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一種GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊的制作方法

文檔序號:19087439發布日期:2019-11-08 23:34
一種GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊的制作方法
本實用新型屬于衛星導航
技術領域
,特別是指一種適合于全球衛星導航系統(GNSS)連續跟蹤拋物面天線驅動單元的電源健康管理模塊。
背景技術
:根據全球衛星導航系統(GNSS)星地大系統上行注入和時間同步等業務需求,運控系統GNSS拋物面天線必須能夠連續跟蹤可視弧段內多種軌道的GNSS導航衛星(GEO/IGSO/MEO),接續完成導航信號發射和接收任務。因此,天線連續跟蹤是GNSS天線相對常規天線的顯著特點,在電源不健康(過電壓、欠電壓、缺相、頻率過高、頻率過低)的情況下工作會增加天線驅動單元的損壞概率,以往的實際運行中曾多次發生驅動單元損壞現象,為提高天線驅動單元電源健康管理水平,專門設計天線驅動單元電源健康管理模塊。常規天線主要由天饋分機、結構分機、伺服控制分機和輔助設備等組成。其中:伺服控制分機主要包括天線控制單元(ACU)、驅動控制單元(DCU)、方位和俯仰驅動單元(ADU/EDU)、俯仰鎖定單元、驅動電機、軸角編碼器、電源和安全保護單元。電源單元分為控制電和動力電,控制電通常采用雙路220VUPS不間斷電源為ACU供電;動力電通常采用多路380V/220V市電電源為DCU、ADU/EDU供電。正常工作模式下,由天線控制單元ACU根據天線任務規劃實現天線自動運行控制。但是在市電中斷或波動的不健康情況下,天線伺服電機制動器抱閘,天線保持當時的指向狀態。此時由UPS供電的ACU仍然正常運行,命令角度持續發送,導致電機出現反復啟動、抱閘現象,易損壞驅動單元。另外,由于缺少電源質量管理,市電再次恢復以后,必須手動恢復驅動部分供電,天線才能恢復正常工作。技術實現要素:本實用新型的目的在于為GNSS連續跟蹤天線提供驅動電源健康管理模塊,實現GNSS連續跟蹤天線伺服電機驅動單元自動保護功能與斷電自動恢復功能。GNSS天線伺服電源健康管理模塊由UPS供電,實時監測天線驅動部分市電電源質量,在市電正常狀態下,向GNSS天線ACU發送市電電源健康信號;在市電斷電或波動異常情況下,向GNSS天線ACU發送市電電源不健康信號。GNSS天線伺服單元根據電源健康管理模塊提供的質量信號,實現GNSS天線驅動規劃和斷電自動恢復功能。本實用新型提供的一種GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊,所述的電源健康管理模塊包括STC12C5A60S2單片機,以及連接在單片機上的電源單元、RS232/RS484通訊接口轉換單元、工作狀態指示單元、信號輸出單元、復位電路和時鐘電路。上述部件組成GNSS天線驅動部分市電電源健康管理系統。其中STC12C5A60S2單片機為所述的電源健康管理模塊的CPU。電源單元(AC/DC)連接單片機的VCC接口,為STC12C5A60S2單片機和其他單元提供工作電源。RS232/RS484通訊接口轉換單元完成單片機RS232通訊接口與EM600LCD顯示儀表RS485通訊接口連接,單片機通過該RS232/RS484通訊接口轉換單元讀取EM600LCD顯示儀表數據。工作狀態指示單元連接工作狀態指示燈,工作狀態指示燈用于指示電源健康管理模塊的工作狀態,燈亮表示電源健康管理模塊工作正常。信號輸出單元上連接有電源故障告警蜂鳴器、電源故障告警燈(LED燈)和+5V輸出信號,所述的電源故障告警蜂鳴器及電源故障告警燈用于市電電源不健康時聲光告警,當CPU判斷市電不健康時驅動蜂鳴器及LED燈同時聲光告警。+5V輸出信號(TTL電平)連接GNSS天線驅動部分相應控制輸入接口,當電源健康管理模塊判定市電健康時輸出+5V信號,GNSS天線驅動部分接收到該+5V輸出信號才會進行天線驅動行為。復位電路連接單片機上的RST接口,用于單片機上電復位及電源健康管理模塊故障時手動復位。時鐘電路連接單片機上的XTA接口,為單片機提供工作時鐘。人機界面采用EM600LCD顯示儀表,實現GNSS連續跟蹤天線驅動電源三相電壓、電流、頻率數據采集、顯示、參數設置功能,具有485通訊接口,其測量精度達到0.2級。本實用新型的優點在于:(1)應用本實用新型的電源健康管理模塊,當電源健康管理模塊判定市電健康時輸出+5V信號,GNSS天線驅動部分接收到該+5V輸出信號才會進行天線驅動行為。(2)所述的電源健康管理模塊針對常規天線驅動單元電源模塊缺少市電電源質量管理問題進行專門設計,實現連續跟蹤GNSS天線驅動斷電自動恢復功能。(3)所述電源健康管理模塊采用UPS供電,在正常工作模式下,通過電源智能儀表進行天線驅動部分市電電源質量的實時監測,并實時向天線ACU發送驅動部分市電電源的質量信號。(4)在市電由于各種非計劃因素中斷的異常情況下,所述的電源健康管理模塊實時檢測市電的恢復和質量情況,當市電再次恢復正常以后,天線ACU自動為天線驅動部分加電,并根據故障時刻任務規劃,恢復到自動工作流程,實現GNSS天線驅動部分市電電源健康管理和斷電自動恢復功能。附圖說明圖1為本實用新型的一種GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊的拓撲結構圖;圖2為GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊的電路實現示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。本實用新型提供一種GNSS連續跟蹤拋物面天線驅動單元電源健康管理模塊,本模塊通過對GNSS連續跟蹤天線驅動電源三相電壓、頻率數據的分析計算,判斷電源的健康狀況,并將電源的健康狀況反饋給天線控制單元ACU。如圖1所示,所述的電源健康管理模塊包括STC12C5A60S2單片機,以及連接在單片機上的電源單元、RS232/RS484通訊接口轉換單元、工作狀態指示單元、信號(電源故障聲音告警、電源故障燈光告警、+5VTTL電平信號)輸出單元、復位電路和時鐘電路。上述部件組成GNSS天線驅動部分市電電源健康管理系統。其中STC12C5A60S2單片機為所述的電源健康管理模塊的CPU。電源單元(AC/DC)連接單片機的VCC接口,為STC12C5A60S2單片機和其他單元提供工作電源。RS232/RS484通訊接口轉換單元完成單片機RS232通訊接口與EM600LCD顯示儀表RS485通訊接口連接,單片機通過該RS232/RS484通訊接口轉換單元讀取EM600LCD顯示儀表數據。工作狀態指示單元連接工作狀態指示燈,工作狀態指示燈用于指示電源健康管理模塊的工作狀態,燈亮表示電源健康管理模塊工作正常。信號輸出單元上連接有電源故障告警蜂鳴器、電源故障告警燈(LED燈)和+5V輸出信號,所述的電源故障告警蜂鳴器及電源故障告警燈用于市電電源不健康時聲光告警,當CPU判斷市電不健康時驅動蜂鳴器及LED燈同時聲光告警。+5V輸出信號(TTL電平)連接GNSS天線驅動部分相應控制輸入接口,當電源健康管理模塊判定市電健康時輸出+5V信號,GNSS天線驅動部分接收到該+5V輸出信號才會進行天線驅動行為。復位電路連接單片機上的RST接口,用于單片機上電復位及電源健康管理模塊故障時手動復位。時鐘電路連接單片機上的XTA接口,為單片機提供工作時鐘。人機界面采用EM600LCD顯示儀表,實現GNSS連續跟蹤天線驅動電源三相電壓、電流、頻率數據采集、顯示、參數設置功能,具有485通訊接口,其測量精度達到0.2級。本實用新型提供的電源管理模塊的電路圖,如圖2所示,所述的RS232/485通訊接口轉換單元的電路結構包括MAX485芯片、S9013三極管及其它周邊阻容元件。MAX485芯片DI、RO端分別連接單片機TXD、RXD端,用于兩芯片間232信號傳輸。單片機P2.5管腳經10KΩ電阻R19連接至S9013三極管基極,并經集電極、10KΩ電阻R17連接至MAX485芯片接收和發送的使能端DE、RE管腳,用于DI、RO端口收發狀態控制,S9013三極管發射極連接至Vcc電源端。MAX485芯片A管腳與Vcc電源端連接750KΩ上拉電阻R10,B管腳與地之間連接750KΩ下拉電阻R11,MAX485芯片A管腳和B管腳用雙絞線連接至EM600LCD顯示儀表的B、A端口,以實現MAX485芯片與EM600LCD顯示儀表之間485通訊信號的電氣連接,在所述的雙絞線上設置了15KΩ限流電阻R7和R8。MAX485芯片AB端口之間并接120KΩ匹配電阻R9。在MAX485芯片Vcc管腳與地之間并聯三個電容C9、C10和C11,電容C9容量4.4μF,電容C10容量104F,電容C11容量20pF。所述S9013三極管集電極與地之間連接10KΩ電阻R18。所述信號輸出單元中,單片機輸出控制信號經單片機P0.0端口輸出,P0.0經4.7KΩ電阻R31連接TLP521-1光耦U2的管腳2,U2管腳1連接至Vcc,U2的管腳1、管腳2間并接10KΩ電阻R32。U2管腳4連接至+12V,管腳3經6KΩ電阻R33連接至S8050三極管Q2基極,Q2基極和發射極之間并接5.1KΩ電阻R38,發射極接地。12V繼電器K4線圈分別接+12V電源和Q2集電極。繼電器K4包含兩對常開、常閉轉換結點,第一對轉換結點的常閉結點用于驅動電源故障告警燈LED1和蜂鳴器。電源故障告警燈LED1與蜂鳴器并聯連接,正極連接+12V,負極連接繼電器K4第一對轉換結點動觸頭。繼電器K4的第二對轉換節點的常開結點動觸頭連接Vcc電源,靜觸頭連接P1插座端子1,P1插座端子2接地。模塊輸出的TTL電平信號經P1插座連接至GNSS天線驅動部分相應控制輸入接口。P1插座端子1與地之間連接10KΩ電阻R41。模塊工作狀態指示單元的電路中,模塊正常工作狀態指示信號經單片機P0.1端口輸出,P0.1經4.7KΩ電阻R36連接TLP521-1光耦U3的管腳2,U3的管腳1連接至Vcc,U3的管腳1、管腳2間并接10KΩ電阻R35。U3的管腳4連接至+12V,管腳3經6KΩ電阻R37連接至S8050三極管Q3基極,三極管Q3基極和發射極并接5.1KΩ電阻R38,發射極接地;12V繼電器K5線圈分別接+12V電源和三極管Q3集電極。繼電器K5包含兩對常開結點,其中一對結點動觸頭連接+12V電源,靜觸頭連接LED2工作狀態指示燈正極,LED2負極接地。所述的電源健康管理模塊控制程序上電初始化后,讀取電壓、頻率參數和設定參數,然后進行缺相、電壓越限、頻率越限比較計算,如果出現任何缺相或越限故障,經延時躲過市電的瞬間波動后故障仍然存在,則輸出市電故障報警信號,否則輸出并保持電源正常信號。所述的電源健康管理模塊中,RS232/RS484通訊接口轉換單元完成單片機RS232通訊接口與EM600LCD顯示儀表RS485通訊接口連接,EM600LCD顯示儀表與單片機采用485接口、ModeBUS通訊協議,通訊傳輸信號為異步方式,并以字節為單位。在主站和從站之間傳遞的通訊信息是11位的字格式:奇偶校驗:無奇偶校驗:幀格式:地址碼(Address)功能碼(Function)數據域(Data)校驗(Check)8-Bits8-BitsN×8-Bits16-Bits數據幀到達終端后,該設備去掉數據幀的數據頭,讀取數據后如檢測無誤就執行要求的任務,然后將生成的數據放入數據幀中發送回請求者。返回的數據幀中包括:終端地址、被執行命令、數據、校驗碼。地址碼:占用一個字節,地址碼是每次通訊信息幀的第一字節,范圍0~255(00H~FFH)。每個從機都必須有唯一的地址碼,并且只有符合地址碼的從機才能響應并回送信息。當從機回送信息時,回送數據均以各自的地址碼開始。發送的地址碼表明將發送到的從機地址,而從機返回的地址碼表明回送的從機地址。相應的地址碼表明該信息來自于何處。00H為廣播地址,所有子站均響應廣播命令,但無返回信息。功能碼:功能碼占用一個字節,范圍1~127(01H~7FH),告知被尋址的終端設備執行何種操作。本模塊用到的功能碼如下表所示:03H:讀寄存器數據04H:讀輸入寄存器數據數據域:數據長度不定,數據域是主站和子站以讀寫寄存器的方式來進行數據交換的。校驗方式:CRC16循環冗余校驗。與本模塊相關的數據讀取地址:上表中數據(Ai)與實際值之間的對應關系為:電壓:U=(Ai/10)×(PT1/PT2),Ai為無符號整數,單位V。頻率:F=Ai/100,Ai為無符號整數,單位Hz。所述的電源健康管理模塊具有以下功能:1)具有三相交流電壓、電流測量、顯示功能。2)具有電源頻率測量、顯示功能。3)具有電壓上下限分別設置功能。4)具有缺相檢測功能。5)具有系統工作狀態、監測電源故障告警指示功能。6)具有市電電源狀態指示功能(+5VTTL電平表示電源輸出正常)。所述的電源健康管理模塊外觀結構:所述的電源健康管理模塊位于一個采用標準19英寸機柜3U機箱內,所述機箱的外觀尺寸為寬×深×高:482mm×480mm×133mm。機箱后端設置進出線接插端子,機箱后面板設置網格散熱窗。機箱正面面板配置1塊96mm×96mLCD智能儀表、2只LED指示燈、1個蜂鳴器。本實用新型提供的電源健康管理模塊,采用增強型MCS-51系列單片機STC12C5A60S2為核心部件組成一個單片機控制系統,單片機通過RS485通訊接口與交流電源的EM600LCD儀表通訊,采集被監測市電電源三相電壓、頻率運行值及電壓、頻率越限設定值等參數,經內部程序運算,判斷市電質量滿足GNSS天線電源質量要求時,向GNSS天線ACU發送市電電源健康信號。當前第1頁1 2 3 
再多了解一些
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