一种用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备的制作方法

1.本实用新型属于航空航天技术领域，具体涉及一种用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备。


背景技术：

2.地面测试设备的主要作用是满足卫星平台及载荷各单机设备的功能、性能试验需求，从而连通卫星平台、载荷各单机设备之间的电气接口，验证各单机设备设计的正确性以及卫星系统的应用性，一种应用于卫星地面测试的快速通用接口设备可以为卫星地面验证提供技术支撑。当前地面测试设备的主要设计方式是单一功能定制化，即一种测试设备只具备一种功能接口，且需要根据实际需求开展定制化设计。随着卫星及星座的急速发展，特别是随着空间互联网技术的发展，利用大量卫星组网成为空间互联网发展的趋势，卫星的数量需求激增，传统的地面测试设备无疑已无法满足卫星的通用性测试要求，其主要存在以下不足：功能单一、接口数量有限，无法满足复杂卫星平台和载荷各单机设备的测试需求，不利于开展多元化、复杂性功能及性能测试；为满足不同单机设备的测试需求，需同时具备多个功能的测试设备，导致测试设备的研制周期较长，不利于多颗卫星同时快速开展测试；多个测试设备会占据整星重量资源，不利于大规模星座组网和批产化设计。


技术实现要素：

3.为解决以上现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备，该设备包括：主控和通讯模块、电机驱动模块、遥控遥测模块、辅助电源模块以及外置连接器结构模块；电机驱动模块与主控和通讯模块连接；遥控遥测模块采用外扩方式进行扩展，并与主控和通讯模块连接；辅助电源模块用于设备内部电路供电；外置连接器结构模块通过接口与主控和通讯模块连接，构成用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备。
4.优选的，控和通讯模块为stm32芯片，在该芯片上设置有多个接口和主控配置电路；设置的接口包括2路can接口、2路rs422接口、1路485接口、1路1pps接口、1个jtag调试口、1个sw调试口；设置的主控配置电路包括上电复位电路和看门狗电路。
5.优选的，电机驱动模块包括步进电机驱动器和步进电机；步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，驱动步进电机按照设定的方向转动一个固定的角度。
6.进一步的，驱动步进电机转动的方向为顺时针方向，转动的角度为默认角度10
°
，“转动角度”参数可通过上位机重新设置。
7.进一步的，步进电机驱动器采用drv8825型步进电机驱动器。
8.优选的，遥控遥测模块包括遥控指令模块和遥测采集模块；遥控指令模块和遥测采集模块均通过1路i2c总线与主控和通讯模块连接。
9.进一步的，遥控指令模块采用外扩方式进行扩展。
10.优选的，辅助电源模块输入端连接电源设备，输出端经过消浪涌电路、过流保护电
路以及共模滤波器电路后分别与步进电机驱动芯和dc-dc变换器连接。
11.优选的，外置连接器结构模块包括：电源输入接口、与卫星各单机设备连接接口、接地接口、遥测接口以及内连接器接口；所述电源接口用于连接电源，使外置连接器结构模块正常工作；与卫星各单机设备连接接口用于连接外部卫星中的单机设备；接地接口用于接地；遥测接口与数据总线连接，通过该接口对外接设备进行遥测；内连接器接口用于将输入电源转换为内部各模块所需的二次电源，并为主控及通信模块与电机驱动模块、指令遥控模块、遥测模块的连接提供接口，实现内部通信与处理、信号控制、信号放大、控制信号输出、模拟量和状态量采集的功能。
12.有益效果：
13.(1)本实用新型根据卫星在地面测试时的试验需求，分析现有测试设备存在的研制周期短功能单一或功能丰富研制周期长的问题，综合改进测试设备的接口功能数量、接口性能指标以及接口设计方法，在保证测试设备安全可靠的前提下，大大增加测试设备接口的功能多样性；
14.(2)本实用新型在同时满足卫星地面测试设备通用性的情况下，可大大缩短测试设备的研制周期，实现卫星地面测试的快速性和通用性；
15.(3)本实用新型同时也可为大规模星座测试提供技术支撑。
附图说明
16.图1为本实用新型的设备组成框图；
17.图2为本实用新型的主控和通讯模块组成框图；
18.图3为本实用新型的电机驱动模块组成框图；
19.图4为本实用新型的遥控指令模块组成框图；
20.图5为本实用新型的遥测采集模块组成框图；
21.图6为本实用新型的辅助电源模块组成框图；
22.图7为本实用新型的外置连接器结构模块组成框图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围
24.一种用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备的具体实施方式，如图1所示，该设备由主控和通讯模块、电机驱动模块、遥控遥测模块、辅助电源模块以及外置连接器结构模块5部分组成；电机驱动模块与主控和通讯模块连接；遥控遥测模块采用外扩方式进行扩展，并与主控和通讯模块连接；辅助电源模块用于设备内部电路供电；外置连接器结构模块通过接口与主控和通讯模块连接，构成用于卫星地面通讯测试的快速通用接口设备。
25.一种主控和通讯模块的具体实施方式，该模块为stm32芯片，在该芯片上设置有多个接口和主控配置电路；设置的接口包括2路can接口、2路rs422接口、1路485接口、1路1pps接口、1个jtag调试口、1个sw调试口；设置的主控配置电路包括上电复位电路和看门狗电
路。
26.如图2所示，主控和通讯模块主要由2路can接口、2路rs422接口、1路485接口、1路1pps接口及其必要主控配置电路组成。同时，电机驱动模块也直接与该板互联。该模块采用stm32系列高性能单片机，内存包括64kb到1024kb闪存和320kb嵌入式sram，且具备多个定时器、can接口、uart接口和spi接口等。
27.优选的，主控和通讯模块的具体电路包括：
28.(1)上电复位电路和看门狗电路；
29.(2)2路can接口、2路rs422接口、1路485接口、1路1pps接口、1个jtag调试口、1个sw调试口；
30.(3)温度和模拟量遥测的2路模拟开关共10路地址切换信号及2路使能信号的3.3v转5v电平转换电路。
31.优选的，主控和通讯模块与电机驱动模块直连；与遥控模块之间仅i2c总线、与遥测模块间除i2c总线外，还有模拟开关通道切换信号。
32.一种电机驱动模块的具体实施方式，如图3所示，电机驱动模块主要为步进电机提供驱动信号，它是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；该模块包括步进电机驱动器和步进电机。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
33.优选的，只要步进电机控制速度不超过电机本身最大转速，那么步进电机永远可以稳定，不需要做速度闭环。设计选型步进电机驱动器drv8825，细分数最高可达128。该驱动器内置过流保护，两相驱动h桥中每个mosfet上的模拟电流限制电路通过移除栅极驱动器来限制流经mosfet的电流。
34.优选的，由于每个天线都需要有测角度的旋变反馈，设计采用rde58系列绝对式编码器实现该功能，水平方向和俯仰方向各采用1个编码器。编码器对外通信接口采用rs485接口、modbus协议、编码器刷新率100hz、工作电压5v、波特率19200bps、二进制码输出。同时，采用的modbus协议可保证16个编码器地址可修改，且由设备主动读取各编码器数据。
35.一种遥控遥测模块的具体实施方式，该模块包括遥控指令模块和遥测采集模块；遥控指令模块和遥测采集模块均通过1路i2c总线与主控和通讯模块连接。
36.如图4所示，遥控指令模块采用外扩方式进行扩展，按照所选型主控的管脚数量，芯片选用pi4ioe5v96248zlex进行扩展，其中控制总线仅需1路i2c总线。后级达林顿管阵列采用uln2803a(vce最大50v)实现oc指令功能。
37.如图5所示，遥测采集模块采用外扩方式进行扩展，按照所选型主控的管脚数量，选用芯片pi4ioe5v96248zlex进行扩展，其中控制总线仅需1路i2c总线，可以满足500ms遥测时间间隔。
38.优选的，温度遥测接口采用二端接法的pt1000热敏电阻，温度测量范围为-100℃～100℃，须达到精度为0.1℃，因此采用电阻与pt1000对基准进行分压的电路，经电压跟随后，过模拟开关，再经跟随后进16位精度spi总线接口的数模转换器(adc)。
39.优选的，电压/电流遥测接口：设计10路电流采样的测量范围为0-80a，需达到精度
为0.01a，设计10路电压采样的测量范围为0-50v，需达到精度为0.01v，因此选用16位的数模转换器(adc)。
40.一种辅助电源模块的具体实施方式，包括：辅助电源模块输入端连接电源设备，输出端经过消浪涌电路、过流保护电路以及共模滤波器电路后分别与步进电机驱动芯和dc-dc变换器连接。
41.如图6所示，辅助电源模块的输入由地面电源设备提供，经过消浪涌、过流保护电路和共模滤波器电路后，一方面直驱步进电机驱动芯片，另一方面经dc-dc变换器将电压变为+28v、
±
5v以及+3.3v。其中，+28v和
±
5v为遥控遥测电路供电，+3.3v位主控和通讯模块供电，另外
±
5v也为编码器和adc模拟部分电路和信号调理电路供电。
42.一种外置连接器结构模块的具体实施方式，如图7所示，该模块包含电源接口、与卫星各单机设备接口、接地接口及备用的oc遥控、遥测接口外，还含对内连接器接口。具体的，外置连接器结构模块包括：电源接口、与卫星各单机设备连接接口、接地接口、遥测接口以及内连接器接口；所述电源接口用于连接电源，使外置连接器结构模块正常工作；综合电子接口用于连接外部卫星中的单机设备；接地接口用于接地；温度与模拟量接口、遥测接口和载荷接口与数据总线连接，通过该接口对外接设备进行遥测；编码器与电机接口与驱动电机相连，用于控制和驱动电机。内连接器接口为各板卡模块提供电源变换，将输入电源转换为内部各模块所需的二次电源；提供主控及通信模块与电机驱动模块、指令遥控模块、遥测模块连接接口，实现内部通信与处理、信号控制、信号放大、控制信号输出、模拟量和状态量采集等功能。
43.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“一端”、“上”、“一侧”、“内”、“前部”、“后部”、“中心”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。