一種太空飲水供應(yīng)控制器的制造方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太空航天員飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太空飲水供應(yīng)控制器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著我國(guó)“神舟一號(hào)”到“神舟十號(hào)”系列太空飛船、天宮一號(hào)、天宮二號(hào)、嫦娥等航天器任務(wù)發(fā)射成功，國(guó)產(chǎn)空間站項(xiàng)目正在加緊研制中，空間站項(xiàng)目是我國(guó)開(kāi)展的非常復(fù)雜的重大載人航天項(xiàng)目，由于太空的真空、失重、輻照、晝夜溫差大等惡劣條件不適合人類生活，人類探索太空則必須在太空建立適合人生活的環(huán)境，空間站是一種航天員在太空生活、試驗(yàn)的太空設(shè)備，太空航天員飲水控制器是其必備的一種電子控制設(shè)備。
[0003]隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，用于電子控制系統(tǒng)的商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)高性能處理器等集成電路規(guī)格、品種已非常豐富，價(jià)格也非常低廉，也不存在發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其“禁售”的政策，采用這些商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)集成電路實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的方案非常多，但這些商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)集成電路沒(méi)有抗輻照技術(shù)指標(biāo)，由其實(shí)現(xiàn)的電子設(shè)備也不具有抗輻照性能，其不能應(yīng)用于具有高能粒子的太空輻照惡劣環(huán)境中，因?yàn)楣ぷ髟谳椪窄h(huán)境中的電子設(shè)備會(huì)發(fā)生單粒子效應(yīng)，如單粒子翻轉(zhuǎn)會(huì)使電子設(shè)備發(fā)生控制誤動(dòng)作，單粒子閂鎖會(huì)使電子設(shè)備電地短路而燒毀，單粒子累積效應(yīng)也會(huì)使電子設(shè)備發(fā)生永久故障而失去功能，因此不能選用商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)太空飲水控制器。
[0004]太空電子控制設(shè)備需要選用具有抗輻照技術(shù)指標(biāo)的宇航級(jí)元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，但我國(guó)航天技術(shù)起步較晚，研制的宇航電子設(shè)備主要基于進(jìn)口宇航級(jí)元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，由于發(fā)達(dá)國(guó)家往往“禁售”這些器件，造成宇航電子設(shè)備研制往往受制于人，這樣迫切需要研發(fā)基于國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件的宇航電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)100%元器件自主可控，而在國(guó)家大力支持下研發(fā)成功的國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件為國(guó)產(chǎn)宇航電子設(shè)備的研制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備，適用于空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件(抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等)的供配電和自動(dòng)控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的報(bào)警指示等，控制器與相關(guān)部件之間的互連關(guān)系如附圖1所示。傳統(tǒng)的太空電子控制設(shè)備往往采用軟件/硬件結(jié)合的基于抗輻照處理器嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的太空飲水控制器實(shí)現(xiàn)原理框圖如附圖2所示，雖然系統(tǒng)的功能強(qiáng)大、控制靈活、體積小，但由于系統(tǒng)的最小組成中需要選用宇航級(jí)處理器、存儲(chǔ)器、FPGA等中、大規(guī)模高性能集成電路，其價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)、甚至十幾萬(wàn)，有其實(shí)現(xiàn)的電子設(shè)備成本高昂，因此需要研制較低價(jià)格的太空飲水控制器。
【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種太空飲水供應(yīng)控制器，實(shí)現(xiàn)了空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件(抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等)的供配電和自動(dòng)控制，大幅度降低太空飲水供應(yīng)控制器成本。
[0007]—種太空航天員飲水供應(yīng)控制器，包括供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中，
[0008]所述供電系統(tǒng)給空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)的設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)供電，所述設(shè)備包括輸送栗、抽吸栗、壓控閥A、壓控閥B和液壓傳感器；
[0009]所述控制系統(tǒng)包括按鈕控制系統(tǒng)和自動(dòng)報(bào)警指示系統(tǒng)，所述按鈕控制系統(tǒng)包括九個(gè)按鈕控制，分別為開(kāi)電源、關(guān)電源、開(kāi)水栗、開(kāi)抽吸栗、關(guān)抽吸栗、開(kāi)壓控閥A、關(guān)壓控閥A、開(kāi)壓控閥B、關(guān)壓控閥B按鈕；其中，開(kāi)電源、關(guān)電源按鈕連接到繼電器線包負(fù)端上，通過(guò)控制繼電器對(duì)母線電源進(jìn)行開(kāi)或關(guān)；開(kāi)水栗、開(kāi)抽吸栗、關(guān)抽吸栗三個(gè)按鈕連接單穩(wěn)電路和指令驅(qū)動(dòng)電路，然后與水栗和抽吸栗連接，控制啟動(dòng)水栗及抽吸栗的開(kāi)和關(guān)；開(kāi)壓控閥A、關(guān)壓控閥A、開(kāi)壓控閥B、關(guān)壓控閥B四個(gè)按鈕連接單穩(wěn)電路，再通過(guò)固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器分別連接壓控閥A和壓控閥B，控制壓控閥A或壓控閥B的開(kāi)和關(guān)；
[0010]所述自動(dòng)報(bào)警指示系統(tǒng)包括四個(gè)報(bào)警指示燈，分別為上電綠色指示燈、液滿綠色指示燈、液空紅色指示燈、抽吸栗故障紅色指示燈；抽吸栗轉(zhuǎn)速狀態(tài)信號(hào)與電壓比較器，然后連接到延遲電路上，經(jīng)燈驅(qū)動(dòng)電路后接四個(gè)報(bào)警指示燈；液態(tài)壓力傳感器信號(hào)采集通道連接電壓比較器后分成兩個(gè)子部分，一個(gè)子部分連接到單穩(wěn)電路再分成兩部分，一路接固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器控制端分別控制壓控閥A和壓控閥B，另一路接指令驅(qū)動(dòng)電路，然后與水栗和抽吸栗連接，控制水栗啟動(dòng)和抽吸栗開(kāi)和關(guān)；另一個(gè)子部分連接延遲電路，經(jīng)燈驅(qū)動(dòng)電路后接指不燈。
[0011]所述供電系統(tǒng)對(duì)輸入100V直流母線電源分經(jīng)繼電器和濾波器后，一部分連接輸送栗和抽吸栗；一部分通過(guò)第一電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為28V直流后，通過(guò)第一固態(tài)繼電器連接壓控閥A，通過(guò)第二固態(tài)繼電器連接壓控閥B ;—部分通過(guò)第三電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為12V直流后連接液壓傳感器及電壓比較器；另一部分通過(guò)第二電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為5V直流后給控制系統(tǒng)提供5V直流電；輸入29V直流指令電源連接繼電器線包正端。
[0012]還包括第一 RC濾波電路，九個(gè)按鈕控制信號(hào)均先連接第一 RC濾波電路后發(fā)出信號(hào)。
[0013]還包括第二 RC濾波電路，抽吸栗轉(zhuǎn)速狀態(tài)信號(hào)和液態(tài)壓力傳感器信號(hào)均通過(guò)第二 RC濾波電路連接電壓比較器。
[0014]所述控制系統(tǒng)還包括分頻電路和晶振，晶振通過(guò)分頻電路與延遲電路連接。
[0015]所述控制系統(tǒng)還包括復(fù)位電路，復(fù)位電路分別與單穩(wěn)電路、延遲電路和分頻電路連接。
[0016]所述供應(yīng)控制器功耗小于4W ;收集控制器質(zhì)量小于5kg。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]選用國(guó)產(chǎn)抗輻照元器件設(shè)計(jì)了純硬件電路實(shí)現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器，其一實(shí)現(xiàn)了太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)部件供配電控制及操作的自動(dòng)化；其二基于國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了太空飲水供應(yīng)控制器100%的元器件自主可控，促進(jìn)了我國(guó)宇航級(jí)元器件研制及應(yīng)用水平，同時(shí)避免選用進(jìn)口宇航級(jí)元器件可能“禁售”帶來(lái)的影響；其三選用價(jià)格低廉中、小規(guī)模宇航級(jí)集成電路純硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)太空飲水供應(yīng)控制器，避免選用價(jià)格達(dá)數(shù)萬(wàn)價(jià)格的宇航級(jí)處理器、存儲(chǔ)器或FPGA等具有軟件功能的大規(guī)模電路，大幅度降低太空飲水供應(yīng)控制器成本。
[0019]基于國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件純硬件電路實(shí)現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器為我國(guó)即將發(fā)射的國(guó)產(chǎn)空間站項(xiàng)目的首次研發(fā)的配套設(shè)備之一，該設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]自動(dòng)化:實(shí)現(xiàn)了空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等相關(guān)設(shè)備的供配電和自動(dòng)控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的自動(dòng)報(bào)警指示等，大大降低太空失重情況下航天員的操作難度。
[0021]純硬件:供應(yīng)控制器為純硬件電路組成，主要組成有濾波器、電源變換器、電壓比較器、計(jì)數(shù)器、邏輯門等，無(wú)軟件功能電路組成，即組成中無(wú)處理器、存儲(chǔ)器、FPGA器件。
[0022]自主可控:供應(yīng)控制器基于100%國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件實(shí)現(xiàn)，完全自主可控，無(wú)進(jìn)口元器件，因此不會(huì)受到發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)進(jìn)口宇航級(jí)元器件“禁售”的影響。
[0023]高可靠性:宇航級(jí)元器件是為滿足空間惡劣環(huán)境而研制的高等級(jí)集成電路，具有抗福照性能指標(biāo)，能夠抵抗空間福照單粒子的影響，基于宇航級(jí)元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的供應(yīng)控制器具有可靠性高工作壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
[0024]成本低:宇航級(jí)中小規(guī)模集成電路單片價(jià)格在數(shù)百到數(shù)千之間，具有軟件功能的宇航級(jí)大規(guī)模集成電路單片價(jià)格在數(shù)萬(wàn)到十幾萬(wàn)之間，因此純硬件實(shí)現(xiàn)的供應(yīng)控制器成本大幅度降低，同時(shí)由于工作壽命的增長(zhǎng)也較大降低控制器維護(hù)成本。
[0025]由此可見(jiàn)，太空飲水供應(yīng)控制器實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等相關(guān)部件的供配電和自動(dòng)控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的自動(dòng)報(bào)警指示，大大簡(jiǎn)化了空間站航天員對(duì)飲水供應(yīng)設(shè)備的操作；基于國(guó)產(chǎn)宇航級(jí)元器件純硬件實(shí)現(xiàn)的太空飲水供應(yīng)控制器可靠性高、工作壽命長(zhǎng)、成本低，實(shí)現(xiàn)了元器件100%自主可控。
[0026]進(jìn)一步，本實(shí)用新型功耗小，質(zhì)量輕，適合空間站環(huán)境下的使用和推廣。
【【附圖說(shuō)明】】
[0027]圖1太空飲水供應(yīng)控制器與各部件互連關(guān)系圖；
[0028]圖2傳統(tǒng)基于處理器的太空飲水供應(yīng)控制器系統(tǒng)原理框圖；
[0029]圖3國(guó)產(chǎn)純硬件電路實(shí)現(xiàn)的太空航天員飲水供應(yīng)控制器原理框圖；
[0030]圖示組成說(shuō)明:其中，1、繼電器；2、濾波器；3、第一電源轉(zhuǎn)換模塊；4、第二電源轉(zhuǎn)換模塊；5、第三電源轉(zhuǎn)換模塊；6、第一固態(tài)繼電器；7、第二固態(tài)繼電器；8、按鈕組；9、第一RC濾波電路；10、單穩(wěn)電路；11、指令驅(qū)動(dòng)電路；12、第二 RC濾波電路；13、電壓比較器；14、延遲電路；15、分頻電路；16、復(fù)位電路；17、晶振；18、燈驅(qū)動(dòng)電路；19、指不燈。
【【具體實(shí)施方式】】
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而不是限定。
[0032]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中太空飲水供應(yīng)子系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備，適用于空間站飲水供應(yīng)子系統(tǒng)相關(guān)部件抽吸栗、輸送栗、壓控閥、壓力傳感器等，控制器主要用于供配電和自動(dòng)控制，以及相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的報(bào)警指示等。系統(tǒng)中的設(shè)備具體連接為:第一移動(dòng)水箱通過(guò)飲水輸送栗栗入第二移動(dòng)水箱，兩個(gè)移動(dòng)水箱之間設(shè)置止回閥和液壓傳感器，第二移動(dòng)水箱與飲水加熱器連接。液壓傳感器與控制器連接，控制器控制壓控閥A和B，壓控閥A和B設(shè)置在第二移動(dòng)水箱的底部，壓控閥A還和安全閥、增壓抽吸栗連接。安全閥設(shè)置在第二移動(dòng)水箱于壓控閥A之間。增壓抽吸栗與控制器連接。
[0033]本實(shí)用新型是一種太空航天員飲水供應(yīng)控制器，如圖3所示，包括供配電系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。供配電系統(tǒng)包括繼電器1、濾波器2、第一電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC3、第二電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC4、第三電源轉(zhuǎn)換模塊DC/DC5、第一固態(tài)繼電器6和第