真空热试验中卫星水平度测量系统的设计与仿真

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1、第27卷第3期航天器环境工程2010f}三6』jSPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING32l真空热试验中卫星水平度测量系统的设计与仿真刘波，王涛(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：真空热试验是卫星研制过程中必须进行的大型地面模拟试验之一。在真空热试验的准备阶段和试验阶段都必须采集卫星南北板倾斜角度，密切关注卫星姿态，以判断热管是否处于正常工作状态。文章基于AT89C52单片机．TSD一232水平敏感器和C语言设计出一套卫星水平度测量系统，并对其在KeiluVision3和Proteus联合平台下进行了仿真分析．结果表明：该系

2、统结构简单，程序设计方便，为卫星水平度的实时监测提供了保障。关键词：水平敏感器；单片机；C语言；Proteus仿真；真空热试验中图分类号：V416．8文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)03-0321—03DoI：10．3969／j．issn．1673-1379．2010．03．0090引言在航天器进行热平衡试验时，安装在航天器内的热管必须在水平状态下才能发挥良好的热传导性能。而航天器及支架受真空、低温或高温等不同环境影响会发生变形，导致热管水平度发生变化，如果水平度超出一定范围，将造成热管失效，试验将失败，代价十分昂贵【l】。多次热平衡试验结果

3、表明，为了使卫星的倾斜角度维持在可以接受的范围内，只需在试验的准备阶段而无需在试验过程中进行水平调节，试验中只需进行水平度的监测，因此不必引入水平调节机构。基于上述分析设计出一套卫星水平度测量系统，主要技术要求如下：1)测量角度范围：．50～+50；2)测量分辨率：±0．0010；3)测量速度：1次／s；4)工作温度范围：．30～+60℃；5)测量能力：平面正交两方向倾角测量。1系统设计系统结构方案使用美国TSD一232水平敏感器。该敏感器具有响应快、精度高的特点，其测量范围符合试验中水平度测量的需要。在试验过程中，环境温度经历着一190---+100℃范围内的高

4、低温冷热交变，而TSD．232的工作温度范围为．30～+70℃，因此，需要对水平敏感器进行控温。如图1，将水平敏感器、加热片和PTl00铂电阻放置在不锈钢保护盒中，通过盒上的安装孔位方便地安装在卫星的压紧点上，并且外部包裹有多层隔热薄膜进行保温处理；容器壁上的穿墙法兰引出加热电缆、测温电缆和串口信号电缆；测控室放置仪器控制柜，包括控温仪、开关电源、固态继电器、LCD显示屏及各种按钮。图1拟采用的系统结构框图Fig．1Thesystemconfigurationwhichtobeadopted具体设计思路如下：1)采用TSD一232(美国Instruments&Co

5、ntrol有限公司生产)双轴伺服倾角计，具有响应速度快、温度敏感性低(O．01％／℃)和测量线性度优于收稿日期：2009．10．16：修回日期：2010．05—18基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：刘波(1981一)，男，研究方向为真空热环境试验测控技术。E—mail：wushiren911@126．com。322航天器环境工程第27卷0．01％FR的优点，其测量范围为．900～+900，而水平度的典型测量范围为．50～+50，在测量范围里分辨率为0．00010，测量精度非常高。而在测量范围之外其测量误差会很大【2】；2)采用控温仪、开关电源、固态继电器对水

6、平仪进行温度控制，以保证在真空低温环境下正常工作；3)采用单片机和LCD进行测量与显示；使用RS．485与RS．232的串口转换器以解决串口通信传输距离限制。为了实现本系统方案，采用仿真软件对水平度测量系统进行仿真，以验证单片机对水平敏感器测量数据的转换和显示功能，保证单片机测量的显示数据与水平敏感器的测量值一致。2Proteus仿真软件介绍Proteus仿真软件是英国Labcenter公司推出的一款电路设计与仿真软件。软件仿真基于VSM技术，与其他软件最大的不同也是最大的优势在于它能仿真大量的单片机芯片【3】。单片机语言编译软件采用德国KeilSoftware公

7、司的UVision3，它可以把用汇编或者C语言编写的程序编译成单片机使用的HEX文件，还可以进行简单的单片机软件仿真，但是功能比较单一，不适合用于系统仿真。目前，可以使用Proteus和UVision3进行系统联合调试：使用UVision3编写和编译本系统使用的C语言程序，使用Proteus搭建本系统的硬件环境，通过相关设置实现运行UVision3程序。使用开关电源给TSD．232供电，并将其接在计算机串口COMl上，这样就可以很方便地实现硬件和3仿真硬件设计采用美国Atmel公司推出的AT89C52单片机以及相关外围电路组成的高精度双轴角度测量显示系统，硬件配置

8、如图2所示