通过第一对外接口与所述连接器相连接，所述模拟量采集模块通过第二对外接口与所述连接器相连接。
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