包括微能量收集单元和电源管理单元，所述太阳敏 感器探头包含四象限型单结神化嫁光电池组件和通光掩模板，所述信号采集处理及无线通 讯单元包括信号采集处理单元、无线通讯单元和PROM程序存储器，所述太阳敏感器的工作 视场为65度X65度。
[0052] 微能量收集单元采用3CM*4CM的单片Ξ结神化嫁光电池片设置于太阳敏感器外侧 表面；电源管理单元中，能量收集忍片采用linear公司的LTC3105忍片配合外围电路设计， 实现低启动能量转换电压，转换电压下限值为225mV，且集成有MPPC最大功率点跟踪控制 器，通过上述配置，使得太阳敏感器视场在75度时（即尚未达到太阳敏感器的工作视场），即 可启动微能量收集单元的能量收集工作，为所述太阳敏感器的信号采集处理及无线通讯单 元先行上电工作。LTC3105忍片提供两路电源一副电源化DO与主电源VouT，其到达额定电压时 间有先后顺序，为保证处理器正常下载PROM的程序，选取先到达额定电压的化DO为PROM程序 存储器供电，后到达额定电压的VouT为信号采集处理及无线通讯单元和能量存储单元供电， 采用2片0.47UF的超级电容并联作为所述能量存储单元。
[0053]太阳敏感器探头包括四象限单结神化嫁光电池组件与通光掩模板。四象限单结神 化嫁光电池是在一片正方形单结神化嫁光电池上光刻出四个独立的同尺寸同面积的光敏 元素。在其正上方设置一带有正方形通光孔的掩膜板，透过通光孔的太阳光线在四象限单 结神化嫁光电池上投影，通过比较四象限输出的光电流的关系，即可计算得到太阳光线的 两轴偏转角：
[0化4]
[00对式中，α、β分别为俯仰角、偏航角，Ii~14是敏感器四个检测象限电流输出，d、b、h分 别为光电池单个光敏元素的边长、光电池各光敏元素间隔、掩模板与光电池表面距离。
[0056] 信号采集处理单元包括SPI接口模块、处理器、I/V变换模块、增益放大模块和AD采 集与信号处理模块，所述四象限型单结神化嫁光电池组件的象限电流经过电流/电压的I/V 变换，输入到所述信号采集处理单元，依次经所述增益放大模块和AD采集与所述信号处理 模块的增益放大和AD采集处理后，输入所述处理器，所述处理器经所述SPI接口模块从所述 PROM程序存储器下载PROM程序，所述处理器通过所述通讯单元与卫星平台间进行数据传 输。信号采集处理单元采用3.3V供电，最低工作电压为1.9V。处理器采用N0DIC公司的 nRF9E5忍片，该忍片为一款SoC，内部包含增益放大、AD转换器、高性能51处理，SPI，除上述 功能模块外，还包含无线通讯收发器。光电池四象限电流信号经过I/V变换后，进入nRF9E5 忍片的41化、41肥、4抑3、4抑4管脚，完成放大、40采集。
[0057] PROM程序存储器采用外部式设计，当信号采集处理单元的处理器上电时，从外部 PROM读取下载程序代码至处理器内部。为确保系统可靠运行，时序上保证先为PROM供电，再 为处理器供电。
[0化引工作期间，处理器对VouT进行采集监控，当电压达到3.0V时，进行交互通讯，当电压 低于3.0V时，只进行周期发送数据操作，不进行接收操作。
[0059] 无线通讯单元的通讯频段采用ISM频段中433MHz的频率，采用PCB天线设计，为确 保信号的杨通，在结构的侧面采用非金属材料进行密封。
[0060] 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1. 一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器，包括微能量收集及电源管理单元、太阳敏 感器探头和信号采集处理及通讯单元，所述微能量收集及电源管理单元包括微能量收集单 元和电源管理单元，所述微能量收集单元包含单片三结砷化镓光电池组件，用以收集光能 转化为电能输送给所述电源管理单元，所述电源管理单元利用收集到的能量提供稳定的电 源输出，供给所述信号采集处理及通讯单元； 所述太阳敏感器探头包含四象限型单结砷化镓光电池组件和通光掩模板，并通过所述 四象限型单结砷化镓光电池组件配合所述通光掩模板实现双轴角度测试，所述通光掩模板 位于所述四象限型单结砷化镓光电池组件正上方，且所述通光掩模板所在平面与所述四象 限型单结砷化镓光电池组件所在平面平行;所述单片三结砷化镓光电池组件与所述通光掩 模板均设置于所述太阳敏感器的外侧表面，且所述单片三结砷化镓光电池组件所在平面与 所述通光掩模板所在平面大致处于同一平面； 所述信号采集处理及通讯单元包括信号采集处理单元、通讯单元和PROM程序存储器， 所述信号采集处理单元用于从所述PROM程序存储器下载PROM程序、对所述太阳敏感器探头 的输入电流进行处理和通过所述通讯单元与卫星平台间进行数据传输。2. 如权利要求1所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述通讯单元 为无线通讯单元，所述无线通讯单元包括无线通讯收发器和PCB天线，用以实现与卫星平台 间的短距离低功耗的无线数据传输。3. 如权利要求1或2所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述太阳 敏感器进一步包括能量存储单元，所述电源管理单元将供给所述信号采集处理及通讯单元 后富余的能量输送给所述能量存储单元进行能量的存储，所述能量存储单元用以在所述太 阳敏感器处于低光照或无光照的条件下提供能量以及在通讯收发的瞬间大能耗时提供能 量。4. 如权利要求3所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述能量存储 单元采用超级电容进行能量的存储。5. 如权利要求1所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述电源管理 单元可提供主电源和副电源两路电源，所述主电源为所述信号采集处理及通讯单元供电， 副电源为所述PROM程序存储器供电。6. 如权利要求4所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述电源管理 单元可提供主电源和副电源两路电源，所述主电源为所述信号采集处理及通讯单元和所述 超级电容供电，副电源为所述PROM程序存储器供电。7. 如权利要求5或6所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述副电 源比所述主电源先达到额定电压。8. 如权利要求1所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:在所述四象限 型单结砷化镓光电池组件的四周设置监视码电池，所述监视码电池为光敏器件，用以监视 光照处于视场内外的状态以及太阳出入视场的方向。9. 如权利要求3所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:在所述太阳敏 感器处于低光照或无光照状态时，所述信号采集处理单元的处理器根据所述能量存储单元 的储能情况和预计的低光照或无光照状态持续时间，调整所述太阳敏感器与卫星平台间通 讯的收发周期和/或收发模式。10.如权利要求9所述的基于光伏微能量收集的太阳敏感器，其特征在于:所述调整所 述太阳敏感器与卫星平台间通讯的收发周期为:增大所述太阳敏感器与卫星平台间通讯的 周期间隔；所述调整所述太阳敏感器与卫星平台间通讯的收发模式为:所述太阳敏感器只 进行通讯数据的发送操作，不进行通讯数据的接收操作。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器，包括微能量收集及电源管理单元、太阳敏感器探头、信号采集处理及通讯单元和能量存储单元；所述微能量收集及电源管理单元包括微能量收集单元和电源管理单元，所述太阳敏感器探头包含四象限型单结砷化镓光电池组件和通光掩模板，所述信号采集处理及通讯单元包括信号采集处理单元、通讯单元和PROM程序存储器。
【IPC分类】H02J7/35, G01C21/02
【公开号】CN105444760
【申请号】CN201510857639
【发明人】梁鹤, 吕政欣, 盖芳钦, 陈然, 王春宇, 徐晓丹
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月30日