CN202230154U - 一种基于usb总线的微小卫星地面供配电测试设备 - Google Patents

Abstract

一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备，包括USB芯片、模数转换器、供电控制电路、模拟量采样电路和数字量状态监视电路。当通过USB芯片接收到控制计算机的指令后，通过USB芯片的I/O接口送至供电控制电路，供电控制电路采用继电器，通过驱动继电器线包触点实现对卫星的供电控制。卫星以有线方式传送来的数字量送至数字量状态监视电路，数字量状态监视电路采用继电器，通过驱动继电器线包触点将数字量信号送至USB芯片的I/O接口后通过USB芯片发送至控制计算机。卫星实时下传的模拟量采样信号送至模拟量采样电路，模拟量采样电路采用隔离放大器，经隔离放大器调理后的信号送至模数转换器进行采样并将结果送至控制计算机。

Description

一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备

技术领域

本实用新型属于卫星供配电技术领域，涉及一种微小卫星地面供配电测试设备。

背景技术

供配电分系统作为小卫星地面测试系统的核心之一，主要具备对整星进行供电点测量、供电控制、参数测量及状态监测等功能，该系统的性能和功能特性直接影响着整星的供电安全。

卫星综合测试是指各分系统通过设备级、分系统级的验收和联试合格后，总装在卫星本体上，在统一供配电条件下，检验卫星各分系统电性能的正确性和兼容性，检测卫星是否达到所要求的电性能指标。在微小卫星研制过程中，需要地面测试设备满足卫星功耗低、周期短及功能单一的要求，因而地面供配电测试设备应该具备安全可靠、灵活机动、维护便捷等优点。

现有的地面供配电测试系统主要依托PCI和RS-232C串行总线来构建。PCI总线作为最常见的通讯总线形式具有不支持热插拔、插槽数目有限、可扩展性差、价格昂贵、电磁屏蔽性弱，采样数据易失真等缺点。RS-232C串行总线虽然连接简单，但是传输速度慢，难以适应高速数据的传输要求，且受到主机串口数目限制。因此现有的供配电测试系统已经无法满足微小卫星研制测试的需求。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通用性强、集成度高、可靠性好的基于USB总线技术的微小卫星地面供配电测试设备。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备，包括USB芯片、模数转换器、供电控制电路、模拟量采样电路和数字量状态监视电路；基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备通过USB芯片与控制计算机通讯，当通过USB芯片接收到控制计算机发送的指令信号后，通过USB芯片的输入输出接口输出TTL电平信号至供电控制电路，供电控制电路采用继电器实现，通过驱动继电器线包触点的吸合或弹开实现对卫星的供电控制；卫星以有线方式传送来的数字量状态监视信号送至数字量状态监视电路，数字量状态监视电路采用继电器实现，通过驱动继电器线包触点的吸合或弹开将数字量信号以TTL电平的形式送至USB芯片的I/O接口，而后通过USB芯片发送至控制计算机；卫星实时下传的模拟量采样信号送至模拟量采样电路，模拟量采样电路采用隔离放大器实现，经隔离放大器进行信号调理后的信号送至模数转换器进行采样，采样结果发送至控制计算机。

所述的USB芯片为CY7C68013。所述的模数转换器为ADS7808。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型采用USB作为串行通讯总线，其数据通讯速度快。随着微小卫星整体技术的不断提升，要求地面测试设备对数据测量与采集的正确性、精确性和实时性也日益增强；微小卫星在瞬态速变信号测量中，需要进行高速数据采集，而USB2.0的带宽最高可达480Mbps，这是以往传统通讯总线难以达到的传输速率，因而足以满足微小卫星对瞬态信号测量的速率要求；

2、本实用新型采用供配电设备通过USB数据线与控制计算机连接的方式，其具有通用性强、匹配性高及兼容性好等优势。传统供配电测试设备与控制计算机的连接都是在机箱PCI插槽内插接通讯接口板，将控制计算机的PCI总线转换为供配电测试设备总线。这种总线连接方式不符合微小卫星快速测试的理念，一旦控制计算机自身硬件设备或设备软件出现故障不能做到测试设备的快速更换与维护，而USB总线接口却可解决相应问题。USB总线良好的兼容性及“即插即用”的特点已成为微小卫星高可靠测试的有利保障；

3、本实用新型采用封装器件的CY7C68013芯片作为测量控制板卡的核心器件，从而代替了传统的印制板电路，减少了设备体积与重量，提高了设备电路的集成度，增强了设备的可靠性；

4、本实用新型采用数字量抗干扰措施，选用TTL电平信号作为测量控制板卡的数字量输入、输出电平信号，增加了数字量抗干扰能力，提高了测试设备工作的可靠性和稳定性。在数字集成电路中，常用高、低电平噪声容限表示逻辑门的抗干扰性能，其数值越大越好。TTL集成电路最小的高低电平的噪声容限均为0.4V，具备良好的抗干扰性能；

5、本实用新型采用外围接口电缆实现不同型号的微小卫星接口连接和信号转换，通用性强，使用方便，节约成本。

附图说明

图1为本实用新型供配电测试设备的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型基于USB串行总线技术的微小卫星地面集成供配电测试设备原理示意图，设备主要由供电控制电路、模拟量采样电路、数字量状态监视电路以及集成USB2.0芯片CY7C68013和逐次比较式A/D转换器ADS7808的测量控制板卡组成。测量控制板卡置于供配电测试设备内部，以USB串口总线的连接方式与控制计算机通讯，控制计算机通过USB总线将各种供电控制指令发送至测量控制板卡。板卡接收到指令信号，从CY7C68013芯片的I/O接口输出TTL电平信号驱动继电器线包，使其触点吸合或弹开，从而达到供电控制的目的。卫星以有线方式传送来的数字量状态监视信号以TTL电平的形式发送到CY7C68013芯片的I/O接口进行数据处理，将处理完的数据通过USB串行总线发送至控制计算机。卫星实时下传的模拟量采样信号经隔离放大器进行信号调理后送A/D转换器ADS7808进行采样，通过USB总线传输到计算机中进行数据处理。

关于供电控制方面，操作者以控制计算机屏幕作为供配电测试设备的虚拟仪器面板，通过USB串行总线连接至测量控制板卡的接口引擎，控制板卡接收到控制计算机发来的指令信号后，从CY7C68013芯片的I/O接口输出TTL电平信号，驱动供电控制电路的继电器线包，使继电器触点吸合或弹开，从而达到指令控制的目的。

关于模拟量采样方面，卫星实时下传的模拟量采样信号经隔离放大器进行信号调理，将不同强度的信号变换至±10V范围内，之后送CY7C68013芯片内的逐次比较式A/D转换器ADS7808进行采样，并将转换后的数据高速传送到4KB的FIFO数据口中缓存，当采集一定量的数据后将数据打包，通过USB总线传输到计算机中进行数据处理。ADS7808分辨率达12位，转换时间为10μs。当卫星模拟量最大输入为10V时，精度达2.4mV，可以满足微小卫星测试需求。

关于数字量状态监视方面，采用固态继电器完成信号传输，并以光电隔离技术实现星地电气的安全隔离，之后以TTL电平的形式发送到CY7C68013芯片的I/O接口进行数据处理，将处理完的数据通过USB串行总线发送至控制计算机，从而完成对卫星状态量的监视。

由于测量控制板卡数字量输入和数字量输出I/O接口为TTL电平信号。供电控制系统和数字量状态监视系统设计为低电平导通形式，所以需要对USB数据测控板与信号量进行匹配电路的设计，即在USB测量控制板卡的数字量输入和数字量输出端加入反向驱动器MC1413芯片，它集成了7路的复合管驱动专用集成电路，内有保护钳位二极管，可以直接驱动继电器。为适应逻辑要求，在设计中将其数字量输入和数字量输出端接MC1413芯片作为反相器，即当MC1413输入端为高/低电平时MC1413芯片输出端为低/高电平，为USB测量控制板卡提供相应的TTL高低电平信号。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备，其特征在于包括：USB芯片、模数转换器、供电控制电路、模拟量采样电路和数字量状态监视电路；基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备通过USB芯片与控制计算机通讯，当通过USB芯片接收到控制计算机发送的指令信号后，通过USB芯片的输入输出接口输出TTL电平信号至供电控制电路，供电控制电路采用继电器实现，通过驱动继电器线包触点的吸合或弹开实现对卫星的供电控制；卫星以有线方式传送来的数字量状态监视信号送至数字量状态监视电路，数字量状态监视电路采用继电器实现，通过驱动继电器线包触点的吸合或弹开将数字量信号以TTL电平的形式送至USB芯片的输入输出接口，而后通过USB芯片发送至控制计算机；卫星实时下传的模拟量采样信号送至模拟量采样电路，模拟量采样电路采用隔离放大器实现，经隔离放大器进行信号调理后的信号送至模数转换器进行采样，采样结果发送至控制计算机。

2.根据权利要求1所述的一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备，其特征在于：所述的USB芯片为CY7C68013。

3.根据权利要求1所述的一种基于USB总线的微小卫星地面供配电测试设备，其特征在于：所述的模数转换器为ADS7808。

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