[发明专利]一种适用于小卫星控制器局域网的数据采集及通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种星上数据采集及通信装置，特别涉及一种适用于小卫星控制器局域网的数据采集及通信系统。

背景技术

小卫星是指重量小于1000公斤的卫星，轨道大多位于1000公里以内的空间区域。小卫星不仅应用在通信、遥感、天文等各个方面。它还适用于进行新技术试验，并且易于在不同的轨道上组成卫星星座，从而实现单颗卫星无法实现的功能。由于小卫星具有成本低廉，发射周期短，机动灵活、便于更新和应用广泛等优点，正在受到世界上越来越多国家的广泛关注。

目前，小卫星上最常用和最有前途的总线之一是控制器局域网(Controller Area Network，以下简称CAN)总线。小卫星数据采集及通信，包括数字量采集和模拟量采集。小卫星的数字量通过CAN总线接口传输，模拟量通过A/D模块采集。目前，公开发表的文章和专利，对于星上数据采集及通信装置的研究，大多针对某一载荷，或者其它总线接口，而不是针对具有CAN总线接口的小卫星数据采集及通信装置的研究。

CAN总线是目前国际上应用最广泛的现场总线之一，也是最有发展前途的现场总线之一。这是由于CAN总线具有很多航天应用的特点：CAN总线具有低成本，高抗电磁干扰性，高总线利用率，很远的数据传输距离(长达10km)，高速的数据传输速率(高达1Mbps)，可靠的错误处理和检错机制，可自动重发，通信灵活，节点在错误严重的情况下自动退出总线等功能和特点。我国发射的航天“清华一号”，“纳星一号”等多颗小卫星都采用了主从两套CAN总线作为星上数据总线。Surrey大学卫星技术公司(SSTL)也多次使用CAN总线作为多颗小卫星总线，并且取得了飞行成功。

随着微电子技术的飞速发展及空间任务对高性能需求的日益增强，现有的宇航级抗辐射器件已经远远不能满足目前空间飞行器高性能系统的需求，使得高性能商用器件Commercial-Off-The-Shelf(COTS)在空间的应用成为可能。本装置的A/D采集模块采用了一片军温级商用器件AD7890，这也是NASA推荐的可用于航天的COTS器件之一。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的宇航级抗辐射器件已经远远不能满足目前空间飞行器高性能系统的需求，从而提供一种使用军温级商用器件(包括A/D采集芯片，CAN总线控制器)制作的、特别适用于小卫星控制器局域网的数据采集及通信的系统，该系统可实现数字量、模拟量的采集与通信。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的用于小卫星控制器局域网的数据采集及通信的系统，包括：

电源管理模块1，为整个系统中各模块提供电源，通过DC-DC变换，输出2.5V和3.3V的电压，给中央控制单元2以及双向总线收发器3供电；

中央控制单元2，用于控制双向总线收发器3、CAN总线控制器4和A/D采集模块6；双向总线收发器3，用于进行芯片电平转换，实现3.3V I/O接口与5V TTL接口之间的电平匹配；

CAN总线控制器4，支持CAN总线技术规范2.0A、和2.0B，能发送和接收标准帧和扩展帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能；

CAN总线收发器5与物理总线(CANH和CANL)直接电相连，将CAN总线控制器产生的数字信号转换为适合于在总线上发送的信号，完成对总线的差动发送和接收；所述的CAN总线控制器模块4与所述的CAN总线收发模块5之间通过两条数据收发线RXD和TXD实现数据通信；

A/D采集模块6，将模拟量转换为数字量输入给中央控制单元2，每路数据由1位起始位、3位通道标识位以及12位转换结果数据位组成；所述的A/D采集模块6有8路模拟量输入端VIN1-VIN8，所有的输入端共用一个公共端，8路模拟量通过输入接口滤波电路7进入A/D采集模块6的输入端；中央控制单元2通过提供A/D采集模块6的控制信号和时钟信号，选择转换通道，实现分时多路采集；

输入接口滤波电路7，对输入的模拟量信号进行滤波；共有8路，在每路模拟量输入端与接地端分别接入两个起滤波作用的独石电容。