一种光谱成像仪控制器电路制造技术

本发明专利技术提供一种光谱成像仪控制器电路，解决了现有技术集成度低、可靠性差、维护不方便、芯片需求及资源占有量大等问题。该光谱成像仪控制器电路主要包括六个电路板，其中下位机控制板中的CPU直接接收来自模拟量遥测采集板的模拟量、来自摆镜电机驱动及编码角度采集板的摆镜编码角度以及数管分系统通过CAN总线下发的指令，直接输出各种加断电指令、摆镜配置参数及驱动脉冲和通过CAN总线回传给数管分系统的反馈参数；CPU通过FPGA经内部总线接口间接获得光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作信息，CPU通过FPGA经内部总线接口间接输出光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作指令以及同步信号和秒脉冲信号。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱成像仪控制器电路
本专利技术涉及一种光谱成像仪控制器电路。
技术介绍
目前，星载的宽覆盖、高分辨率高光谱成像仪载荷设计为高光谱成像仪分系统，作为下位机与数据管理分系统(涉及命令、参数配置)、数据传输分系统(涉及业务数据)通信。高光谱成像仪分系统主要包括光谱成像仪主体、以及放置于载荷舱内的信号处理器和光谱成像仪控制器。信号处理器与光谱成像仪主体、数据传输分系统以及光谱成像仪控制器通信；光谱成像仪控制器与光谱成像仪主体、数据管理分系统以及信号处理器通信。电源分系统为高光谱成像仪分系统供电(作为一次电源输入)。其中：光谱成像仪主体包含：可见光光谱成像电路、短波红外光谱成像电路及其定标灯以及实现穿轨指向的摆镜组件。主成像系统采用大孔径干涉光谱成像技术，利用推扫成像的方式，通过干涉仪、光学成像镜获取目标辐射信息，由面阵探测器转换输出地面目标的空间图像信息和光谱干涉信息。其中可见光波段输出数字图像，短波红外波段输出模拟图像，摆镜组件实现穿轨成像指向与星上定标指向。信号处理器通常包括：压缩编码电路、红外制冷机驱动电路、热控管理电路等，主要将短波红外光谱成像仪获得的短波红外干涉图模拟信号转换为数字图像，对可见光、红外干涉图像数据进行压缩编码，将压缩后的数据打包后输出给数传分系统；同时实现制冷机驱动控制、分系统热控管理功能。光谱成像仪控制器主要完成分系统成像、压缩、控制电路供配电控制、遥控遥测、摆镜控制、定标供电等功能。目前，常规的光谱成像仪控制器电路集成度低，可靠性差，存在开发难度大、维护不方便、芯片需求及资源占有量大、成本高等缺陷，无法满足现有航天产品对可靠性、资源占有率以及成本等方面的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种光谱成像仪控制器电路，旨在解决现有光谱成像仪控制器电路集成度低、可靠性差、开发难度大、维护不方便、芯片需求及资源占有量大等问题。本专利技术的解决方案如下：该光谱成像仪控制器电路，其特征在于，包括：模拟量遥测采集板，设置有多路模拟开关、电压跟随器和A/D转换器；所述多路模拟开关对应于输入的多种模拟量状态信号，由下位机控制板中的CPU通过内部数据地址总线控制多路模拟开关分时转换采集通道，目标采集通道中的模拟量状态信号经过所述电压跟随器隔离送入A/D转换器，直接输出至下位机控制板中的CPU；下位机控制板，设置有CPU、程序存储器和FPGA，CPU将内部总线扩展及总线帧频信息发送给FPGA，FPGA通过数据地址总线驱动器与CPU进行信号交换；CPU直接(通过外部总线接口)接收来自模拟量遥测采集板的模拟量、来自摆镜电机驱动及编码角度采集板的摆镜编码角度以及数管分系统通过CAN总线下发的指令，直接(通过外部总线接口)输出各种加断电指令、摆镜配置参数及驱动脉冲和通过CAN总线回传给数管分系统的反馈参数；CPU通过FPGA经内部总线接口间接获得光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作信息，CPU通过FPGA经内部总线接口间接输出光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作指令以及同步信号和秒脉冲信号；定标电源及控制指令生成板，设置有定标电源模块、继电器、驱动电路，所述定标电源模块将控制器电源板提供的电源电压变换后输出为光谱成像仪的定标灯供电，并通过所述CPU产生对所述继电器的驱动控制信号，实现对定标灯的加断电和切换；摆镜电机驱动及编码角度采集板，用于根据下位机控制板给出的摆镜配置参数及驱动脉冲，输出摆镜电机驱动信号，并采集摆镜限位反馈信号及编码器角度信号，通过内部数据总线送至下位机控制板；控制器电源板，设置有电源模块DC-DC，由外部电源供电，并通过继电器实现一次电源输入使能、二次电源输出使能及电源变换；设备电源控制板，基于控制器电源板提供的二次电源，并根据CPU的加断电指令通过继电器使能电压输出，分别为信号处理器和光谱成像仪主体供电。基于以上方案，本专利技术还进一步作了如下优化：所述输入的多种模拟量状态信号包括：(1)来自光谱成像仪主体的可见光成像电路、红外成像电路的工作电压、红外制冷机温度测量电压值；(2)控制器电源板的供电电压、一次电源输入使能信号；(3)来自信号处理器的压缩编码电路、红外制冷机驱动电路的工作电压。所述内部总线接口支持三路双向RS485总线和两路单向RS485总线；通过双向RS485总线对可见光成像电路、红外成像电路、压缩编码电路的命令设置及参数设置，接收可见光成像电路、红外成像电路、压缩编码电路的遥测数据；内部同步信号和秒脉冲信号各自组成单相信号通过单向RS485总线输出可见光、红外帧同步信号和秒脉冲信号。所述定标电源及控制指令生成板还集成有时间基准信号收发电路和选通输出控制电路；时间基准信号收发电路接收来自数管分系统的两路所述秒脉冲信号，发送到选通输出控制电路进行自主选择输出；两路秒脉冲信号中，一路对应于可见光成像电路，另一路对应于红外成像电路。模拟量遥测采集板、下位机控制板、定标电源及控制指令生成板、摆镜电机驱动及编码角度采集板、控制器电源板以及设备电源控制板均设置有主份、备份。本专利技术具有以下优点：该光谱成像仪控制器电路集成度高，存储资源较少，进行了模块化设计，易于维护，修改简便，可靠性高；所需芯片较少，成本低，通过内部485总线扩展将指令、秒脉冲分发给多个单机，避免了对高性能芯片的依赖。该光谱成像仪控制器电路通过can总线接收来自数管的加断电指令、帧频参数等其他辅助数据，能够支持定标模式下控制光谱仪定标灯工作；通过RS485总线与可见光成像电路、压缩编码成像电路进行数据交换，通过A/D模拟量采集可遥测可见光、红外成像电路电压和电流信息；通过摆镜电机驱动及编码角度模块实现摆镜步进电机驱动及编码器角度编码，能够满足高光谱成像仪等待模式、成像模式、定标模式的工作需求。附图说明图1为本专利技术的高光谱成像仪控制器电路及其外围输入输出的示意图。图2为AD采集电路原理图。图3为32路模拟电压输入模拟开关示意图。图4为程序存储器扩展电路设计原理图。图5为内部双向485串行接口设计电路原理图。图6为外部通信CAN总线接口电路设计原理图。图7为定标电源及控制指令生成板的原理图。图8为摆镜电机驱动及编码角度采集板的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例详述本专利技术。如图1所示，本专利技术的高光谱成像仪光谱仪控制器电路由以下电路板组成：一、模拟量遥测采集板：采集的模拟量信息有：a、可见光成像电路、红外成像电路的工作电压、红外制冷机温度测量电压值等状态信息(来自光谱成像仪主体)；b、控制器电源板的供电电压、一次电源加断电及主备切换继电器等状态信息；c、压缩编码电路、红外制冷机驱动电路的工作电压等状态信息(来自信号处理器)。这里所说的“红外制冷机”可以认为属于红外成像电路的一部分。根据需要，控制器自身、信号处理器和光谱成像仪主体的部分状态信息(包括部分工作电压、红外制冷机温度测量电压值及红外制冷机锁定解锁状态等)，通过下位机控制板上传至数管分系统。这里，“一次电源”即来自电源分系统的输入电压，相对的，“二次电源”指光谱仪控制器内电源模块的输出电压。该模拟量遥测采集板主要由多路模拟开关(32路模拟量采集输入)、跟随器、A/D转换器组成，采集输入电压通过电压跟随器将要采集的电压输入到A/D转换器的采集输入端，采集结果通过内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱成像仪控制器电路，其特征在于，包括：模拟量遥测采集板，设置有多路模拟开关、电压跟随器和A/D转换器；所述多路模拟开关对应于输入的多种模拟量状态信号，由下位机控制板中的CPU通过内部数据地址总线控制多路模拟开关分时转换采集通道，目标采集通道中的模拟量状态信号经过所述电压跟随器隔离送入A/D转换器，直接输出至下位机控制板中的CPU；下位机控制板，设置有CPU、程序存储器和FPGA，CPU将内部总线扩展及总线帧频信息发送给FPGA，FPGA通过数据地址总线驱动器与CPU进行信号交换；CPU直接接收来自模拟量遥测采集板的模拟量、来自摆镜电机驱动及编码角度采集板的摆镜编码角度以及数管分系统通过CAN总线下发的指令，直接输出各种加断电指令、摆镜配置参数及驱动脉冲和通过CAN总线回传给数管分系统的反馈参数；CPU通过FPGA经内部总线接口间接获得光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作信息，CPU通过FPGA经内部总线接口间接输出光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作指令以及同步信号和秒脉冲信号；定标电源及控制指令生成板，设置有定标电源模块、继电器、驱动电路，所述定标电源模块将控制器电源板提供的电源电压变换后输出为光谱成像仪的定标灯供电，并通过所述CPU产生对所述继电器的驱动控制信号，实现对定标灯的加断电和切换；摆镜电机驱动及编码角度采集板，用于根据下位机控制板给出的摆镜配置参数及驱动脉冲，输出摆镜电机驱动信号，并采集摆镜限位反馈信号及编码器角度信号，通过内部数据总线送至下位机控制板；控制器电源板，设置有电源模块DC‑DC，由外部电源供电，并通过继电器实现一次电源输入使能、二次电源输出使能及电源变换；设备电源控制板，基于控制器电源板提供的二次电源，并根据CPU的加断电指令通过继电器使能电压输出，分别为信号处理器和光谱成像仪主体供电。...

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像仪控制器电路，其特征在于，包括：模拟量遥测采集板，设置有多路模拟开关、电压跟随器和A/D转换器；所述多路模拟开关对应于输入的多种模拟量状态信号，由下位机控制板中的CPU通过内部数据地址总线控制多路模拟开关分时转换采集通道，目标采集通道中的模拟量状态信号经过所述电压跟随器隔离送入A/D转换器，直接输出至下位机控制板中的CPU；下位机控制板，设置有CPU、程序存储器和FPGA，CPU将内部总线扩展及总线帧频信息发送给FPGA，FPGA通过数据地址总线驱动器与CPU进行信号交换；CPU直接接收来自模拟量遥测采集板的模拟量、来自摆镜电机驱动及编码角度采集板的摆镜编码角度以及数管分系统通过CAN总线下发的指令，直接输出各种加断电指令、摆镜配置参数及驱动脉冲和通过CAN总线回传给数管分系统的反馈参数；CPU通过FPGA经内部总线接口间接获得光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作信息，CPU通过FPGA经内部总线接口间接输出光谱成像仪主体和信号处理器的具体工作指令以及同步信号和秒脉冲信号；定标电源及控制指令生成板，设置有定标电源模块、继电器、驱动电路，所述定标电源模块将控制器电源板提供的电源电压变换后输出为光谱成像仪的定标灯供电，并通过所述CPU产生对所述继电器的驱动控制信号，实现对定标灯的加断电和切换；摆镜电机驱动及编码角度采集板，用于根据下位机控制板给出的摆镜配置参数及驱动脉冲，输出摆镜电机驱动信号，并采集摆镜限位反馈信号及编码器角度信号，通过内部数据总线送至下位机控制板；控制器电源板，设置有电源模块DC-DC，由外部电源供电，并通过继...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文龙，刘学斌，石兴春，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61