CN116009447A - 一种用于空间站在线柜的采集控制电路板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，包括：模数转换芯片；模数转换芯片用于：采集至少一个端口的目标模拟量信号，并对每个目标模拟量信号进行模数转换，得到并将所有的目标数字量信号发送至处理器；模数转换芯片还用于：通过GPIO接口分别向每个目标部件输出对应的IO信号，以控制每个目标部件的供电电路的导通或断开。本发明的采集控制电路板在实现对多种模拟量进行采集控制的同时，还能够对多种部件进行加断电控制；本发明的采集控制电路板能够通过不同的裁剪，应用于多种需要高精度采集和控制的场景。

Description

一种用于空间站在线柜的采集控制电路板

技术领域

本发明涉及在轨控制技术领域，尤其涉及一种用于空间站在线柜的采集控制电路板。

背景技术

在线维修装调操作柜(简称“在线柜”)是一种空间站应用系统规划的科学和技术实验平台，主要为空间站有效载荷提供一个进行在轨故障诊断、中继级维修和手工或机械操作的工作场所。

在现有技术中，由于走线过长带来的信号衰减或干扰等问题，时常造成信号采集精度不够以及部件控制不准确等问题。因此，亟需提供一种技术方案解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于空间站在线柜的采集控制电路板。

本发明的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板的技术方案如下：

包括：模数转换芯片；

所述模数转换芯片用于：采集至少一个端口的目标模拟量信号，并对每个目标模拟量信号进行模数转换，得到并将所有的目标数字量信号发送至处理器；

所述模数转换芯片还用于：通过GPIO接口分别向每个目标部件输出对应的IO信号，以控制每个目标部件的供电电路的导通或断开。

本发明的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板的有益效果如下：

本发明的采集控制电路板在实现对多种模拟量进行采集控制的同时，还能够对氮气阀、空气阀、废气阀等部件进行加断电控制；本发明的采集控制电路板能够通过不同的裁剪，应用于多种需要高精度采集和控制的场景。

在上述方案的基础上，本发明的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板还可以做如下改进。

进一步，还包括：第一差分信号转换芯片和第二差分信号转换芯片；

所述第一差分信号转换芯片用于：接收并将所述处理器通过SPI通信接口发送的SPI差分输入信号转换为单端输入信号，并将所述单端输入信号发送至所述模数转换芯片；其中，所述SPI差分输入信号用于控制所述模数转换芯片采集每个端口的模拟量；

所述模数转换芯片具体用于：将所有的目标数字量信号发送至所述第二差分信号转换芯片；

所述第二差分信号转换芯片用于：接收并将所述模数转换芯片发送的所有的目标数字量信号转化为SPI差分输出信号，并将所述SPI差分输出信号通过所述SPI通信接口发送至所述处理器。

进一步，所述第二差分信号转换芯片还用于：

接收并将风机PWM信号转换为风机差分信号进行输出，以获取风机的转速。

进一步，还包括：嵌位芯片；

所述嵌位芯片用于：接收所述模数转换芯片所采集的每个端口的原始模拟量信号，并对每个原始模拟量信号进行嵌位处理，得到并将所有的目标模拟量信号发送至所述模数转换芯片。

进一步，还包括：信号隔离放大器；

所述信号隔离放大器用于：对每路IO信号进行隔离放大处理，得到所有的隔离放大后的IO信号，以根据每个隔离放大后的IO信号控制对应目标部件的供电电路的导通或断开。

进一步，所有的目标部件包括：至少一个第一目标部件和一个第二目标部件；每个第一目标部件的供电电路中均设置一个第一电子保险丝；

所述模数转换芯片具体用于：通过控制每个IO信号对应的第一电子保险丝打开或关断，以控制对应的第一目标部件的供电电路的导通或断开。

进一步，还包括：第一输入电源、第二输入电源、第二电子保险丝和第三电子保险丝；所述第一输入电源与所述第二电子保险丝连接，所述第二输入电源分别与所述第三电子保险丝和PMOS管连接，所述第二输入电源对所述PMOS管进行供电；

所述第二电子保险丝用于：将所述第一输入电源的第一原始输入电流进行调节，得到并采用第一目标输入电流为风机进行供电；

所述第三电子保险丝用于：将所述第二输入电源的第二原始输入电流进行调节，得到并采用第二目标输入电流为废气阀进行供电。

进一步，还包括：第三输入电源和稳压器；所述目标部件包括：风机转速控制信号；

所述第三输入电源用于：为所述稳压器、所述数模转换芯片和所述风机转速控制信号对应的第一电子保险丝提供第三目标输入电流；

所述稳压器用于：将所述稳压器的原始输入电压转换为目标输入电压，与通过所述目标输入电压为所述第一差分信号转换芯片和第二差分信号转换芯片供电。

进一步，还包括：第四输入电源；所述至少一个第一目标部件还包括：氮气阀、压差传感器、湿度传感器和废气阀；

所述第四输入电源用于：为所述氮气阀对应的第一电子保险丝、所述压差传感器对应的第一电子保险丝、所述湿度传感器对应的第一电子保险丝和所述废气阀对应的第一电子保险丝提供第四目标输入电流。

进一步，所述第二目标部件为：空气阀；所述PMOS管用于：接收并根据所述第二输入电源的第二原始输入电流，对所述空气阀进行供电。

附图说明

图1为本发明实施例的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板中的模数转换芯片的电路原理图；

图3为本发明实施例的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板中的第一电子保险丝的电路原理图；

图4为本发明实施例的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板中的空气阀的控制电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，包括：模数转换芯片10。

其中，数模转换芯片采用型号为：ADS1258的芯片，该芯片具有16通道、24bit，能够采集温度、湿度、压差等模拟量，采集精度0.63uV，采集范围0-5V。

所述模数转换芯片10用于：采集至少一个端口的目标模拟量信号，并对每个目标模拟量信号进行模数转换，得到并将所有的目标数字量信号发送至处理器。

其中，目标模拟量信号为：模数转换芯片10所采集到的模拟量信号。目标数字量信号为：对目标模拟量信号进行模数转换后所得到的数字量信号。

其中，如图2所示，模数转换芯片10采集的端口为：AIN0-AIN15。具体地，模数转换芯片10轮询采集每个端口的模拟量信号，并将采集到的模拟量信号进行模数转换，得到所有的目标数字量信号后，将所有的目标数字量信号发送至处理器。

较优地，还包括：第一差分信号转换芯片20和第二差分信号转换芯片30。

其中，第一差分信号转换芯片20采用型号为：DS26LV32的芯片，用于将外部输入的差分CS/CLK/SDI信号转换为单端信号。

其中，第二差分信号转换芯片30采用型号为：DS26LV31的芯片，用于将SDO信号转换为差分信号进行输出。

需要说明的是，信号差分涉及能够提升输出信号的稳定性，更加适合长距离信号传输。

所述第一差分信号转换芯片20用于：接收并将所述处理器通过SPI通信接口发送的SPI差分输入信号转换为单端输入信号，并将所述单端输入信号发送至所述模数转换芯片10。

其中，SPI通信接口为处理器的通信接口；SPI差分输入信号为处理器发出的信号，该信号用于控制模数转换芯片10采集每个端口的模拟量；单端输入信号为SPI差分信号转换后的信号。

具体地，处理器通过SPI通信接口向第一差分信号转换芯片20发送SPI差分输入信号，第一差分信号转换芯片20将SPI差分输入信号转换为单端输入信号，第一差分信号转换芯片20将单端信号发送至模数转换芯片10。

需要说明的是，差分信号转换芯片将差分信号转换为单端信号的过程为现有技术，在此不过多赘述。

所述模数转换芯片10具体用于：将所有的目标数字量信号发送至所述第二差分信号转换芯片30。

具体地，模数转换芯片10将所有向处理器发送的目标数字量信号发送至第二差分信号转换芯片30。

所述第二差分信号转换芯片30用于：接收并将所述模数转换芯片10发送的所有的目标数字量信号转化为SPI差分输出信号，并将所述SPI差分输出信号通过所述SPI通信接口发送至所述处理器。

需要说明的是，差分信号转换芯片将数字量信号转换为差分输出信号的过程为现有技术，在此不过多赘述。

具体地，第二差分信号转换芯片30的输入端接收模数转换芯片10输出端所输出的每个目标数字量信号，将所有的目标数字量信号转换为SPI差分输出信号，并从第二差分信号转换芯片30的输出端将SPI差分输出信号发送至SPI通信接口，以通过SPI通信结构发送至处理器。

较优地，所述第二差分信号转换芯片30还用于：

接收并将风机PWM信号转换为风机差分信号进行输出，以获取风机的转速。

其中，风机PWM信号用于获取风机的转速。

具体地，第二差分信号转换芯片30接收风机发送的风机PWM信号，然后将风机PWM信号转换为风机差分信号，再将风机差分信号发送至处理器，以获取风机的当前转速。

需要说明的是，风机工作需要三个信号，一是第一输入电源110(28V)供电，二是风机PWM信号，三是风机转速控制信号。其中，28V是主供电，PWM信号是风机线圈的脉冲输出表征当前转速，风机转速控制信号通过0～5V的电压控制风速从0～100％。由于本方案风机转速控制信号输出设置为5V，输出后风机满速运行，禁止输出后风机停止转动。

较优地，还包括：嵌位芯片40。

其中，嵌位芯片40采用型号为BAT54SW的芯片，用于对外部输入信号进行嵌位处理，将输入信号嵌位至0-5V，防止模拟量信号超限导致模数转换芯片10的采集管脚损坏，能够提高采集电路的可靠性。

所述嵌位芯片40用于：接收所述模数转换芯片10所采集的每个端口的原始模拟量信号，并对每个原始模拟量信号进行嵌位处理，得到并将所有的目标模拟量信号发送至所述模数转换芯片10。

其中，原始模拟量信号为模数转换芯片10所采集的未经处理的模拟量信号。

具体地，模数转换芯片10所采集每个端口的模拟量会以模拟量信号的方式发送至嵌位芯片40的输入端，当嵌位芯片40的输入端接收到原始模拟量信号时，对每个原始模拟量信号进行嵌位处理，得到并将所有的目标模拟量喜好发送至模数转换芯片10。

较优地，所述模数转换芯片10还用于：通过GPIO接口分别向每个目标部件输出对应的IO信号，以控制每个目标部件的供电电路的导通或断开。

其中，模数转换芯片10还包括：8路GPIO接口，能够用于控制8路部件的供电电路。具体地，在本实施例中，模数转换芯片10输出7路GPIO，包括：第一GPIO、第二GPIO、第三GPIO、第四GPIO、第五GPIO、第六GPIO和第七GPIO。第一GPIO输出的第一IO信号用于控制风机转速控制信号的供电电路的导通或断开，第二GPIO输出的第二IO信号用于控制湿度传感器的供电电路的导通或断开，第三GPIO输出的第三IO信号用于控制压差传感器的供电电路的导通或断开，第四GPIO输出的第四IO信号用于控制氮气阀的供电电路的导通或断开，第五GPIO输出的第五IO信号用于控制废气阀的供电电路的导通或断开，采用两路GPIO(第六GPIO和第七GPIO)控制空气阀的供电电路的导通或断开。

较优地，还包括：信号隔离放大器50。

其中，信号隔离放大器50采用型号为SG2023J的芯片，信号隔离放大器50的每个输入端对应一路GPIO，信号隔离放大器50的内部集成了NPN三极管，通过NPN三级管，使输出电流能力增强，也具有反向隔离作用；信号隔离放大器50能够防止外部电路异常对IO管脚造成损伤。

所述信号隔离放大器50用于：对每路IO信号进行隔离放大处理，得到所有的隔离放大后的IO信号，以根据每个隔离放大后的IO信号控制对应目标部件的供电电路的导通或断开。

较优地，所有的目标部件包括：至少一个第一目标部件和一个第二目标部件；每个第一目标部件的供电电路中均设置一个第一电子保险丝60；

其中，第一电子保险丝60采用型号为TPS2421-1芯片，能够通过使能5信号控制第一电子保险丝60打开或者关断，同时可通过外部电阻配置其通

流能力，当电流超限会自动关断，防止部组件和电路损伤。如图3所示，TPS2421-1芯片输入VIN连接至+12V，通过EN管脚控制VOUT的输出与关断。配置ISET下拉电阻的阻值控制过流能力，当下拉电阻为50K时，过流能力约为4A。

0所述模数转换芯片10具体用于：通过控制每个IO信号对应的第一电子保险丝60打开或关断，以控制对应的第一目标部件的供电电路的导通或断开。

较优地，还包括：第一输入电源110、第二输入电源120、第二电子保

险丝70和第三电子保险丝80；所述第一输入电源110与所述第二电子保险5丝70连接，所述第二输入电源120与所述第三电子保险丝80连接。

所述第二电子保险丝70用于：将所述第一输入电源110的第一原始输入电流进行调节，得到并采用第一目标输入电流为风机进行供电；

所述第三电子保险丝80用于：将所述第二输入电源120的第二原始输入电流进行调节，得到并采用第二目标输入电流为废气阀进行供电。

0其中，第一输入电源110为：+28V_INB，第二输入电源120为：+28V_INA。

其中，第二电子保险丝70和第三电子保险丝80均采用型号为TPS26630

芯片，TPS26630芯片主要用于浪涌抑制，防止输入电源因浪涌过大或者短路而受影响。第二电子保险丝70和第三电子保险丝80通过外部电阻设置调节电流限制为0.6A～6A，满足风机和废气阀的功率要求。

5较优地，还包括：第三输入电源130和稳压器90；所述至少一个目标部

件包括：风机转速控制信号。

所述第三输入电源130用于：为所述稳压器90、所述数模转换芯片和所述风机转速控制信号对应的第一电子保险丝60提供第三目标输入电流；

所述稳压器90用于：将所述稳压器90的原始输入电压转换为目标输入电压，与通过所述目标输入电压为所述第一差分信号转换芯片20和第二差分信号转换芯片30供电。

其中，第三输入电源130为+5V。在本实施例中，原始输入电压为5V，目标输入电压3.3V。

其中，稳压器90采用型号为TPS74401的低压降线型稳压器90，该稳压器90具有宽范围的电源输入，可以很好的解决5V供电由于长距离传输而带来的线损，同时还具有很好的浪涌抑制功能。

较优地，还包括：第四输入电源140；所述第一目标部件还包括：氮气阀、压差传感器、湿度传感器和废气阀。

其中，第四输入电源140为+12V_IN。

需要说明的是，温度传感器的原理是温度与阻抗有关，针对温度的采集，将+5V经过上拉电阻100(5K电阻)连接至温度传感器，通过模数转换芯片10(ADS1258芯片)测量上拉电阻100与温度传感器之间的电压，来反推出温度传感器当前阻值，最后根据公式换算为温度。

所述第四输入电源140用于：为所述氮气阀对应的第一电子保险丝60、所述压差传感器对应的第一电子保险丝60、所述湿度传感器对应的第一电子保险丝60和所述废气阀对应的第一电子保险丝60提供第四目标输入电流。

需要说明的是，第二输入电源120还为空气阀进行供电。由于空气阀的供电电路的控制由2路GPIO(第六GPIO和第七GPIO)进行控制，2路IO信号连接至JANTXV2N6849 MOSFET，控制空气阀的开关。如图4所示，JANTXV2N6849的源极连接至28V，栅极连接至IO，漏极连接至空气阀，通过IO高低电平设置，能够控制28V到空气阀的导通和关断。其中，JANTXV2N6849MOSFET为PMOS管150，具有耐压值高，通流能力大、开关频率快的特点。

较优地，所述第二目标部件为：空气阀；

所述PMOS管150用于：接收并根据所述第二输入电源120的第二原始输入电流，对所述空气阀进行供电。

本实施例所提供的采集控制电路板在实现对多种模拟量进行采集控制的同时，还能够对氮气阀、空气阀、废气阀等部件进行加断电控制；本实施例所提供的采集控制电路板能够通过不同的裁剪，应用于多种需要高精度采集和控制的场景。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，包括：模数转换芯片(10)；

所述模数转换芯片(10)用于：采集至少一个端口的目标模拟量信号，并对每个目标模拟量信号进行模数转换，得到并将所有的目标数字量信号发送至处理器；

所述模数转换芯片(10)还用于：通过GPIO接口分别向每个目标部件输出对应的IO信号，以控制每个目标部件的供电电路的导通或断开。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：第一差分信号转换芯片(20)和第二差分信号转换芯片(30)；

所述第一差分信号转换芯片(20)用于：接收并将所述处理器通过SPI通信接口发送的SPI差分输入信号转换为单端输入信号，并将所述单端输入信号发送至所述模数转换芯片(10)；其中，所述SPI差分输入信号用于控制所述模数转换芯片(10)采集每个端口的模拟量；

所述模数转换芯片(10)具体用于：将所有的目标数字量信号发送至所述第二差分信号转换芯片(30)；

所述第二差分信号转换芯片(30)用于：接收并将所述模数转换芯片(10)发送的所有的目标数字量信号转化为SPI差分输出信号，并将所述SPI差分输出信号通过所述SPI通信接口发送至所述处理器。

3.根据权利要求2所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，所述第二差分信号转换芯片(30)还用于：

接收并将风机PWM信号转换为风机差分信号进行输出，以获取风机的转速。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：嵌位芯片(40)；

所述嵌位芯片(40)用于：接收所述模数转换芯片(10)所采集的每个端口的原始模拟量信号，并对每个原始模拟量信号进行嵌位处理，得到并将所有的目标模拟量信号发送至所述模数转换芯片(10)。

5.根据权利要求1所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：信号隔离放大器(50)；

所述信号隔离放大器(50)用于：对每路IO信号进行隔离放大处理，得到所有的隔离放大后的IO信号，以根据每个隔离放大后的IO信号控制对应目标部件的供电电路的导通或断开。

6.根据权利要求5所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，所有的目标部件包括：至少一个第一目标部件和一个第二目标部件；每个第一目标部件的供电电路中均设置一个第一电子保险丝(60)；

所述模数转换芯片(10)具体用于：通过控制每个IO信号对应的第一电子保险丝(60)打开或关断，以控制对应的第一目标部件的供电电路的导通或断开。

7.根据权利要求6所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：第一输入电源(110)、第二输入电源(120)、第二电子保险丝(70)和第三电子保险丝(80)；所述第一输入电源(110)与所述第二电子保险丝(70)连接，所述第二输入电源(120)与分别所述第三电子保险丝(80)和PMOS管(150)连接，所述第二输入电源(120)对所述PMOS管(150)进行供电；

所述第二电子保险丝(70)用于：将所述第一输入电源(110)的第一原始输入电流进行调节，得到并采用第一目标输入电流为风机进行供电；

所述第三电子保险丝(80)用于：将所述第二输入电源(120)的第二原始输入电流进行调节，得到并采用第二目标输入电流为废气阀进行供电。

8.根据权利要求7所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：第三输入电源(130)和稳压器(90)；所述至少一个第一目标部件包括：风机转速控制信号；

所述第三输入电源(130)用于：为所述稳压器(90)、所述数模转换芯片和所述风机转速控制信号对应的第一电子保险丝(60)提供第三目标输入电流；

所述稳压器(90)用于：将所述稳压器(90)的原始输入电压转换为目标输入电压，与通过所述目标输入电压为所述第一差分信号转换芯片(20)和第二差分信号转换芯片(30)供电。

9.根据权利要求8所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，还包括：第四输入电源(140)；所述至少一个第一目标部件还包括：氮气阀、压差传感器、湿度传感器和废气阀；

所述第四输入电源(140)用于：为所述氮气阀对应的第一电子保险丝(60)、所述压差传感器对应的第一电子保险丝(60)、所述湿度传感器对应的第一电子保险丝(60)和所述废气阀对应的第一电子保险丝(60)提供第四目标输入电流。

10.根据权利要求7至9任一项所述的一种用于空间站在线柜的采集控制电路板，其特征在于，所述第二目标部件为：空气阀；

所述PMOS管(150)用于：接收并根据所述第二输入电源(120)的第二原始输入电流，对所述空气阀进行供电。

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