专利名称：一种实现卫星串口通信的方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信技术，尤其是实现卫星串口通信的方法，用于大型卫星或需要机动卫星及航天器姿态控制系统的执行机构控制力矩陀螺中。
背景技术：
卫星运行过程中通过卫星姿轨控系统不停地实时地调整自己的姿态以适应需要，控制力矩陀螺作为姿轨控系统的主要执行者，它要不停地接收卫星的命令以提供不同的力矩输出并把自身的工作状态等信息实时地反馈给卫星，这样实现卫星高可靠地工作，他们之间的这种信息交换通过串口通信完成。在以往的卫星串口通信中，通常采用专用的串并转换芯片以实现卫星与从属设备之间的串口通信，此种串口通信方式存在的问题是要多增加外围电路器件，如果接收的命令和回传的数据很长，这将大大影响CPU的工作效率，并降低了系统的可靠性；器件的增加也将影响系统的可靠性；结构复杂、体积大而重、传输精度低，难以适应卫星系统的发展需求，因此研制新型的串口通信方式势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现卫星串口通信的方法，它能使控制力矩陀螺很好地受控于卫星。为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种实现卫星串口通信的方法，其包括如下步骤I)选实现串口通信的器件包括反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片、数字信号处理DSP芯片、差分信号转换芯片，上位机通过串口通信器件实现与控制力矩陀螺通信；2)上位机发送控制指令，转换芯片把差分信号转化为串行信号上位机发送指令给控制力矩陀螺，为两路差分信号，通过差分信号转换芯片转化为串行信号；3)在反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中实现的串口接收程序接收串行信号并译码，接收到一帧数据指令后发送一个脉冲信号作为数字信号处理DSP芯片的中断信号，通过总线交互，数字信号处理DSP芯片读取反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中获取的上位机控制指令；4)数字信号处理DSP芯片经过一系列数据处理后，回传包括控制力矩陀螺的工作状态信息给FPGA芯片；5) FPGA芯片读取DSP芯片的回传指令，经过编码后按串行数据帧格式按位发送并经差分信号转换芯片转换为两路差分信号给上位机，由此整个过程实现了上位机与控制力矩陀螺的通信。
所述的步骤3)中，串口信号的接收是不断检测串口信号线，当为低时开始接收串口数据，先接收高字节，接收完串口数据的每个字节后组成帧命令存放在寄存器中，尔后发送中断信号通知DSP读取，通过总线交互由DSP读取数据。所述的步骤4、5)中，串口信号的发送是通过总线交互，FPGA读取DSP中控制力矩陀螺要回传给上位机的数据,接收完一帧数据后,按串行数据帧格式编码,高字节先发送直至低字节，然后按位发送出去给差分信号转换芯片转换成两路差分信号。本发明采用反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片、数字信号处理DSP芯片、差分信号转换芯片为串口通信的器件，与现有技术相比，其优点和有益效果是I)能够有效地实现上位机与控制力矩陀螺通信，提高了通信精度高、速度和可靠性，能够实时调整卫星姿态，使卫星更好的运行；2)结构紧凑、减少了体积和重量，减少了串口通信的器件。
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。图1是本发明的串口通信结构框图；图2是本发明串行数据的帧格式示意图；图3是本发明的串口接收流程图； 图4是本发明的串口发送流程图。
具体实施例方式参见图1，是本发明串口通信结构框图，包括上位机模块、型号为A54SX72A的反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片、型号为TMS320VC33的数字信号处理DSP芯片、型号为MAX3070E的差分信号转换芯片，上位机发送指令给控制力矩陀螺，从上位机发出来的指令为两路的差分信号，通过MAX3070E的差分信号转换芯片转化为一路的串行信号，串行信号是按字节传输的，一个命令为一帧，经过反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片的译码，判断接收完一帧命令后，产生中断信号给DSP芯片，通过总线交互，DSP芯片读取反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中存储的数据，然后通过与上位机约定的协议使控制力矩陀螺按地面系统指令运行，即完成了串口接收过程。同样上位机需要接收控制力矩陀螺的信息包括外框架的工作状态、外框架当前的角度以及外框架的角速度等。DSP芯片会把相应的信息按照约定的协议组成一帧通过总线交互发送给FPGA芯片，在FPGA芯片按照上位机能接收的串口协议编码后发送给MAX3070E的差分信号转换芯片，转换成两路差分信号给上位机接收，即完成了串口发送过程。在功能模块中加MAX3070E的差分信号转换芯片是为了增加串口通信的距离并减少串口通信中所受的干扰。参见图2，是串行信号的帧格式示意图，串行信号是以一个字节为一个单位；按从最低位到最高位发送，在最低位前加个起始位，在最高位后加一个结束位，即为一个字节的发送；一帧为多个这样的字节组成的，多个字节的发送为先发送高字节。参见图3，是串口接收的流程图，闲置状态下(没有发送串口信号)，串口信号为高，程序为了不断地检测串口信号，当串口信号为低时表明有串口信号发出来了，避免因为毛刺等原因造成的串口信号为低，检测信号采用波特率32倍的采样频率，连续采集中间的3位数据，如果为低表明串口信号来了，开始接收数据；同样为了保证接收数据的正确性，采用32倍于波特率的采样频率采样数据，连续采集中间的三位数据，如果相同，则视为正确数据，然后接收下一位bit，连续接收10位bit则为接收了一个字节，如果连续采集的三位数据不相同，则视为接收了错误的数据，重新返回去检测串口信号的电平；一帧命令由多个字节组成，如果没有接收完则继续按上述步骤采集每个字节，如果采集完一帧以后则把数据存放于寄存器中，并产生一个中断信号给数字信号处理DSP芯片通知反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片已经完成译码，等待数字信号处理DSP芯片可以读取；数字信号处理DSP芯片响应中断，将信号Rec_rdy拉低，通知反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片把数据挂上总线以供DSP芯片读取；当DSP芯片读完数据以后，重新将Rec_rdy拉高以释放总线。整个串口接收的过程就完成了，高倍的采样频率连续采集以甄别采集数据的正确性是可靠地实现串口通信的关键技术。参见图4，是串口发送的流程图，发送模块一直处于等待状态，等待接收数字信号处理DSP芯片的指令，即一直判断SencLrdy信号是否为低，若为低，即为数字信号处理DSP芯片把数据挂在了总线上等待FPGA芯片读取，FPGA芯片按照总线交互协议读取数字信号处理DSP芯片发送的数据，如果接收完一帧数据则进入编码状态，没有接收完则继续接收；接收完数据后，即进入编码段，对一帧数据进行编码，编码的格式如图2所示，即从最低字节向最高字节按位编码；编码完成后进入发送状态，按照编码顺序依次发送串口数据，发送完成后继续进入等待状态，等待数字信号处理DSP芯片指令发送下一帧数据。MAX3070E的差分信号转换芯片接收反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片发送的串口信号，并把它转化为两路差分信号给上位机，上位机就能实时地获悉控制力矩陀螺的工作状态，以便更好地调整卫星姿态。
权利要求
1.一种实现卫星串口通信的方法，其特征在于包括如下步骤 1)选实现串口通信的器件 包括反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片、数字信号处理DSP芯片、差分信号转换芯片; 2)上位机发送控制指令，转换芯片把差分信号转化为串行信号； 3)在反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中实现的串口接收程序接收串行信号并译码，接收到一帧数据指令后发送一个脉冲信号作为数字信号处理DSP芯片的中断信号，通过总线交互，数字信号处理DSP芯片读取反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中获取的上位机控制指令； 4)数字信号处理DSP芯片经过数据处理后，将回传控制力矩陀螺的工作状态信息给FPGA芯片； 5)FPGA芯片读取DSP芯片的回传指令，经过编码后按串行数据帧格式按位发送并经差分信号转换芯片转换为两路差分信号给上位机，实现上位机与控制力矩陀螺的通信。
2.根据权利要求1所述的实现卫星串口通信的方法，其特征在于所述的步骤1-3)中，串口信号的接收是不断检测串口信号线，当为低时接收串口数据，接收完串口数据的每个字节后组成帧命令存放在寄存器中，而后发送中断信号，通过总线交互由DSP读取数据。
3.根据权利要求1或2所述的实现卫星串口通信的方法，其特征在于所述的步骤1-4),5)中，所述的串口信号的发送是通过总线交互，读取DSP中要回传给上位机的数据，按串行数据帧格式编码，高字节先发送，尔后按位发送出去给差分信号转换芯片。
全文摘要
本发明公开了一种实现卫星串口通信的方法，包括如下步骤选实现串口通信的器件；上位机发送控制指令，转换芯片把差分信号转化为串行信号；在反熔丝现场可编程逻辑器件FPGA芯片中实现的串口接收程序接收串行信号并译码；数字信号处理DSP芯片经过数据处理后，将回传控制力矩陀螺的工作状态信息给FPGA芯片；读取DSP芯片的回传指令，经过编码后按串行数据帧格式按位发送并经差分信号转换芯片转换为两路差分信号给上位机，实现上位机与控制力矩陀螺的通信。其优点和有益效果是能够有效地实现上位机与控制力矩陀螺通信，提高了通信精度高、速度和可靠性；减少了体积和重量，能够实时调整卫星姿态并保证其正常运行。
文档编号G06F13/38GK103064810SQ20111031694
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者周华俊, 李佳亮, 魏新生 申请人:上海航天控制工程研究所