CN204029990U

CN204029990U - 一种便携式卫星通信天线控制系统

Info

Publication number: CN204029990U
Application number: CN201420403653.XU
Authority: CN
Inventors: 牛鹏宇; 赵家弘
Original assignee: Beijing Aerospace Guanghua Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Guanghua Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2024-07-21

Abstract

本实用新型公开了一种便携式卫星通信天线控制系统，包括单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、按钮、驱动器、俯仰电机、方位电机、倾角传感器、限位开关、极化电机、电位计、驱动芯片以及电源模块。该卫星通信天线控制系统结构简单、电路精简、控制精确，能够快速准确寻星。本实用新型使得天线系统在保证对星精度的情况下大幅缩短对星时间，提升了天线系统的关键性能、可靠性及结构体积。

Description

一种便携式卫星通信天线控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种便携式卫星通信天线控制系统，属于卫星通信应用领域。

背景技术

便携式卫星通信天线是一种卫星通信设备，通过信标机和调谐器信号作为反馈闭环调整姿态，利用伺服系统自动准确对星后实现双通信。现有设计中：由于控制系统及伺服系统存在设计上的不合理因素，使得系统对星时间和对星精度都有较大的提高空间；为提高对星精度，缩短控制系统响应时间，往往采用更精密的电机及驱动器，且调整控制系统对星算法，以求尽可能提高对星精度，并在精度与响应速度间寻求平衡，这样又带来了设备整体的造价和体积等问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种便携式卫星通信天线控制系统，结构轻便、电路精简、控制精确，能够快速准确寻星。

本实用新型的技术解决方案是：一种便携式卫星通信天线控制系统，包括单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、按钮、驱动器、俯仰电机、方位电机、倾角传感器、限位开关、极化电机、电位计、驱动芯片以及电源模块；信标机分别与单片机上的串行总线接口和AD接口连接；调谐器和电可擦除可编程只读存储器分别通过I²C总线与单片机的I²C接口进行双向连接；Wifi模块通过串行总线与单片机的串行总线接口进行双向连接；GPS接收机通过串行总线连接到单片机的串行总线接口上；按钮连接到单片机的I/O接口上；俯仰电机和方位电机通过驱动器与单片机的可编程定时器连接；倾角传感器粘接在俯仰电机机械臂上，倾角传感器通过串行总线连接到单片机的串行总线接口上；限位开关与单片机的I/O接口连接；极化电机通过驱动芯片与单片机的可编程定时器连接；电位计与极化电机通过齿轮同轴连接，电位计的输出端连接到单片机的AD接口上；电源模块为卫星通信天线控制系统的其他各模块供电。

所述电源模块包括AC-DC模块、DC-DC模块以及电压转换电路；AC-DC模块的输入端与85～265V的电源连接，输出端与DC-DC模块的输入端连接，DC-DC模块的输出端一方面与卫星通信天线控制系统中的俯仰电机、方位电机、极化电机以及驱动器连接，另一方面与电压转换电路的输入端连接，电压转换电路输出端分别与卫星通信天线控制系统的单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、倾角传感器、限位开关以及电位计连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明自主设计了电源模块，增加了滤波及保护电路级数，降低了电源纹波，提高了电源输出质量，且较普通模块带载能力更强，温度适用范围更广，这使得系统性能及可靠性从源头得到提高；

(2)本发明自主设计了以高性能单片机为核心的控制系统，完成所有控制功能，同时提供丰富的接插件，使系统空间得到优化，内部结构更为精简；

(3)本发明的卫星通信天线系统整体轻巧，便携性好，更易使用和维修。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成框图；

图2为本实用新型中电源模块的组成框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提出了一种便携式卫星通信天线控制系统，包括单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、按钮、驱动器、俯仰电机、方位电机、倾角传感器、限位开关、极化电机、电位计、驱动芯片以及电源模块。信标机分别与单片机上的串行总线接口(UART接口)和AD接口连接，信标机通过串行总线接口接收单片机发来的指令，同时经过内部处理将模拟信号发送给单片机，由单片机内置AD模块进行采集；调谐器和电可擦除可编程只读存储器(E²PROM)均通过I²C总线与单片机的I²C接口进行双向连接；Wifi模块通过串行总线与单片机的串行总线接口(UART接口)进行双向连接，Wifi模块同时通过无线信号与PC或其它上位机设备上的软件实现无线连接，进而实现双向通信；GPS接收机通过SMA接口连接外置天线，接收本地的经纬度信息，GPS接收机同时通过串行总线连接到单片机的串行总线接口(UART接口)上，将卫星发来的信号经过处理发送给单片机；按钮连接到单片机的I/O接口上，实现一定的I/O控制功能；单片机上的可编程定时器通过驱动器与俯仰电机和方位电机连接；倾角传感器粘接在俯仰电机机械臂上提供反馈信号，倾角传感器同时通过串行总线连接到单片机的串行总线接口(UART接口)上；限位开关的位置满足当方位电机连接的机械机构到达90、180、270度时，限位开关位于该机械机构能够触碰到的位置；方位电机连接的机械机构超过限定角度会触发限位开关，限位开关同时连接到单片机的I/O接口上，提供反馈信号；单片机上的可编程定时器通过驱动芯片与极化电机连接，通过PWM脉冲信号提供控制信号；电位计与极化电机通过齿轮同轴连接，电位计输出端连接到单片机的AD接口上，电位计实时采集极化电机的位置信息(该位置信息用模拟信号表征)，并将该位置信息提供给单片机。

调谐器和信标机组成对星信号反馈模块，单片机通过接收对星信号反馈模块、按钮、GPS接收机以及Wifi模块的控制指令或反馈信号后，对天线伺服系统进行控制，大幅缩短精准对星时间，最终实现天线系统的精准对星，使其具备与卫星进行可靠双向通信的能力。

如图2所示，电源模块包括AC-DC模块、DC-DC模块以及电压转换电路；AC-DC模块的输入端与85～265V的市电连接，输出端与DC-DC模块的输入端连接，DC-DC模块的输出端一方面与卫星通信天线控制系统中的俯仰电机、方位电机、极化电机以及驱动器连接，另一方面与电压转换电路的输入端连接，电压转换电路输出端与卫星通信天线控制系统的弱电器件连接，为卫星通信天线控制系统的弱电器件供电。AC-DC模块、DC-DC模块以及电压转换电路上均设计有保护电路。

电源模块采用常规的AC-DC和DC-DC模块，辅以自主设计的外围保护电路，AC-DC模块将85～265V的AC市电(一般为220V)转换为低纹波、低噪声的48V DC(用于给其它功放供电)，DC-DC模块将48V DC转换为24V DC给系统的俯仰电机、方位电机、极化电机以及驱动器供电。电压转换电路采用美国NS公司的开关稳压芯片将24V DC进一步转换为低纹波、低噪声的12VDC和5V DC提供板级供电，再进行二次变压，提供3.3V DC和5V DC，为卫星通信天线控制系统上其它弱电器件供电。弱电器件包括单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、倾角传感器、限位开关以及电位计。

单片机使用Silicon Labs公司生产的目前功能较强大的一款51系列主控芯片C8051F120，由它发生可控频率与时长的PWM脉冲信号，将一定的脉冲信号输出给双轴步进电机驱动器，再由驱动器与俯仰电机和方位电机连接，调节系统的俯仰角和方位角姿态。另外，同样利用PWM脉冲信号与电机驱动芯片连接，由电机驱动芯片提供最大3A驱动电流的控制信号，与极化电机连接，控制极化电机调节系统的极化角姿态。其中，每个电机的驱动控制分别由不同的反馈信号作为参考：倾角传感器与天线俯仰支撑臂粘连，将测量到的俯仰角位置信息以模拟电压的形式通过单片机的AD接口反馈给单片机，倾角传感器测量的俯仰角精度较高，为0.001度；限位开关分别在设备方位角到达90、180、270度时触发中断指令，以此开关信号测得方位角并反馈给单片机；电位计输出端将反映极化电机的位置信息即分压后的模拟信号输出到单片机的AD接口上，将极化角以线性电压的形式反馈给单片机，电位计测量范围为1～11V。单片机根据对应的反馈指令给出调整设备姿态的控制信号，以完成设备的粗对准。本发明优选进口步进电机驱动器，并在外壳刻有分辨率较高的刻度，经验证表明系统电机控制精度更高。

Wifi模块作为通信模块，通过2.4GHz无线传输信号实现上下位机间的通信。

信标机输出电压为0-10V，经两级运算放大器变换后降为0-2.5V。

调谐器作为辅助信号判据，单片机设置信号频率后可通过读取调谐器的寄存器值得到对星信号强度。

单片机采用译码器扩展中断接口数量(扩展到了八个)，从而连接八个按钮，以接收更多的按钮指令与限位开关警告信号。

电可擦除可编程只读存储器(E²PROM)作为数据信息存储模块，存储卫星信标频率、调谐器相关数据、卫星经纬度等关键信息，在系统启动时单片机通过I²C总线获取这些关键信息，使得系统实现历史数据的掉电保存。

GPS信号接收机通过传感器测出本地经纬度后，根据通信协议由RS-232串行通信接口发送给单片机，单片机可根据接受到的数据解算出设备应该到达的姿态位置角度。

本实用新型的工作过程为：

单片机通过Wifi模块接收上位机发出的或者从本地E²PROM中取出的要搜索卫星的卫星经度、信标频率、符号率等信息，然后结合GPS接收机测得的本地经纬度，解算出系统的姿态信息。而后由单片机使用可编程定时器模块产生PWM方波通过驱动器和驱动芯片驱动系统电机伺服系统(包括俯仰电机、倾角传感器、方位电机、限位开关、极化电机以及电位计)控制系统所在的设备达到解算出的姿态，以完成系统所在的设备的粗对准。在粗对准过程后，单片机利用AD模块读取信标机的电压返回值以及调谐器的寄存器返回值，根据信标机的电压返回值以及调谐器的寄存器返回值再进行进一步的姿态校正以完成更高精度的卫星对准。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种便携式卫星通信天线控制系统，其特征在于：包括单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、按钮、驱动器、俯仰电机、方位电机、倾角传感器、限位开关、极化电机、电位计、驱动芯片以及电源模块；信标机分别与单片机上的串行总线接口和AD接口连接；调谐器和电可擦除可编程只读存储器分别通过I²C总线与单片机的I²C接口进行双向连接；Wifi模块通过串行总线与单片机的串行总线接口进行双向连接；GPS接收机通过串行总线连接到单片机的串行总线接口上；按钮连接到单片机的I/O接口上；俯仰电机和方位电机通过驱动器与单片机的可编程定时器连接；倾角传感器粘接在俯仰电机机械臂上，倾角传感器通过串行总线连接到单片机的串行总线接口上；限位开关与单片机的I/O接口连接；极化电机通过驱动芯片与单片机的可编程定时器连接；电位计与极化电机通过齿轮同轴连接，电位计的输出端连接到单片机的AD接口上；电源模块为卫星通信天线控制系统的其他各模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种便携式卫星通信天线控制系统，其特征在于：所述电源模块包括AC-DC模块、DC-DC模块以及电压转换电路；AC-DC模块的输入端与85～265V的电源连接，输出端与DC-DC模块的输入端连接，DC-DC模块的输出端一方面与卫星通信天线控制系统中的俯仰电机、方位电机、极化电机以及驱动器连接，另一方面与电压转换电路的输入端连接，电压转换电路输出端分别与卫星通信天线控制系统的单片机、电可擦除可编程只读存储器、Wifi模块、调谐器、信标机、GPS接收机、倾角传感器、限位开关以及电位计连接。