本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)及采集控制方法，應(yīng)用于空間相機(jī)的主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)及采集控制方法。

背景技術(shù)：

空間相機(jī)放置在衛(wèi)星或飛船等空間飛行器上完成對(duì)地面景物的攝像任務(wù)，是空間飛行器的重要載荷?？臻g相機(jī)在軌運(yùn)行時(shí)，將長(zhǎng)期處于高真空、冷黑和熱輻射環(huán)境中。為使空間相機(jī)能夠在這些嚴(yán)酷環(huán)境中正常工作，需要對(duì)空間相機(jī)進(jìn)行溫度控制，以實(shí)現(xiàn)空間相機(jī)溫度穩(wěn)定在工作溫度范圍內(nèi)，從而能夠完成攝像任務(wù)。

空間相機(jī)的溫度控制主要分為主動(dòng)熱控和被動(dòng)熱控。目前采用的主動(dòng)熱控方法，主要是通過(guò)安裝在相機(jī)多個(gè)敏感位置的溫度傳感器采集溫度信息，經(jīng)過(guò)空間相機(jī)控制器的控制，對(duì)安裝在相機(jī)多個(gè)加熱位置的加熱器加熱，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)溫度控制，通常每一路溫度傳感器具有獨(dú)立的導(dǎo)線與相機(jī)控制電箱中相應(yīng)的獨(dú)立溫度采集電路連接，每一路加熱器具有獨(dú)立的導(dǎo)線與相機(jī)控制電箱中相應(yīng)的加熱驅(qū)動(dòng)電路連接。

隨著科技發(fā)展與科學(xué)需求，目前空間相機(jī)要求越來(lái)越高的分辨率及越來(lái)越大的口徑，因此對(duì)于主動(dòng)熱控的要求也越來(lái)越高，通常會(huì)需要主動(dòng)熱控系統(tǒng)具有更多的溫度傳感器和加熱器。伴隨著溫度傳感器和加熱器的增多，導(dǎo)線以及相應(yīng)的電路也成倍增長(zhǎng)，增加了線纜數(shù)量，增加了控制電箱的器件數(shù)目、尺寸功耗，增加了空間相機(jī)整體的尺寸及重量，同時(shí)也增加了相關(guān)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有空間相機(jī)溫度采集控制系統(tǒng)由于線纜數(shù)量及器件較多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜及試驗(yàn)過(guò)程繁瑣等問(wèn)題，提供一種空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)及采集控制方法。

空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)，包括溫度采集電路、溫度傳感器、加熱器、加熱電路、控制器和電源模塊，所述電源模塊為上述模塊供電，其特征是，還包括溫度采集矩陣式線纜和加熱矩陣式線纜；

所述溫度傳感器具有行出線端和列出線端，將所述溫度傳感器分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，每個(gè)矩陣由m行和n列溫度傳感器組成；

所述溫度采集矩陣式線纜根據(jù)溫度傳感器的安裝位置，分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，每個(gè)矩陣由m行和n列導(dǎo)線組成；

所述溫度采集矩陣式線纜矩陣中的行導(dǎo)線分別與對(duì)應(yīng)的溫度傳感器矩陣中的行出線端連接，所述溫度采集矩陣式線纜矩陣中列導(dǎo)線分別與對(duì)應(yīng)的溫度傳感器矩陣中的列出線端連接；

所述加熱器具有行出線端和列出線端，將所述加熱器分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，每個(gè)矩陣由m行和n列加熱器組成；所述m和n均為大于等于2的正整數(shù)；

所述加熱矩陣式線纜分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，每個(gè)矩陣由m行和n列導(dǎo)線組成；

所述加熱矩陣式線纜矩陣中行導(dǎo)線分別與對(duì)應(yīng)加熱器矩陣中行出線端連接，加熱矩陣式線纜矩陣中列導(dǎo)線分別與對(duì)應(yīng)加熱器矩陣中列出線端連接；

所述溫度傳感器實(shí)時(shí)采集空間相機(jī)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫度信息，并通過(guò)溫度采集矩陣式線纜傳將所述溫度信息傳送至溫度采集電路，所述溫度采集電路將溫度信息轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)傳送至控制器，所述控制器輸出加熱控制信號(hào)發(fā)送至加熱電路，所述加熱控制電路將將加熱電壓信號(hào)通過(guò)加熱矩陣式線纜傳送至加熱器，所述加熱器對(duì)空間相機(jī)加熱。

空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

向控制器注入溫度采集開(kāi)始指令；

步驟一、控制器控制溫度傳感器矩陣采集溫度信息；

具體為：

控制器控制溫度采集矩陣式線纜矩陣中第一行第一列至第1n列導(dǎo)線輸出溫度傳感器矩陣中第一行的阻值信息至第一模擬復(fù)用器，信號(hào)調(diào)理電路將第一模擬復(fù)用器輸出的第一行的阻值信息轉(zhuǎn)化為溫度模擬信號(hào)并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)；

步驟二、依次采集溫度傳感器矩陣中第二行至第m行的阻值信息，

步驟三、控制器根據(jù)采集的溫度信息，判斷所述溫度信息是否滿足溫度熱控指標(biāo)要求，如果是，則返回執(zhí)行步驟一；如果否，執(zhí)行步驟四；

步驟四、控制器根據(jù)步驟三采集的溫度信息，計(jì)算加熱器矩陣中每個(gè)加熱器的加熱時(shí)間；

步驟五、控制器控制加熱矩陣式線纜矩陣中第一行第一列至第1n列輸出至第二模擬復(fù)用器，所述控制器控制MOS管驅(qū)動(dòng)器對(duì)加熱器矩陣中的第一行加熱器進(jìn)行加熱，所述加熱時(shí)間按照步驟四中計(jì)算的加熱時(shí)間而定；

步驟六、依次對(duì)加熱器矩陣中第二行至第m行的加熱器進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集控制。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的采集控制系統(tǒng)通過(guò)矩陣式采集和控制方式，有效的減少了主動(dòng)熱控系統(tǒng)的線纜數(shù)量，減少了控制電箱中相關(guān)的元器件，進(jìn)而減少了空間相機(jī)的重量及尺寸，優(yōu)化了空間相機(jī)主動(dòng)熱控相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)中溫度傳感器矩陣、溫度采集矩陣式線纜及其連接關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)中加熱器矩陣、加熱矩陣式線纜及其連接關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)中溫度采集電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)中電阻分壓模式測(cè)溫電路示意圖；

圖6為本發(fā)明所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)中加熱電路與加熱矩陣式線纜的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)，包括溫度采集電路，溫度傳感器，與溫度傳感器電連接的溫度采集矩陣式線纜；所述溫度傳感器、溫度采集矩陣式線纜均固定在空間相機(jī)上，溫度采集電路位于空間相機(jī)控制電箱內(nèi)；所述溫度傳感器實(shí)時(shí)采集空間相機(jī)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫度信息，并通過(guò)溫度采集矩陣式線纜將溫度信息傳輸至溫度采集電路，溫度采集電路將溫度信息轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)。該系統(tǒng)還包括：

固定于空間相機(jī)上的加熱器，與加熱器電連接的加熱矩陣式線纜；位于空間相機(jī)控制電箱內(nèi)的加熱電路。所述的加熱電路負(fù)責(zé)將加熱電壓信號(hào)通過(guò)加熱矩陣式線纜傳送至加熱器，加熱器對(duì)空間相機(jī)進(jìn)行加熱。

與溫度采集電路和加熱電路電連接的控制器，所述的控制器接收溫度采集電路的溫度數(shù)字信號(hào)，并將加熱控制信號(hào)發(fā)送至加熱電路。所述的控制器位于空間相機(jī)控制電箱內(nèi)。電源模塊為系統(tǒng)各部分供電的電源模塊。

本實(shí)施方式所述的溫度采集電路包括與溫度采集矩陣式線纜電連接的第一模擬復(fù)用器，所述第一模擬復(fù)用器包括多片AMUX芯片，與第一模擬復(fù)用器連接的信號(hào)調(diào)理電路，與信號(hào)調(diào)理電路電連接AD轉(zhuǎn)換器，所述溫度信息經(jīng)由信號(hào)調(diào)理電路的放大和濾波作用、AMUX的通道選擇作用、AD轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換作用后，轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)。

所述的溫度傳感器為具有兩個(gè)出線端(行出線端和列出線端)的熱敏電阻，溫度傳感器可以依據(jù)在相機(jī)上安裝位置，劃分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，該矩陣由一或多行和一或多列溫度傳感器組成。

所述的溫度采集矩陣式線纜依據(jù)溫度傳感器的安裝位置，也劃分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，該矩陣由一行或多行以及一列或多列導(dǎo)線組成。溫度采集矩陣式線纜矩陣中的行導(dǎo)線分別與相應(yīng)溫度傳感器矩陣中對(duì)應(yīng)的熱敏電阻的行出線端電連接，列導(dǎo)線分別與相應(yīng)溫度傳感器矩陣中對(duì)應(yīng)的熱敏電阻的列出線端電連接。溫度采集矩陣式線纜減少了總體溫度采集的線纜數(shù)量。

所述的加熱器為具有兩個(gè)出線端(行出線端和列出線端)的加熱片，加熱器可以依據(jù)在相機(jī)上安裝位置，劃分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，該矩陣由一行或多行和一列或多列加熱器組成。

所述的加熱矩陣式線纜依據(jù)加熱器的安裝位置，也劃分為一個(gè)或多個(gè)矩陣，該矩陣由一行或多行以及一列或多列導(dǎo)線組成。加熱矩陣式線纜矩陣的行導(dǎo)線分別與相應(yīng)加熱器矩陣中對(duì)應(yīng)的加熱片的行出線端電連接，列導(dǎo)線分別與相應(yīng)加熱器矩陣中對(duì)應(yīng)的加熱片的列出線端電連接。加熱矩陣式線纜減少了總體溫度控制的線纜數(shù)量。

本實(shí)施方式所述的溫度傳感器采用成都宏明的型號(hào)為MF501的熱敏電阻。

本實(shí)施方式所述的信號(hào)調(diào)理電路包括分壓電路、放大電路和濾波電路，所述分壓電路的輸出信號(hào)經(jīng)放大電路放大后由濾波電路進(jìn)行濾波處理后傳送至AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，所述AD轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號(hào)至控制器。所述放大電路采用AD公司的型號(hào)為AD620的儀表放大器。所述AD轉(zhuǎn)換器采用TI公司的型號(hào)為T(mén)LV2548的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述第一模擬復(fù)用器采用INTERSIL公司的型號(hào)為HS-508的模擬復(fù)用器。

本實(shí)施方式所述的加熱器采用宏宇航天的柔性薄膜型電加熱片。

本實(shí)施方式所述的加熱電路包括第二模擬復(fù)用器、MOS管驅(qū)動(dòng)器和MOS管，控制器輸出的加熱控制信號(hào)傳輸至MOS管驅(qū)動(dòng)器，MOS管驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)為MOS管的輸入信號(hào)，MOS管輸出加熱電壓信號(hào)至加熱矩陣式線纜。所述第二模擬復(fù)用器采用INTERSIL公司的型號(hào)為HS-508的模擬復(fù)用器，MOS管驅(qū)動(dòng)器采用LINFINITY公司的集成達(dá)林頓管陣列SG2003，MOS管采用IR公司的型號(hào)為JANTXV2N6798的MOS管。

本實(shí)施方式所述的控制器為T(mén)I公司的型號(hào)為T(mén)MS320C6701的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)和ACTEL公司型號(hào)為A54X72A的FPGA組成。所述的電源模塊為IR公司的DCDC模塊。

具體實(shí)施方式二、本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)的采集控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

控制箱中的電源模塊上電工作，為其他部分供電，空間相機(jī)的主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)開(kāi)始工作，向控制器注入溫度采集開(kāi)始指令；

步驟一、控制器控制溫度傳感器矩陣采集溫度信息；具體為：

控制器控制溫度采集矩陣式線纜矩陣中第一行第一列至第1n列導(dǎo)線輸出溫度傳感器矩陣中第一行的阻值信息至第一模擬復(fù)用器，同時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路將第一模擬復(fù)用器輸出的第一行的阻值信息轉(zhuǎn)化為溫度模擬信號(hào)并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)；

步驟二、依次采集溫度傳感器矩陣中第二行至第m行的阻值信息，

步驟三、控制器根據(jù)采集的溫度信息，判斷所述溫度信息是否滿足溫度熱控指標(biāo)要求，如果是，則返回執(zhí)行步驟一；如果否，執(zhí)行步驟四；

步驟四、控制器根據(jù)步驟三采集的溫度信息，計(jì)算加熱器矩陣中每個(gè)加熱器的加熱時(shí)間；

步驟五、控制器控制加熱矩陣式線纜矩陣中第一行第一列至第1n列輸出至第二模擬復(fù)用器，所述控制器控制MOS管驅(qū)動(dòng)器對(duì)加熱器矩陣中的第一行加熱器進(jìn)行加熱，所述加熱時(shí)間按照步驟四中計(jì)算的加熱時(shí)間而定；

步驟六、依次對(duì)加熱器矩陣中第二行至第m行的加熱器進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集控制。

所述控制器停止接收溫度采集信號(hào)或控制器下電結(jié)束操作。

具體實(shí)施方式三、本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一所述的空間相機(jī)矩陣式主動(dòng)溫度采集控制系統(tǒng)的實(shí)施例：本實(shí)施例以一個(gè)溫度傳感器矩陣的采集為例，說(shuō)明溫度采集電路的組成，結(jié)合圖4，溫度采集電路中的第一模擬復(fù)用器包括多片AMUX芯片，所述AMUX芯片為將X路信號(hào)每次選擇其中一個(gè)單路信號(hào)進(jìn)行輸出。定義矩陣式溫度采集線纜矩陣行線纜和列線纜數(shù)量分別為Y1和Y2，則將Y1/X之后取整數(shù)，然后將該整數(shù)+1即為連接至矩陣式溫度采集線纜矩陣中行線纜的AMUX芯片數(shù)量；將Y2/X之后取整數(shù)，然后將該整數(shù)+1即為連接至矩陣式溫度采集線纜矩陣列線纜的AMUX芯片數(shù)量。將矩陣式溫度采集線纜矩陣行線纜依次連接至采集行線纜的AMUX芯片之上，將矩陣式溫度采集線纜矩陣列線纜依次連接至采集列線纜的AMUX芯片之上。采集行線纜的AMUX芯片的輸出匯集為單路導(dǎo)線AMUX行輸出，采集列線纜的AMUX芯片的輸出匯集為單路導(dǎo)線AMUX列輸出，AMUX行輸出和AMUX列輸出分別連接至信號(hào)調(diào)理電路。

以下以13×7的溫度傳感器矩陣為例說(shuō)明采集電路的線纜連接及采集方法。第一模擬復(fù)用器選擇8輸入單輸出的AMUX芯片，依據(jù)上述算法，采集行線纜的AMUX芯片為2片，采集列線纜的AMUX芯片為1片，將矩陣式溫度采集線纜矩陣行1～行8這8條線纜依次連接至第一片采集行線纜的AMUX芯片的第1至第8個(gè)輸入端，將矩陣式溫度采集線纜矩陣行9～行13這5條線纜依次連接至第一片采集行線纜的AMUX芯片的第1至第5個(gè)輸入端，將矩陣式溫度采集線纜矩陣列1～列7這7條線纜依次連接至采集列線纜的AMUX芯片的第1至第7個(gè)輸入端。

控制器首先控制采集行線纜的第一片AMUX芯片將矩陣式溫度采集線纜矩陣行1輸出至AMUX行輸出，然后控制采集列線纜的AMUX芯片依次將矩陣式溫度采集線纜列1至列N1輸出至AMUX列輸出，同時(shí)，測(cè)溫電路依次將第1行的熱敏電阻阻值信息轉(zhuǎn)化為溫度模擬信號(hào)，在控制器的控制下，經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)字信號(hào)，從而完成溫度傳感器矩陣第1行的采集任務(wù)。然后，與上述方法相同，依次完成溫度傳感器矩陣第2行至第M1行的采集任務(wù)。

在本實(shí)施方式中，信號(hào)調(diào)理電路采用電阻分壓模式，如圖5所示。信號(hào)調(diào)理電路的一端與供電2電連接，一端與AMUX行輸出電連接，分壓電路輸出溫度模擬信號(hào)與AMUX行輸出電連接，AMUX列輸出與電源地電連接。如果測(cè)溫電阻阻值為R1，AMUX行輸出與AMUX列輸出之間的電阻為R2，供電2的電壓為U1，則溫度模擬信號(hào)為U1×R1/(R1+R2)。

溫度模擬信號(hào)傳送至AD轉(zhuǎn)換器，由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)送至控制器處理。

以一個(gè)加熱器矩陣為例，說(shuō)明加熱電路的組成，如圖6所示。第二模擬復(fù)用器主要包括多片AMUX芯片，MOS管和MOS管驅(qū)動(dòng)器。AMUX芯片為將X路信號(hào)每次選擇其中一個(gè)單路信號(hào)進(jìn)行輸出。定義矩陣式加熱線纜矩陣行線纜和列線纜數(shù)量分別為Y1和Y2，則將Y1/X之后取整數(shù)，然后將該整數(shù)+1即為連接至矩陣式加熱線纜行線纜的AMUX芯片數(shù)量；將Y2/X之后取整數(shù)，然后將該整數(shù)+1即為連接至矩陣式加熱線纜矩陣列線纜的AMUX芯片數(shù)量。將矩陣式溫度加熱線纜行線纜依次連接至加熱行線纜的AMUX芯片之上，將矩陣式加熱線纜矩陣列線纜依次連接至加熱列線纜的AMUX芯片之上。加熱行線纜的AMUX芯片的輸出匯集為單路導(dǎo)線加熱行輸出，加熱列線纜的AMUX芯片的輸出匯集為單路導(dǎo)線加熱列輸出，加熱行輸出和加熱列輸出分別連接至電源供電3和MOS管的漏極。

以下以13×7的加熱矩陣為例說(shuō)明加熱電路的線纜連接及加熱方法。第二模擬復(fù)用器選擇8輸入單輸出的AMUX芯片，依據(jù)上述算法，加熱行線纜的AMUX芯片為2片，加熱列線纜的AMUX芯片為1片，將矩陣式加熱線纜矩陣行1～行8這8條線纜依次連接至第一片加熱行線纜的AMUX芯片的第1至第8個(gè)輸入端，將矩陣式加熱線纜矩陣中行9～行13這5條線纜依次連接至第一片加熱行線纜的AMUX芯片的第1至第5個(gè)輸入端，將矩陣式加熱線纜列1～列7這7條線纜依次連接至加熱列線纜的AMUX芯片的第1至第7個(gè)輸入端。

控制器依據(jù)采集得到的溫度信息，判斷每一個(gè)加熱片需要加熱的時(shí)間。然后，控制器首先控制加熱行線纜的第一片AMUX芯片將矩陣式加熱線纜行1輸出至加熱行輸出，然后控制加熱列線纜的AMUX芯片依次將矩陣式加熱線纜列1至列N1輸出至加熱列輸出，同時(shí)，控制器通過(guò)加熱控制信號(hào)控制MOS管驅(qū)動(dòng)器，使得MOS管導(dǎo)通依次對(duì)加熱器矩陣中第1行的加熱片按照需要加熱的時(shí)間進(jìn)行加熱，從而完成加熱器矩陣第1行的加熱任務(wù)。然后，與上述方法相同，依次完成加熱器矩陣第2行至第M1行的加熱任務(wù)。

控制器主要由DSP和FPGA組成，完成溫度采集及加熱控制。電源模塊由多個(gè)DCDC(直流直流變換器)組成，分別為控制器、溫度采集電路和加熱電路提供電源信號(hào)。