孫金懿,葉衛(wèi)東(.上海第二工業(yè)大學(xué)教務(wù)處,上海009;.上海第二工業(yè)大學(xué),高等職業(yè)技術(shù)(國(guó)際)學(xué)院,上海009)

基于CAN總線的衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng)

孫金懿1,葉衛(wèi)東2
(1.上海第二工業(yè)大學(xué)教務(wù)處,上海201209;2.上海第二工業(yè)大學(xué),高等職業(yè)技術(shù)(國(guó)際)學(xué)院,上海201209)

摘要:隨著衛(wèi)星技術(shù)的迅猛發(fā)展,對(duì)衛(wèi)星電源系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性和可靠性,尤其對(duì)瞬間抗干擾能力等性能提出了愈來(lái)愈高的要求,因此衛(wèi)星電源系統(tǒng)的測(cè)試和評(píng)估是一項(xiàng)重要的工作。提出了一種基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)總線的衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,該測(cè)試系統(tǒng)既可對(duì)衛(wèi)星電源系統(tǒng)性能進(jìn)行精確測(cè)試,并能滿(mǎn)足不同型號(hào)衛(wèi)星電源系統(tǒng)的測(cè)試要求。系統(tǒng)利用上位機(jī)通過(guò)CAN總線與地面電源系統(tǒng)進(jìn)行通信,可實(shí)現(xiàn)對(duì)地面電源系統(tǒng)的多路工程參數(shù)遙測(cè)量的實(shí)時(shí)采樣、對(duì)電源系統(tǒng)發(fā)送遙控指令測(cè)試。還可通過(guò)A/D通信端口實(shí)現(xiàn)對(duì)均衡功能的測(cè)試、工程參數(shù)的報(bào)警、數(shù)據(jù)各類(lèi)報(bào)表的輸出打印、歷史數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。

關(guān)鍵詞:CAN總線;衛(wèi)星電源;地面測(cè)試系統(tǒng)

0　引言

衛(wèi)星電源系統(tǒng)對(duì)于飛船、衛(wèi)星等航天設(shè)備來(lái)說(shuō),就如人體心臟,它為航天設(shè)備提供連續(xù)的能量[1]。如今,航空航天事業(yè)的騰飛速度超乎人們的想象,電源系統(tǒng)對(duì)航天器至關(guān)重要,要求也越來(lái)越高,供電功率也在逐步提高[2]。衛(wèi)星電源系統(tǒng)是衛(wèi)星上的主要系統(tǒng)之一,它的主要功能是產(chǎn)生、儲(chǔ)存、變換、調(diào)節(jié)和分配衛(wèi)星上的電能[3],為衛(wèi)星各個(gè)分系統(tǒng)的設(shè)備供給安全可靠的能源,是衛(wèi)星系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的保障系統(tǒng)[4]。在衛(wèi)星技術(shù)迅猛發(fā)展的如今,人們對(duì)衛(wèi)星星上電源的輸出穩(wěn)定性、可靠性,特別是對(duì)瞬間抗干擾能力提出了更高的要求[5],這完全是由于星上負(fù)載的工作狀態(tài)、工作模式的復(fù)雜性所形成的,因此,對(duì)衛(wèi)星電源系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估是一項(xiàng)重要的工作[6]。為了精確測(cè)試衛(wèi)星電源系統(tǒng)性能,并能滿(mǎn)足不同型號(hào)衛(wèi)星電源系統(tǒng)的測(cè)試要求,需要建立一套功能全、性能好、自動(dòng)化程度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)的通用性的地面電源測(cè)試系統(tǒng)[7]。

本文主要設(shè)計(jì)基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,CAN)總線的衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)CAN總線來(lái)采集衛(wèi)星電源的工程參數(shù)和遙控指令,并實(shí)時(shí)監(jiān)控、測(cè)試以及遙控指令的發(fā)送和控制。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并采集電源分系統(tǒng)55路工程參數(shù),可在任意時(shí)間選擇若干路遙控指令發(fā)送給電源分系統(tǒng);針對(duì)150路模擬信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控并完成錯(cuò)誤報(bào)警與顯示;根據(jù)用戶(hù)需求打印所有采集得到的模擬信號(hào)數(shù)據(jù);收集系統(tǒng)采集的150路模擬信號(hào)的歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并予以顯示;自行對(duì)選定的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和維護(hù)。

1　衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng)在進(jìn)行測(cè)試前,首先要利用各種地面設(shè)備搭建一套地面電源系統(tǒng),用于模擬電源在衛(wèi)星上的工作環(huán)境,如蓄電池的充電和放電等狀態(tài)。在地面電源系統(tǒng)搭建完成后,測(cè)試系統(tǒng)基于CAN總線的多主方式的串行通信實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)[8]和控制分布廣[9]等優(yōu)點(diǎn)與地面電源系統(tǒng)進(jìn)行通信,采集遙測(cè)參數(shù)和發(fā)送遙控指令,系統(tǒng)還利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)從而使系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)均衡電壓,測(cè)試系統(tǒng)還可輸出各類(lèi)報(bào)表,使用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的匯總、存儲(chǔ)及分析變得更加方便。圖1所示即為系統(tǒng)框圖。

圖1　系統(tǒng)框圖Fig.1　System diagram

2　衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)軟件的主要功能

數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的主要任務(wù)為:通過(guò)CAN總線采集一次電源工程參數(shù);對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行顯示打印;發(fā)送遙控指令、允許系數(shù)設(shè)定、報(bào)警、曲線顯示;通過(guò)A/D通信端口,完成對(duì)均衡功能的測(cè)試。具體功能描述如下:

(1)實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電源55路工程參數(shù)的采集,全部為0～5 V的模擬信號(hào),5 V電壓的采集精度為(5±0.025)V、采樣速率為1s/次;

(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)打印;

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電源發(fā)送30路遙控指令;

(4)實(shí)現(xiàn)工程參數(shù)K系數(shù)設(shè)定、狀態(tài)區(qū)間判讀及參數(shù)偏差報(bào)警、曲線顯示等功能;

(5)實(shí)現(xiàn)對(duì)30路均衡功能的測(cè)試(14路單體電壓、16路均衡電流);

(6)開(kāi)發(fā)演示系統(tǒng)平臺(tái),綜合完成工程參數(shù)顯示、指令發(fā)送、電源和負(fù)載控制,實(shí)現(xiàn)一次電源產(chǎn)品總體演示功能。

2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

圖2　系統(tǒng)功能模塊Fig.2　System modules

系統(tǒng)功能包含了7個(gè)模塊,分別是系統(tǒng)設(shè)置平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)、遙控輸出平臺(tái)、報(bào)警數(shù)據(jù)平臺(tái)、歷史數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)備份平臺(tái)、數(shù)據(jù)維護(hù)平臺(tái),如圖2所示。

遙控輸出平臺(tái)顯示所有的可控制電路,并可自定義發(fā)送遙控指令;實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)以顯示數(shù)據(jù)與狀態(tài)圖標(biāo)的方式對(duì)多路模擬信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控;報(bào)警數(shù)據(jù)平臺(tái)顯示每一路模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)與歷史報(bào)警信號(hào);歷史數(shù)據(jù)平臺(tái)可提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)與顯示;數(shù)據(jù)備份與維護(hù)平臺(tái)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份與維護(hù)。

系統(tǒng)對(duì)遙測(cè)信號(hào)的采集,要求能夠依據(jù)用戶(hù)設(shè)定的采樣頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)0～5 V的電壓模擬信號(hào)的采集。對(duì)遙控指令的發(fā)送,要求能夠依據(jù)用戶(hù)預(yù)先設(shè)定的或?qū)嶋H運(yùn)行的邊界條件,實(shí)現(xiàn)指定格式的指令的發(fā)送。對(duì)采集數(shù)據(jù)的按指定形式的實(shí)時(shí)顯示和定時(shí)打印,初步確定顯示形式為3種,分別為表格顯示、曲線顯示和電拓?fù)鋱D顯示,并可按用戶(hù)設(shè)定好的打印周期自動(dòng)打印采集數(shù)據(jù)。對(duì)采集數(shù)據(jù)狀態(tài)的判讀和報(bào)警顯示:對(duì)采集數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行判讀,當(dāng)超過(guò)預(yù)期的范圍時(shí),數(shù)據(jù)顯紅提示用戶(hù)。在沒(méi)有外部模擬設(shè)備的狀態(tài)下,借助軟件模擬系統(tǒng),完成對(duì)相關(guān)操作人員的培訓(xùn)和系統(tǒng)演示。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的模型分析,根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象,形成一個(gè)獨(dú)立于具體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。主要采用實(shí)體-聯(lián)系模型的方法來(lái)研究和分析其主要的屬性和模型,然后將其轉(zhuǎn)換為已選好的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的一組關(guān)系模式并為其選取一個(gè)適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu),包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法。實(shí)體-聯(lián)系方法簡(jiǎn)稱(chēng)為E-R(Entity-Relationship)方法,它是描述現(xiàn)實(shí)世界概念結(jié)構(gòu)模型的有效方法,是表示概念模型的一種方式,如圖3所示。其中:讀入信號(hào)序號(hào)、讀取信號(hào)值、讀取的時(shí)間等實(shí)體屬性用橢圓形表示;遙測(cè)參數(shù)和遙控指令等實(shí)體名用矩形表示;接受數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)在實(shí)體間有所聯(lián)系用菱形表示,實(shí)體間的聯(lián)系可以是一對(duì)一、一對(duì)多或者是多對(duì)多的方式。

圖3　E-R圖Fig.3　E-R diagram

2.4系統(tǒng)測(cè)試實(shí)例

系統(tǒng)測(cè)試是把數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)、遙控輸出平臺(tái)、報(bào)警數(shù)據(jù)平臺(tái)等7大平臺(tái)融合成一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。此系統(tǒng)運(yùn)用了“強(qiáng)力測(cè)試”,以驗(yàn)證軟件的性能在各種極端的環(huán)境和系統(tǒng)條件下是否還能正常工作和承受能力,比如,在最普通的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)空間或系統(tǒng)記憶容量條件下,程序不間斷地運(yùn)行幾周時(shí)間后不會(huì)出現(xiàn)崩潰或死機(jī)現(xiàn)象,并且采集數(shù)據(jù)不出現(xiàn)延遲或丟失現(xiàn)象。

(1)系統(tǒng)主界面,主要是系統(tǒng)參數(shù)初始化、各設(shè)備的連接狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)等基礎(chǔ)狀態(tài)的顯示,系統(tǒng)主界面如圖4所示。

(2)遙控指令發(fā)送界面,對(duì)30路信號(hào)端口的狀態(tài)和遙測(cè)指令進(jìn)行選擇與發(fā)送,遙控指令發(fā)送界面如圖5所示。

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面,系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中能將采集到的數(shù)據(jù)以表格和曲線圖2種形式顯示,遙測(cè)參數(shù)顯示界面如圖6所示。

圖4　系統(tǒng)主界面Fig.4　Main interface

圖5　遙控指令發(fā)送Fig.5　Send remote commands

圖6　實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線Fig.6　Real-timemonitoring of the curve

3　結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于CAN總線的衛(wèi)星電源地面測(cè)試系統(tǒng),可以有效地對(duì)衛(wèi)星電源系統(tǒng)進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試。建立了一套功能全、性能好、自動(dòng)化程度高、擴(kuò)展性強(qiáng)、具有一定通用性的地面電源測(cè)試系統(tǒng),經(jīng)過(guò)用戶(hù)測(cè)試使用,該系統(tǒng)功能合理、運(yùn)行穩(wěn)定。

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中圖分類(lèi)號(hào):TH7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001-4543(2015)01-0051-05

收稿日期:2014-06-25

通訊作者:孫金懿(1986–),男,上海人,助理工程師,學(xué)士,主要研究方向?yàn)樵O(shè)備的監(jiān)控與測(cè)試。電子郵箱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