航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元技术方案

本发明专利技术属于航天技术领域，涉及一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，具有采集、存储、处理和传输航天器多功能结构锂电池系统工作参数的功能。所述数据处理单元包括用于获取供电电源的电源接口模块、负责数据采集控制和处理的数据处理模块、采集外部信号的数据采集模块以及光纤控制器模块。本发明专利技术通过结合故障诊断功能和内置于外部反熔丝PROM中的程序代码，可实现外部最小安全系统，提高单机设备在空间强辐照环境中的生存能力；通过分时复用1553B总线的遥测通道，可作为数传接口下传Flash数据的冗余传输通道，提高数据安全性；通过采用新型电磁屏蔽材料、优化接地设计和滤波器设计，可实现单机良好的电磁兼容性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天
，具体涉及一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元。
技术介绍
随着航天技术的发展，高轨道、高价值、长寿命的大型航天器对产品轻量化提出了明确而迫切的需求。多功能结构技术将数据处理、热控、辐射防护、推进、发电和蓄电等功能、分系统或独立单元与航天器结构平台有机融合在一起，可以实现结构、功能与材料一体化成型，消除传统航天器大量冗余重量和体积，实现结构的轻量化。在航天器众多的分系统中，电源分系统(其中蓄电池部分是电源分系统的主要组成部分)和结构分系统是航天器质量和空间占比最大的分系统之一。航天器多功能结构锂电池系统采用国防科学技术大学新研究的多功能结构锂电池技术，结合先进的结构减振技术、复合材料/固态锂离子电池制备技术，将蓄电池组与结构分系统进行一体化融合设计，实现了结构与电源的高度融合，可以有效减轻航天器平台重量和体积，大大提高航天器的有效载荷比，延长航天器寿命，增加大型航天器的有效空间。为了获取航天器多功能结构锂电池系统的振动特性、结构支撑性能和蓄电池性能，需要研制新的数据采集设备，对航天器多功能结构锂电池系统在发射阶段及在轨运行期间的结构性能和电池性能数据进行采集、存储、处理和传输。而且该数据采集设备必须满足火箭平台与卫星平台在电磁兼
容及可靠性方面的苛刻要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，包括4个功能模块，即电源接口模块、数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块；所述航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元用于采集、存储、处理和传输航天器多功能结构锂电池系统的试验数据。所述电源接口模块的一路输入端连接外部卫星一次电源，获取整个数据处理单元的供电电源，另一路输入端接收卫星加断电遥控指令，其输出端为所述数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块等3个功能模块提供二次电源，并向卫星平台反馈加断电状态遥测参数；所述数据采集模块输入数据处理模块的控制参数，采集外部的加速度信号、温度信号、电压/电流信号，并输出至数据处理模块进行处理；所述数据处理模块的一路输入端从数据采集模块获取试验数据，一路输入端从1553B总线接收卫星数据指令，一路输入端从RS485总线接收应变数据；所述光纤控制器模块输入端分别与电源接口模块和数据处理模块连接，完成光纤控制器模块的加断电控制；同时将输入的应变检测光纤的激光信号检测和解析为应变数据，并通过RS485接口输出到数据处理模块。进一步地，所述电源接口模块包括一次电源接口电路、加断电控制电路、加断电遥测电路、二次电源变换电路。所述一次电源接口电路的输入端连接外部卫星一次电源，输出端连接加断电控制电路的输入端；所述加断电控制电路输入端连接卫星遥控指令
接口，输出端连接到二次电源变换电路和加断电遥测电路；所述加断电遥测电路输入端连接到加断电控制电路，输出端连接到外部卫星遥测接口；所述二次电源变换电路的输入端连接加断电控制电路，输出端连接到其他3个功能模块。进一步地，所述一次电源接口电路中的过流非平衡保护电路由两个并联保险管MGA-S-125V-1.4A和电阻RX21-1W-0.8Ω组成。所述二次电源变换电路中的浪涌电流抑制电路利用卫星一次电源给电阻电容回路充电，控制MOS管IRHNJ67230的G极(栅极)的电压逐渐上升，进而控制MOS管DS(源漏极)之间的阻值由无穷大逐渐变小，直至导通电阻降为0.13欧姆，达到控制加电电流斜率的目的。进一步地，所述二次电源变换电路采用IR公司生产的DC-DC专用滤波器AME280461X提高单机的电磁兼容性能。进一步地，所述数据处理模块包括处理器电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、数据采集控制接口电路、LVDS接口电路和RS485接口电路。所述处理器电路输入端分别连接到数据采集控制电路、固态存储电路、1553B总线接口电路和RS485接口电路，以获取数据(或指令)；同时处理器电路的输出端连接到数据采集控制接口电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、LVDS接口电路和光纤控制器电源接口电路，以输出控制信号或者处理后的试验数据。数据采集控制接口电路接收处理器电路的控制信号和数据，并向数据采集模块的模数转换电路及多选一模拟开关电路输出控制信号和控制数据；1553B总线接口电路连接处理器电路和卫星平台的综合电子分系统，实现数据指令和遥测数据的双向通信；LVDS接口电
路单向接收处理器电路发送的试验数据，并输出到卫星数传分系统；RS485接口电路接收光纤控制器输出的应变数据，并单向提交给处理器电路进行后期处理。所述数据处理模块利用内置于ARM的故障诊断代码，结合外部反熔丝PROM中的最小系统代码，在ARM程序异常时跳转执行外部最小安全系统，以提高单机设备在空间强辐照环境中的生存能力。进一步地，所述数据采集模块由传感器接口电路、传感器滤波电路、多路选一模拟开关电路、信号跟随器电路和模数转换电路组成。所述传感器接口电路驱动外部温度/加速度传感器工作，并获取传感器反馈的传感信号，通过传感器滤波电路后，与电压/电流信号一起，送至多路选一模拟开关电路和信号跟随器电路，最终由模数转换电路变换为数字信号，提交给数据处理模块。进一步地，所述传感器接口电路中的加速度传感器接口电路采用高通滤波器隔直滤波，消除加速度传感器偏置电压影响。进一步地，所述光纤控制器模块主要包括光纤控制器加断电控制电路和光纤控制器电路两部分；所述光纤控制器加断电控制电路输入端连接电源接口模块的二次电源变换电路和数据处理模块的处理器电路，输出端连接光纤控制器；光纤控制器一路输入端连接光纤控制器电源接口电路输出的电源，另一路输入端连接外部检测光纤获取应变信号；输出端通过RS485总线连接数据处理模块的RS485接口电路。进一步地，所述光纤控制器模块以板卡形式集成到单机内部，并采用双RS485通信接口，提高系统可靠性。进一步地，所述电源接口模块、数据处理模块、数据采集模块均进行备份设计，备份模块确保运转模块失效时，数据处理单元能够正常运行。进一步地，所述电源接口模块、数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块在关键电路的电容、电阻元器件在模块中均采用冗余备份设计。进一步地，所述航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元包含电连接器法兰盘，所述电连接器法兰盘与铝制机壳的接触部分涂覆导电胶，屏蔽电磁辐射，提高单机的电磁兼容性能。采用本专利技术获得的有益效果：本专利技术用于采集、存储、处理和传输航天器多功能结构锂电池系统的试验数据(工作参数)。所采集的信号种类多(温度、电压、电流、应变和加速度信号)、路数多(48路)和速率高(120KHz)；能提供内部数据固存功能和多种数据下传接口功能；同时在产品安全性和可靠性方面进行了重点设计。附图说明图1为本专利技术的组成原理示意框图；图2为电源接口模块的原理框图；图3为一次电源接口电路与加断电控制电路图；图4为二次电源变换电路图；图5为数据处理模块的处理器电路组成框图；图6为光纤控制器电源接口电路图；图7为光纤控制器原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。本专利技术所述的航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元是航天器多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：包括4个功能模块，即电源接口模块、数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块，具有采集、存储、处理和传输航天器多功能结构锂电池系统工作参数的功能。

【技术特征摘要】
1.一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：包括4个功能模块，即电源接口模块、数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块，具有采集、存储、处理和传输航天器多功能结构锂电池系统工作参数的功能。2.根据权利要求1所述的一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：所述电源接口模块的一路输入端连接外部卫星一次电源，获取整个数据处理单元的供电电源，另一路输入端接收卫星加断电遥控指令，其输出端为所述数据处理模块、数据采集模块和光纤控制器模块等3个功能模块提供二次电源，并向卫星平台反馈加断电状态遥测参数；所述数据采集模块输入数据处理模块的控制参数，采集外部的加速度信号、温度信号、电压/电流信号，并输出至数据处理模块进行处理；所述数据处理模块的一路输入端从数据采集模块获取试验数据，一路输入端从1553B总线接收卫星数据指令，一路输入端从RS485总线接收应变数据；所述光纤控制器模块输入端分别与电源接口模块和数据处理模块连接，完成光纤控制器模块的加断电控制；同时将输入的应变检测光纤的激光信号检测和解析为应变数据，并通过RS485接口输出到数据处理模块。3.根据权利要求1所述的一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：所述电源接口模块包括一次电源接口电路、加断电控制电路、加断电遥测电路、二次电源变换电路。4.根据权利要求3所述的一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：所述一次电源接口电路的输入端连接外部卫星一次电源，输出端连接加断电控制电路的输入端；所述加断电控制电路输入端连接卫星遥控指令接口，输出端连接到二次电源变换电路和加断电遥测电路；所述加断电遥测电路输入端连接到加断电控制电路，输出端连接到外部卫星遥测接口；所述二次电源变换电路的输入端连接加断电控制电路，输出端连接到其他3个功能模块。5.如权利要求1所述的一种航天器多功能结构锂电池系统数据处理单元，其特征在于：所述数据处理模块主要包括处理器电路、固态存储电路、1553B总线接口电路、数据采集控制接口电路、LVDS接口电路和RS485接口电路；所述处理器电路输入端分别连接到数据采集控制电路、固态存储电路、1553B总线接口电路和R...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，朱晓智，李东旭，范才智，姬战强，李爱青，占丰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43