一种空间站环境控制与生命保障系统控制器及控制方法与流程

本发明属于自动控制领域，涉及一种空间站环境控制与生命保障系统控制器及控制方法。

背景技术：

目前应用于我国载人飞船的环境控制与生命保障系统主要是保证航天员短期在轨停留，并且不能进行在轨更换和维修。空间站长期在轨(15年)有人值守需要进行庞大的数据传输、再生和非再生子系统管理以及在轨维修等，传统的环境控制与生命保障系统不能满足空间站航天员在轨驻留的要求，因此需要开发一种新的舱内环境控制与生命保障装置，用于实现水处理子系统、尿处理子系统、co2去除子系统、电解制氧子系统、微量去除子系统的管理，对太空生活环境中再生和非再生子系统实时监测与控制，具备可靠性高、实时性强的特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种空间站环境控制与生命保障系统控制器及控制方法，通过高速数据传输、再生与非再生子系统管理以及单机在轨更换等技术实现再生和非再生子系统太空生活环境的实时监测与控制，为航天员提供可靠的生活环境参数实时数据，用于保证太空生活环境的安全，满足航天员长期在轨驻留的需要。

为了实现上述目的，本发明空间站环境控制与生命保障系统控制器在结构上包括：

多个冗余设置的供电单元和多个冗余设置的环境控制与生命保障系统单元，所述的供电单元能够将一次母线上的电压转换成二次直流电压供给环境控制与生命保障系统单元，环境控制与生命保障系统单元之间通过交互通道进行连接；所述的环境控制与生命保障系统单元包括处理器模块和电源转换模块，处理器模块连接子系统管理模块、数据上送模块、状态遥测模块、复位电路、时钟电路、数据存储器和程序存储器，所述的子系统管理模块通过系统管理总线对各个子系统的数据进行集中管理，数据上送模块通过对外总线将子系统管理模块处理后的数据上送到数据管理系统，状态遥测模块将处理器模块自身工作状态发送到测控系统，复位电路为处理器模块提供上电初始复位信号，时钟电路为处理器模块提供工作时钟信号；所述的电源转换模块通过低压差线性稳压器ldo将供电单元提供过来的二次直流电压分别转换成子系统管理模块、数据上送模块以及状态遥测模块所需要的工作电压。

所述的交互通道包括用于进行状态交互的集电极开路门电平信号电路和进行数据交互的rs422总线。处理器模块采用国产bm3803处理器，数据存储器和程序存储器的容量均为2m字节。子系统管理模块工作在bc模式，数据上送模块工作在rt模式；系统管理总线与对外总线均采用1553b总线。供电单元供给环境控制与生命保障系统单元的二次直流电压为+5v，电源转换模块将供电单元提供过来的二次直流电压分别转换成+3.3v和+1.8v电压。子系统包括水处理子系统、尿处理子系统、co2去除子系统、电解制氧子系统、微量去除子系统。

本发明空间站环境控制与生命保障系统控制器的控制方法，包括以下步骤：

a.收集水处理子系统控制器、尿处理子系统控制器、co2去除子系统控制器、电解制氧子系统控制器、微量去除子系统控制器对各个子系统的环境监测数据；

b.通过系统控制器对收集到的环境监测数据进行分析处理：

b-1.系统缺水时发送供水阀开启指令，水满时发送液满报警指令；

b-2.根据需要，发送指令对航天员尿液进行排放和处理；

b-3.根据空间站中的co2浓度高低开启co2去除操作，保证co2含量在正常范围内；

b-4.根据空间站中的氧气浓度高低开启或关闭制氧阀，保证氧气含量和航天员安全；

b-5.根据微量元素的检测结果，对微量元素进行去除操作，保证微量元素在正常范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过设置完全冗余设置的供电单元和环境控制与生命保障系统单元，由上游供电系统根据系统控制器工作状态对供电单元的开关进行独立控制，提高了产品供电系统的可靠性。环境控制与生命保障系统单元主要用于舱内各子系统的管理，实现再生和非再生子系统的实时监测与控制，提供可靠的环境参数实时数据。本发明采用集中式管理方式，实时监测与控制航天员舱内生活环境，改变了以往环境控制与生命保障系统分布式管理中的数据分散、管理复杂等弊端，提高了系统管理的效率，解决空间站长期有人在轨驻留情况下的环境控制问题，为航天员提供舒适的在轨工作生活环境。

附图说明

图1本发明系统控制器的实现原理框图；

图2本发明供电单元的实现原理框图；

图3本发明环境控制与生命保障系统单元的结构框图；

图4本发明系统控制器的实施结构框图；

附图中：1-处理器模块；2-子系统管理模块；3-数据上送模块；4-状态遥测模块；5-复位电路；6-时钟电路；7-数据存储器；8-程序存储器；9-电源转换模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，空间站环境控制与生命保障系统控制器包括两个完全冗余的供电单元和两个完全冗余的环境控制与生命保障系统单元，两个完全冗余的环境控制与生命保障系统单元通过集电极开路门电平信号电路进行状态交互，通过rs422总线进行数据交互。

参见图2，本发明的供电单元主要为环境监测与生命保障系统单元提供电源，能够将一次母线上的电压转换成二次直流电压供给环境控制与生命保障系统单元。

参见图3，本发明系统控制器中的环境控制与生命保障系统单元包括处理器模块1和电源转换模块9，处理器模块1连接子系统管理模块2、数据上送模块3、状态遥测模块4、复位电路5、时钟电路6、数据存储器7和程序存储器8。处理器模块1采用国产bm3803处理器，数据存储器7和程序存储器8的容量均为2m字节。子系统管理模块2通过系统管理总线对各个子系统的数据进行集中管理，子系统包括水处理子系统、尿处理子系统、co2去除子系统、电解制氧子系统、微量去除子系统。数据上送模块3通过对外总线将子系统管理模块2处理后的数据上送到数据管理系统，状态遥测模块4将处理器模块1自身工作状态发送到测控系统，子系统管理模块2工作在bc模式，数据上送模块3工作在rt模式，系统管理总线与对外总线均采用1553b总线。复位电路5为处理器模块1提供上电初始复位信号，时钟电路6为处理器模块1提供工作时钟信号。电源转换模块9通过低压差线性稳压器ldo将供电单元提供过来的+5v二次直流电压分别转换成子系统管理模块2、数据上送模块3以及状态遥测模块4所需要的+3.3v和+1.8v电压。

本发明空间站环境控制与生命保障系统控制器的控制方法，包括以下步骤：

a.收集水处理子系统控制器、尿处理子系统控制器、co2去除子系统控制器、电解制氧子系统控制器、微量去除子系统控制器对各个子系统的环境监测数据；

b.通过系统控制器对收集到的环境监测数据进行分析处理：

b-1.系统缺水时发送供水阀开启指令，水满时发送液满报警指令；

b-2.根据需要，发送指令对航天员尿液进行排放和处理；

b-3.根据空间站中的co2浓度高低开启co2去除操作，保证co2含量在正常范围内；

b-4.根据空间站中的氧气浓度高低开启或关闭制氧阀，保证氧气含量和航天员安全；

b-5.根据微量元素的检测结果，对微量元素进行去除操作，保证微量元素在正常范围内。

通过实际应用验证，该装置实现了系统中各个再生与非再生子系统的集中管理。使用时通过供配电系统为控制器供电，控制器加电后自动运行，实时收集舱内各子系统控制器采集的生活环境参数数据，并能够对数据进行集中处理和分析，给出舱内生活环境的评价结果，向各子系统控制器分发控制命令，通过子系统控制器对各个子系统进行环境参数调节，保证航天员在轨太空生活环境的安全和长期在轨驻留。该控制器已完成研制并交付用户进行地面联试使用，各项功能性能指标满足用户要求，控制器工作正常。