基于CAN总线的卫星电源地面测试系统

孙金懿,叶卫东(.上海第二工业大学教务处,上海009;.上海第二工业大学,高等职业技术(国际)学院,上海009)

基于CAN总线的卫星电源地面测试系统

孙金懿1,叶卫东2
(1.上海第二工业大学教务处,上海201209;2.上海第二工业大学,高等职业技术(国际)学院,上海201209)

摘要:随着卫星技术的迅猛发展,对卫星电源系统的输出稳定性和可靠性,尤其对瞬间抗干扰能力等性能提出了愈来愈高的要求,因此卫星电源系统的测试和评估是一项重要的工作。提出了一种基于控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线的卫星电源地面测试系统设计方案,该测试系统既可对卫星电源系统性能进行精确测试,并能满足不同型号卫星电源系统的测试要求。系统利用上位机通过CAN总线与地面电源系统进行通信,可实现对地面电源系统的多路工程参数遥测量的实时采样、对电源系统发送遥控指令测试。还可通过A/D通信端口实现对均衡功能的测试、工程参数的报警、数据各类报表的输出打印、历史数据的显示和数据维护等功能。

关键词:CAN总线;卫星电源;地面测试系统

0　引言

卫星电源系统对于飞船、卫星等航天设备来说,就如人体心脏,它为航天设备提供连续的能量[1]。如今,航空航天事业的腾飞速度超乎人们的想象,电源系统对航天器至关重要,要求也越来越高,供电功率也在逐步提高[2]。卫星电源系统是卫星上的主要系统之一,它的主要功能是产生、储存、变换、调节和分配卫星上的电能[3],为卫星各个分系统的设备供给安全可靠的能源,是卫星系统中一个必不可少的保障系统[4]。在卫星技术迅猛发展的如今,人们对卫星星上电源的输出稳定性、可靠性,特别是对瞬间抗干扰能力提出了更高的要求[5],这完全是由于星上负载的工作状态、工作模式的复杂性所形成的,因此,对卫星电源系统进行测试和评估是一项重要的工作[6]。为了精确测试卫星电源系统性能,并能满足不同型号卫星电源系统的测试要求,需要建立一套功能全、性能好、自动化程度高、可扩展性强的通用性的地面电源测试系统[7]。

本文主要设计基于控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线的卫星电源地面测试系统,通过CAN总线来采集卫星电源的工程参数和遥控指令,并实时监控、测试以及遥控指令的发送和控制。系统能够实时监控并采集电源分系统55路工程参数,可在任意时间选择若干路遥控指令发送给电源分系统;针对150路模拟信号实时监控并完成错误报警与显示;根据用户需求打印所有采集得到的模拟信号数据;收集系统采集的150路模拟信号的历史监控数据并予以显示;自行对选定的数据进行备份和维护。

1　卫星电源地面测试系统硬件设计

卫星电源地面测试系统在进行测试前,首先要利用各种地面设备搭建一套地面电源系统,用于模拟电源在卫星上的工作环境,如蓄电池的充电和放电等状态。在地面电源系统搭建完成后,测试系统基于CAN总线的多主方式的串行通信实时控制能力强[8]和控制分布广[9]等优点与地面电源系统进行通信,采集遥测参数和发送遥控指令,系统还利用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号从而使系统实时监测均衡电压,测试系统还可输出各类报表,使用户对数据的汇总、存储及分析变得更加方便。图1所示即为系统框图。

图1　系统框图Fig.1　System diagram

2　卫星电源地面测试系统软件设计

2.1系统软件的主要功能

数据采集控制系统的主要任务为:通过CAN总线采集一次电源工程参数;对相应参数进行显示打印;发送遥控指令、允许系数设定、报警、曲线显示;通过A/D通信端口,完成对均衡功能的测试。具体功能描述如下:

(1)实现对一次电源55路工程参数的采集,全部为0∼5 V的模拟信号,5 V电压的采集精度为(5±0.025)V、采样速率为1s/次;

(2)实现对参数的实时显示、实时打印;

(3)实现对一次电源发送30路遥控指令;

(4)实现工程参数K系数设定、状态区间判读及参数偏差报警、曲线显示等功能;

(5)实现对30路均衡功能的测试(14路单体电压、16路均衡电流);

(6)开发演示系统平台,综合完成工程参数显示、指令发送、电源和负载控制,实现一次电源产品总体演示功能。

2.2系统功能模块设计

图2　系统功能模块Fig.2　System modules

系统功能包含了7个模块,分别是系统设置平台、实时监控平台、遥控输出平台、报警数据平台、历史数据平台、数据备份平台、数据维护平台,如图2所示。

遥控输出平台显示所有的可控制电路,并可自定义发送遥控指令;实时监控平台以显示数据与状态图标的方式对多路模拟信号实时监控;报警数据平台显示每一路模拟信号的实时与历史报警信号;历史数据平台可提供历史数据的查询与显示;数据备份与维护平台可对数据进行备份与维护。

系统对遥测信号的采集,要求能够依据用户设定的采样频率实现对0∼5 V的电压模拟信号的采集。对遥控指令的发送,要求能够依据用户预先设定的或实际运行的边界条件,实现指定格式的指令的发送。对采集数据的按指定形式的实时显示和定时打印,初步确定显示形式为3种,分别为表格显示、曲线显示和电拓扑图显示,并可按用户设定好的打印周期自动打印采集数据。对采集数据状态的判读和报警显示:对采集数据的状态进行判读,当超过预期的范围时,数据显红提示用户。在没有外部模拟设备的状态下,借助软件模拟系统,完成对相关操作人员的培训和系统演示。

2.3数据库设计

对于数据采集控制系统的模型分析,根据用户需求进行综合、归纳与抽象,形成一个独立于具体数据库管理系统的数据模型。主要采用实体-联系模型的方法来研究和分析其主要的属性和模型,然后将其转换为已选好的关系型数据库管理系统所支持的一组关系模式并为其选取一个适合应用环境的物理结构,包括存储结构和存取方法。实体-联系方法简称为E-R(Entity-Relationship)方法,它是描述现实世界概念结构模型的有效方法,是表示概念模型的一种方式,如图3所示。其中:读入信号序号、读取信号值、读取的时间等实体属性用椭圆形表示;遥测参数和遥控指令等实体名用矩形表示;接受数据、发送数据在实体间有所联系用菱形表示,实体间的联系可以是一对一、一对多或者是多对多的方式。

图3　E-R图Fig.3　E-R diagram

2.4系统测试实例

系统测试是把数据采集控制系统中实时监控平台、遥控输出平台、报警数据平台等7大平台融合成一个整体系统来进行测试。此系统运用了“强力测试”,以验证软件的性能在各种极端的环境和系统条件下是否还能正常工作和承受能力,比如,在最普通的硬盘驱动空间或系统记忆容量条件下,程序不间断地运行几周时间后不会出现崩溃或死机现象,并且采集数据不出现延迟或丢失现象。

(1)系统主界面,主要是系统参数初始化、各设备的连接状态、数据库状态等基础状态的显示,系统主界面如图4所示。

(2)遥控指令发送界面,对30路信号端口的状态和遥测指令进行选择与发送,遥控指令发送界面如图5所示。

(3)实时监控界面,系统实时监控过程中能将采集到的数据以表格和曲线图2种形式显示,遥测参数显示界面如图6所示。

图4　系统主界面Fig.4　Main interface

图5　遥控指令发送Fig.5　Send remote commands

图6　实时监控曲线Fig.6　Real-timemonitoring of the curve

3　结语

本文设计了基于CAN总线的卫星电源地面测试系统,可以有效地对卫星电源系统进行性能参数测试。建立了一套功能全、性能好、自动化程度高、扩展性强、具有一定通用性的地面电源测试系统,经过用户测试使用,该系统功能合理、运行稳定。

参考文献:

[1]MA S J.Satellite pow er technology[M].Beijing:China Astronautics Publishing House,2001.

[2]褚桂柏.宇航技术概论[M].北京:航空工业出版社, 1996.

[3]侯聪玲,吴捷,李金鹏,等.蓄电池充电方法的研究[J].电源技术应用,2004(02):118-121.

[4]王建华.航天器一次电源控制技术研究[C]//中国宇航学会空间能源专业委员会第9届学术年会论文集.上海:宇航出版社,2005:63-72.

[5]FUJIWARAM,SANO T,SUZUKIK,etal.Thermalanalysis and fundamental tests on heat pipe receiver for solar dynam ic space power system[C]//Intersociety Energy Conversion Engineering Conference.NJ,USA:American Society ofMechanical Engineers,1988:195-200.

[6]闫蕾,王宇.卫星电源测试评估系统的初步研究[J].中国科学院研究生院学报,2005,22(1):100-105.

[7]王殉,巩巍,王海鹏,等.微小卫星电源分系统设计[C]//中国宇航学会空间能源专业委员会第9届学术年会论文集.上海:宇航出版社,2005:29-35.

[8]杜培明.CAN总线在测控系统中的应用研究[J].现代电子技术,2011(22):50-51.

[9]邱爱兵,陈三宝.CAN总线技术在变电站综合自动化系统的应用[J].自动化技术与应用,2005(11):69-71.

中图分类号:TH7

文献标志码:A

文章编号:1001-4543(2015)01-0051-05

收稿日期:2014-06-25

通讯作者:孙金懿(1986–),男,上海人,助理工程师,学士,主要研究方向为设备的监控与测试。电子邮箱sunjinyi@sspu.edu.cn。

Satellite Power Ground Testing System Based on CAN Bus

SUN Jin-yi1,YEWei-dong2
(1.Academ ic A ffairsOffice,ShanghaiSecond Polytechnic University,Shanghai201209,P.R.China;2.Collegeof InternationalVocational Education,ShanghaiSecond Polytechnic University,Shanghai201209,P.R.China)

Abstract:With the rapid developmentof satellite technology,the satellite power system outputstability and reliability of performance, especially themomentanti-interferenceability raisehigherand higher requirements,so the testand evaluation of satellite powersystem is an importantwork.A design scheme of satellite power testsystem based on CAN(Controller Area Network)bus is presented,the testing system can accurately teston the performance of satellite power system,and canmeet the test requirements of different types of satellite power system.System uses PC(Personal Com puter)to communicate through the CAN bus and the ground power supply system,and can realize the real-timesampling,teston thepower system remote control instructionmulti-parameter remotemeasurement for ground power system.Italso can be realized on thebalance function test through the A/D communication port,alarm,data output, all kindsof statementsof historical data display and datamaintenance function engineering parameters.

Keywords:CAN bus;satellite power;ground testsystem