一种极紫外相机电控单元检测系统技术方案

为了实现对月基极紫外相机电控单元功能和性能的检测，发明专利技术了一种极紫外相机电控单元检测系统。该检测系统以FPGA为核心单元，经过USB接口与上位机进行通讯，通过模拟电控单元各外部接口并对其采集后的遥测数据和图像数据进行分析，以此实现对电控单元各项功能和性能的检测.通过月基极紫外相机电控单元和检测系统的验证实验表明，检测系统的检测方法准确，测试结果正确有效.该检测系统具有实用、有效、便携的特点，在极紫外相机的研制过程中已经得到了充分的使用，对工程研制的顺利进行起到了重要的作用。

An ECU detection system for ultra violet camera

In order to detect the moon based EUV camera control unit function and performance, invented a EUV camera control unit detection system. The detection system with FPGA as the core unit, through the USB interface to communicate with the host computer, and the telemetry data and the image data acquisition was analyzed by simulating the external interface of the electronic control unit, so as to realize the detection of the electronic control unit functions and performance. Through experimental verification of lunar based extreme ultraviolet camera detection and control unit the system shows that the detection system is accurate, the test results are correct and effective. The characteristics of the detection system is practical, effective, portable, has been fully used in the development process of EUV camera in the engineering development smoothly plays an important role.

【技术实现步骤摘要】
一种极紫外相机电控单元检测系统所属
本专利技术涉及一种检测系统，尤其涉及一种极紫外相机电控单元检测系统。
技术介绍
中国探月工程二期嫦娥三号月球探测器上安装的月基极紫外相机对于地球大气和空间天气研究具有非常重要的意义，它主要负责对地球周围等离子体层产生的30。4nm辐射进行全范围、长期的观测研究。极紫外相机需要监测地球等离子体层的空间分布及其变化并对地球等离子体层的整个轮廓成像。为了实现此目标相机设计了较大的视场和较高的角分辨率；为了实现对地球的对准和跟踪功能，极紫外相机设计了俯仰和方位转动机构；嫦娥三号月球探测器着陆后会产生大量的月尘，故设计了镜头盖机构以避免月尘对相机的光学系统造成污染，镜头盖机构采用双绕阻步进电机进行驱动。月球的空间环境具有高温差、强辐射的特点，探测器着陆时还会受到较大的冲击，加之探测器总体对载荷重量和功耗的严格限制使得月基极紫外相机的设计难度大大提升；极紫外相机的电子学系统设计除了考虑常规的功能和性能之外还需要在抗辐照设计、抗单粒子事件、EMC和轻量化低功耗高可靠等方面进行设计。考虑到极紫外相机电子学单元功能的复杂性和特殊性以及航天工程对设备的各项功能和性能测试的严格要求，开发一套适合极紫外相机电控单元测试和检测的系统对于保证工程质量和进度至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现对月基极紫外相机电控单元功能和性能的检测，设计了一种极紫外相机电控单元检测系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：极紫外相机电控单元检测系统由步进电机负载模拟电路、LVDS接口电路、镜头盖电机驱动信号主备切换电路、步进电机驱动脉冲电压调整电路、A/D转换电路、总线隔离电路、FPGA及其外围电路、USB接口控制电路、上位机、RS-422接口电路等部分组成。所述的系统以FPGA作为核心单元，采用XILINX公司生产型号为XC4VSX55-10FF1148I的Virtex4系列FPGA，其内部具有55296个逻辑单元，24576个Slices，5760Kb的BlockRAM，8个DCM，13个I/O块，640个用户I/O和512个XtremeDSPSlices，每个XtremeDSPSlices含有1个18×18乘法器，1个加法器和1个累加器，这些丰富的资源为本系统的实现提供了基础。所述的系统的A/D控制单元负责控制A/D转换芯片对步进电机驱动脉冲的电压进行采集，将采集到的电压数据传送给命令解析和处理模块，再由其通过USB总线控制器传输到上位机显示。所述的系统的USB通讯控制模块负责对USB总线控制器的时序控制功能，并实现对上行/下行数据的缓存功能。所述的系统的对于上行/下行数据的缓存采用FIFO实现，每块FIFO的容量为256×16bit。所述的系统的图像坐标数据接收及存储单元负责接收由载荷电控箱通过LVDS接口发送的图像坐标数据并进行缓存。所述的系统的图像坐标数据的缓存采用两块FIFO实现，每块FIFO的容量为1k×16bit，采用乒乓控制方式进行存储。所述的系统的各时钟管理模块负责接收晶振电路提供的时钟信，利用FPGA提供的DCM将其进行分频操作为其它模块提供所需的时钟信号。所述的系统的UART模块完成与极紫外相机电控单元之间的RS-422通讯功能。所述的系统的科学数据产生单元和科学数据发送单元负责通过接收上位机发送的科学数据，然后将其按电控单元所要求的数据格式和数传频率进行转换之后发送给电控单元。所述的系统的USB的接口程序通常由固件程序、驱动程序和应用程序构成。所述的系统所使用的驱动程序和固件程序的架构由CYPRESS公司提供，在此基础上用户提供一个USB描述符表，添加其它端点接收和发送数据的通信代码，以及控制外围电路的程序代码。所述的系统的应用程序的设计以驱动程序为桥梁，对USB设备进行控制，处理USB设备传回的数据。所述的系统的应用程序使用VC＋＋6.0进行开发，通过API函数使得设备驱动程序和应用程序之间互相通信。本专利技术的有益效果是：极紫外相机电控单元检测系统完整准确地实现了模拟电控单元各外部接口的功能，并能准确地检测电控单元的各项功能和性能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是检测系统结构框图。图2是电控单元原理框图。图3是LVDS接口时序图。图4是FPGA功能框图。图5是步进电机控制时序图a。图6是步进电机控制时序图b。具体实施方式如图1所示，极紫外相机电控单元检测系统由步进电机负载模拟电路、LVDS接口电路、镜头盖电机驱动信号主备切换电路、步进电机驱动脉冲电压调整电路、A/D转换电路、总线隔离电路、FPGA及其外围电路、USB接口控制电路、上位机、RS-422接口电路等部分组成。检测系统接收电控单元输出的方位、俯仰和镜头盖步进电机驱动脉冲信号用来驱动步进电机负载模拟电路，由于步进电机驱动脉冲信号的电压为15V，将其输入到A/D转换电路和总线隔离电路之前需要进行电压调整将其调整成电压为3.3V的电平信号，然后再由A/D转换电路进行模数转换，同时通过总线隔离电路后输入到FPGA及其外围电路。A/D转换电路由FPGA进行控制，FPGA还实现对经电压调整后的步进电机驱动脉冲信号的采集、计数、频率分析及相序解析功能。检测系统模拟极紫外相机成像单元实现与电控单元之间的RS-422通讯功能及产生科学数据通过LVDS接口输出到电控单元的功能。检测系统的FPGA与上位机之间通过USB接口进行通讯，USB接口控制芯片采用CYPRESS公司生产的型号为CY7C68013A的芯片，接口由FPGA进行控制，通过上位机可以设置科学数据的类型、传输时间以及通过RS-422通道传输参数的类型、格式以及传输的波特率。FPGA将其接收到的图像坐标数据通过USB接口传输到上位机后由上位机进行实时显示，上位机还实现对图像坐标数据的自动检测功能。极紫外相机主体所使用的3台电机皆为步进电机，步进电机是一种电磁式增量运动执行元件，它将电脉冲输入转换成机械步距角输出，控制输入脉冲的个数就能实现对电动机转动角度的控制。为了检测步进电机驱动电路的功能以及步进电机的控制策略、模拟步进电机运行时的功耗，对步进电机的功能参数进行仿真模拟，本检测系统采用电阻与电感串联实现对步进电机各相参数的模拟，选用电阻值为39Ω/25W的黄金铝罩电阻与电感值为20mH的电感串联来模拟步进电机的相参数。为了检测步进电机的控制策略，需要采集步进电机的驱动脉冲，根据采集到的步进脉冲来检测步进脉冲的电压、频率、相序以及个数，根据步进脉冲的个数即可计算出步进电机的运行角度，进而可以实现对霍尔功能的模拟。如图2所示，有效载荷分系统为了实现轻量化和低功耗的设计目标，将各载荷的公用单元进行了集成化设计，通过公用单元实现对各载荷电子学单元的供电及控制功能，各载荷电子学单元根据公用单元的综合调度实现对各自载荷的通讯和控制功能。有效载荷公用单元和各载荷的电子学单元集成后安装在载荷电控箱中，该设计较以往的各载荷单独使用供电和控制的设计相比重量减轻了70％，功耗降低了50％。除了开关机控制电路、主备切换控制电路、俯仰电机和方位电机驱动电路之外的其余电路都采用了冷备份设计，电控单元和有效载荷公用单元的CPU接口之间采用交叉备份的设计。电控单元以FPG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极紫外相机电控单元检测系统，由步进电机负载模拟电路、LVDS接口电路、镜头盖电机驱动信号主备切换电路、步进电机驱动脉冲电压调整电路、A/D转换电路、总线隔离电路、FPGA及其外围电路、USB接口控制电路、上位机、RS‑422接口电路等部分组成。

【技术特征摘要】
1.一种极紫外相机电控单元检测系统，由步进电机负载模拟电路、LVDS接口电路、镜头盖电机驱动信号主备切换电路、步进电机驱动脉冲电压调整电路、A/D转换电路、总线隔离电路、FPGA及其外围电路、USB接口控制电路、上位机、RS-422接口电路等部分组成。2.根据权利要求1所述的极紫外相机电控单元检测系统，其特征是所述的系统以FPGA作为核心单元，采用XILINX公司生产型号为XC4VSX55-10FF1148I的Virtex4系列FPGA，其内部具有55296个逻辑单元，24576个Slices，5760Kb的BlockRAM，8个DCM，13个I/O块，640个用户I/O和512个XtremeDSPSlices，每个XtremeDSPSlices含有1个18×18乘法器，1个加法器和1个累加器，这些丰富的资源为本系统的实现提供了基础。3.根据权利要求1所述的极紫外相机电控单元检测系统，其特征是所述的系统的A/D控制单元负责控制A/D转换芯片对步进电机驱动脉冲的电压进行采集，将采集到的电压数据传送给命令解析和处理模块，再由其通过USB总线控制器传输到上位机显示。4.根据权利要求1所述的极紫外相机电控单元检测系统，其特征是所述的系统的USB通...

【专利技术属性】
技术研发人员：田荣侠，
申请(专利权)人：田荣侠，
类型：发明
国别省市：辽宁,21