專利名稱：一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)儀設(shè)備，特別是涉及一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
低頻電磁波探測(cè)器是衛(wèi)星有效載荷之一，其中檢測(cè)儀設(shè)備是低頻電磁波探測(cè)器有效載荷的重要組成部分之一，它為整個(gè)低頻電磁波探測(cè)器的研制和聯(lián)試提供了重要幫助，從而保證了低頻電磁波探測(cè)器有效載荷的研制進(jìn)度和成功率。
低頻電磁波探測(cè)器的最終應(yīng)用目標(biāo)是探測(cè)等離子體的不穩(wěn)定性及所激發(fā)的低頻電磁波；配合粒子探測(cè)，研究粒子的加熱、加速、擴(kuò)散和沉降過(guò)程，測(cè)量地球外層空間，頻率為8Hz～10KHz的磁場(chǎng)擾動(dòng)情況，其測(cè)量參數(shù)是空間電磁波在不同方向和不同頻率上的峰值參數(shù)。在衛(wèi)星公用設(shè)備尚未研制出來(lái)之前，為了不影響研制任務(wù)的順利進(jìn)行和單臺(tái)儀器的調(diào)試，有必要尋求一種解決方案，提前開(kāi)發(fā)出一臺(tái)用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，使之既能滿足低頻電磁波探測(cè)器研制任務(wù)的需要，又能在調(diào)試過(guò)程中幫助查找儀器軟硬件設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題。
由于低頻電磁波探測(cè)器在國(guó)內(nèi)是首次上星項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有這方面的研制記錄，對(duì)于低頻電磁波探測(cè)器的檢測(cè)，也未見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道和專利申請(qǐng)，因此，低頻電磁波探測(cè)器和檢測(cè)儀設(shè)備的研制是一種開(kāi)拓性的工作。檢測(cè)儀在低頻電磁波探測(cè)器研制過(guò)程中是必不可少的設(shè)備，若沒(méi)有它，低頻電磁波探測(cè)器的研制工作將無(wú)法開(kāi)展，聯(lián)調(diào)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和野外定標(biāo)實(shí)驗(yàn)都將無(wú)法進(jìn)行。
因此，為了提高低頻電磁波探測(cè)器有效載荷與衛(wèi)星公用設(shè)備對(duì)接的成功率和工作的可靠性，就需要提供一種用于低頻電磁波探測(cè)器的檢測(cè)儀設(shè)備。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法完成低頻電磁波探測(cè)器的調(diào)試、驗(yàn)證的不足，從而提供一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器研制、調(diào)試、驗(yàn)證的檢測(cè)裝置。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下
一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，如圖1所示，包括一中央處理器1，用于控制整個(gè)設(shè)備的正常工作、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送、幀同步信號(hào)的產(chǎn)生、串口中斷使能，輸出數(shù)據(jù)采集信號(hào)；一定時(shí)計(jì)數(shù)器2，與所述中央處理器1連接，用于改變輸入晶振的頻率波形，產(chǎn)生不同周期的方波信號(hào)；至少兩個(gè)觸發(fā)器，第一觸發(fā)器3與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器2連接，用于控制復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生的脈沖寬度，并輸出復(fù)位脈沖信號(hào)，第二觸發(fā)器4與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器2和所述中央處理器1連接，用于控制幀同步信號(hào)產(chǎn)生的脈沖寬度；一個(gè)同步計(jì)數(shù)器5，與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器2連接，用于倍頻所述定時(shí)計(jì)數(shù)器2的輸出信號(hào)；一個(gè)或門(mén)6，與所述同步計(jì)數(shù)器5和所述定時(shí)計(jì)數(shù)器2相連接，用于輸出時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7，與所述中央處理器1連接，用于把串行輸入的科學(xué)數(shù)據(jù)依次轉(zhuǎn)換成供所述中央處理器1讀取的并行輸出數(shù)據(jù)；至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8，與所述中央處理器1連接，用于存儲(chǔ)接收和發(fā)送的科學(xué)數(shù)據(jù)；至少一個(gè)程序存儲(chǔ)器9，與所述中央處理器1連接，用于存儲(chǔ)最終的程序代碼；一個(gè)電源(圖中未示出)，用于為該檢測(cè)裝置各部件供電。
在上述技術(shù)方案中，更進(jìn)一步地，該檢測(cè)儀設(shè)備還包括一個(gè)串口轉(zhuǎn)換電路10，與所述中央處理器1相連，用于把中央處理器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成與微機(jī)串口相兼容的電平。
在上述技術(shù)方案中，更進(jìn)一步地，該檢測(cè)儀設(shè)備還包括至少一個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路(圖中未示出)，所述差分轉(zhuǎn)換電路與所述第一觸發(fā)器3、所述第二觸發(fā)器4、所述或門(mén)6、所述串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7或所述中央處理器1連接，用于提供高效穩(wěn)定的高低電平。
在上述技術(shù)方案中，更進(jìn)一步地，所述電源包括一個(gè)交直流電壓轉(zhuǎn)換電路，用于把公共設(shè)施的交流電轉(zhuǎn)換成直流電供給各部件。
在上述技術(shù)方案中，更進(jìn)一步地，所述電源由干電池組成。
本實(shí)用新型的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置的工作過(guò)程為系統(tǒng)上電后，中央處理器初始化，同時(shí)初始化定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出控制字；中央處理器等待中斷產(chǎn)生，并通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集信號(hào)；定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出三種不同周期的方波信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)同步計(jì)數(shù)器、第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器處理后輸出需要的信號(hào)；在中央處理器輸出信號(hào)的同時(shí)，串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器讀取串行輸入的科學(xué)數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)外部中斷使中央處理器讀取并保存；中央處理器把讀取的科學(xué)數(shù)據(jù)存放在片外RAM區(qū)中，根據(jù)中央處理器定時(shí)中斷T0來(lái)控制串口中斷的使能輸出，發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換電路直接上傳到微機(jī)。
在本實(shí)用新型中，所述中央處理器1可根據(jù)任務(wù)需要，采用其他種類型號(hào)的處理器，也可改變對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化設(shè)置參數(shù)，根據(jù)任務(wù)需求產(chǎn)生不同周期的方波或脈沖信號(hào)。通過(guò)調(diào)節(jié)同步計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器，能改變輸出信號(hào)的波形和脈寬。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器可選擇其他型號(hào)和不同容量大小的芯片。另外，外部供電在沒(méi)有電源和公共供電設(shè)施的情況下，也可以用干電池來(lái)代替。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1)實(shí)現(xiàn)對(duì)于低頻電磁波探測(cè)器的全面檢測(cè)問(wèn)題；2)本實(shí)用新型提供的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置全部采用低功耗常用芯片，內(nèi)置電壓轉(zhuǎn)換電路，在室內(nèi)只需把電源輸入端接入220V交流電插座中，設(shè)備就可正常運(yùn)行。在野外實(shí)驗(yàn)或周圍沒(méi)有電源插座時(shí)，用+9V干電池供電，設(shè)備也能正常運(yùn)行；3)本實(shí)用新型具有節(jié)能、體積小、成本低、操作方便、便于攜帶、應(yīng)用場(chǎng)合廣、輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)正確、無(wú)丟失等一系列特點(diǎn)，也可應(yīng)用于衛(wèi)星上同信號(hào)接口規(guī)范的其他有效載荷儀器。


圖1表示本實(shí)用新型的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示本實(shí)用新型的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置的工作流程圖；圖3表示本實(shí)用新型的一實(shí)施例輸出的各信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述作為實(shí)施例，參照?qǐng)D1制作一個(gè)本實(shí)用新型的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置。按照低頻電磁波探測(cè)器與公用設(shè)備接口協(xié)議，該檢測(cè)儀設(shè)備需要具有以下功能1)正確模擬公用設(shè)備所產(chǎn)生的復(fù)位脈沖信號(hào)、數(shù)據(jù)采樣信號(hào)、幀同步信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)。使低頻電磁波探測(cè)器在脫離公用設(shè)備之后，僅與檢測(cè)儀設(shè)備相連即可正常工作；2)實(shí)時(shí)接收低頻電磁波探測(cè)器發(fā)出的科學(xué)數(shù)據(jù)包，并把它通過(guò)串口正確發(fā)送到微機(jī)，供設(shè)計(jì)人員研究分析；3)用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置要輕巧、功耗低、攜帶方便，必要時(shí)可用干電池供電工作，以方便環(huán)境試驗(yàn)聯(lián)調(diào)和野外定標(biāo)實(shí)驗(yàn)之用。
本實(shí)施例中，中央處理器1選用的是8032芯片，外部晶振輸入時(shí)鐘為10MHz。該芯片內(nèi)部有3個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，其中定時(shí)器T2用作產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集信號(hào)，定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器，定時(shí)器T0用作控制幀同步信號(hào)輸出和串口中斷使能。輸入數(shù)據(jù)的讀取在中央處理器外部中斷0中完成，數(shù)據(jù)發(fā)送在中央處理器串口中斷中完成。中央處理器外部中斷1由觸發(fā)器1產(chǎn)生的復(fù)位脈沖觸發(fā)，主要完成對(duì)定時(shí)器T0和幀同步信號(hào)個(gè)數(shù)的初始化設(shè)置。具體信號(hào)波形詳見(jiàn)附圖3所示。
定時(shí)計(jì)數(shù)器2選用的是82C54芯片。系統(tǒng)上電后，通過(guò)往82C54計(jì)數(shù)控制單元中寫(xiě)入向量字，即可控制產(chǎn)生不同周期的方波信號(hào)。它可產(chǎn)生3路獨(dú)立的輸出信號(hào)，其中一路為周期3.8us的方波，一路為周期121.6us的方波，另一路為周期5.15s的方波。
第一觸發(fā)器3和第二觸發(fā)器4選用的是74HC123芯片。第一觸發(fā)器3把來(lái)自定時(shí)計(jì)數(shù)器2的周期為5.15s的方波信號(hào)，在上升沿經(jīng)過(guò)觸發(fā)，即產(chǎn)生了周期為5.15s的復(fù)位脈沖信號(hào)，脈沖寬度靠電容和電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二觸發(fā)器4把來(lái)自定時(shí)計(jì)數(shù)器2的周期為121.6us的方波信號(hào)，在上升沿經(jīng)過(guò)觸發(fā)，即產(chǎn)生了周期為121.6us的幀同步信號(hào)，脈沖寬度靠電容和電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，幀同步信號(hào)的個(gè)數(shù)是由中央處理器內(nèi)部定時(shí)器T0的定時(shí)時(shí)間來(lái)決定的。
同步計(jì)數(shù)器5選用的是74HC163芯片。它把周期3.8us的方波輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)8倍頻后，與它本身相或即產(chǎn)生了系統(tǒng)所要求的時(shí)鐘信號(hào)。具體信號(hào)波形詳見(jiàn)附圖3所示。同步計(jì)數(shù)器5的輸入時(shí)鐘為3.8us的方波信號(hào)。
或門(mén)6選用的是74HC32芯片。
串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7選用的是74HC164芯片。它把串行輸入的科學(xué)數(shù)據(jù)，每8位轉(zhuǎn)換成一字節(jié)并行輸出，送往中央處理器1的P1端口。串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7的輸入時(shí)鐘為系統(tǒng)所要求時(shí)鐘信號(hào)的反向。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8選用的是RAM62256芯片，程序存儲(chǔ)器9選用的是27C64芯片。
串口轉(zhuǎn)換電路10選用的是MAX232芯片。它把中央處理器1串口輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成與微機(jī)串口相兼容的信號(hào)電平，送往上微機(jī)11。
在本實(shí)施例中，電源中的電壓轉(zhuǎn)換芯片選用的是7805芯片；本實(shí)施例中包括五個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路，分別與第一觸發(fā)器3、第二觸發(fā)器4、或門(mén)6、串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7和中央處理器1連接，用于提供高效穩(wěn)定的高低電平；其中四個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路都由三態(tài)異向緩沖器74HC240和三態(tài)同向緩沖器74HC244芯片組成，每個(gè)三態(tài)異向緩沖器74HC240和三態(tài)同向緩沖器74HC244芯片分別與第一觸發(fā)器3、第二觸發(fā)器4、或門(mén)6和中央處理器1產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采集信號(hào)的輸出端相連接，各自生成正反兩路差分信號(hào)同時(shí)輸出，這樣使得該設(shè)備有8路信號(hào)輸出。另一個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路選用的是邏輯比較器LM139芯片，它的輸出端與串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器7的輸入端相連，把正反兩路差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單路輸入信號(hào)。本實(shí)用新型中的差分轉(zhuǎn)換電路不限于上述電路，也可以選用其他類似功能的芯片。
如圖2所示，本實(shí)施例的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置的工作過(guò)程為1)把外部電源引入檢測(cè)儀設(shè)備，系統(tǒng)上電。
2)中央處理器對(duì)內(nèi)部定時(shí)寄存器T0、T1、T2，中斷寄存器(包括定時(shí)中斷、外部中斷、串口中斷)和片外RAM區(qū)初始化。同時(shí)初始化定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出控制字。
3)中央處理器等待中斷產(chǎn)生，并通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集信號(hào)。定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出周期分別為3.8us、121.6us、5.15s的方波信號(hào)。
4)3.8us周期信號(hào)經(jīng)同步計(jì)數(shù)器分頻后，與它本身相或即產(chǎn)生了所需的時(shí)鐘信號(hào)。
5)5.15s周期信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器1調(diào)節(jié)，即產(chǎn)生了所需的復(fù)位脈沖信號(hào)。
6)121.6us周期信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器2調(diào)節(jié)，即產(chǎn)生了所需的幀同步信號(hào)。其中幀同步信號(hào)的個(gè)數(shù)和有無(wú)，是靠中央處理器定時(shí)寄存器T0輸出來(lái)控制的。
7)在中央處理器輸出信號(hào)的同時(shí)，串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器讀取串行輸入的科學(xué)數(shù)據(jù)，每8位轉(zhuǎn)換成一字節(jié)并行輸出，然后啟動(dòng)外部中斷使中央處理器讀取并保存。
8)中央處理器把讀取的科學(xué)數(shù)據(jù)存放在片外RAM區(qū)中，根據(jù)中央處理器定時(shí)中斷T0來(lái)控制串口中斷的使能輸出，發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換芯片直接上傳到微機(jī)。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，特征在于，包括一中央處理器(1)；一用于改變輸入晶振的頻率波形，產(chǎn)生方波信號(hào)的定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)，與所述中央處理器(1)連接；至少兩個(gè)觸發(fā)器，用于控制復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生的脈沖寬度的第一觸發(fā)器(3)與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)連接，并輸出復(fù)位脈沖信號(hào)；用于控制幀同步信號(hào)產(chǎn)生的脈沖寬度的第二觸發(fā)器(4)與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)和所述中央處理器(1)連接；一個(gè)用于倍頻所述定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)輸出信號(hào)的同步計(jì)數(shù)器(5)，與所述定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)連接；一個(gè)用于輸出時(shí)鐘信號(hào)的或門(mén)(6)，與所述同步計(jì)數(shù)器(5)和所述定時(shí)計(jì)數(shù)器(2)相連接；一個(gè)串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器(7)，與所述中央處理器(1)連接；至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(8)，與所述中央處理器(1)連接；至少一個(gè)程序存儲(chǔ)器(9)，與所述中央處理器(1)連接；一個(gè)用于為該檢測(cè)裝置各部件供電的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括一個(gè)用于把中央處理器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成與微機(jī)串口相兼容的電平的串口轉(zhuǎn)換電路(10)，與所述中央處理器(1)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路，所述差分轉(zhuǎn)換電路與所述第一觸發(fā)器(3)、所述第二觸發(fā)器(4)、所述或門(mén)(6)、所述串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器(7)或所述中央處理器(1)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路，所述差分轉(zhuǎn)換電路與所述第一觸發(fā)器(3)、所述第二觸發(fā)器(4)、所述或門(mén)(6)、所述串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器(7)或所述中央處理器(1)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源包括一個(gè)交直流電壓轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4其中之任一項(xiàng)所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，所述電源由干電池組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，其特征在于，包括五個(gè)差分轉(zhuǎn)換電路，五個(gè)所述差分轉(zhuǎn)換電路分別與所述第一觸發(fā)器(3)、所述第二觸發(fā)器(4)、所述或門(mén)(6)、所述串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器(7)或所述中央處理器(1)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于衛(wèi)星的低頻電磁波探測(cè)器檢測(cè)裝置，包括中央處理器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、至少兩個(gè)觸發(fā)器、同步計(jì)數(shù)器、或門(mén)、串并轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、電源。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)于低頻電磁波探測(cè)器的全面檢測(cè)問(wèn)題，且具有節(jié)能、體積小、成本低、操作方便、便于攜帶、應(yīng)用場(chǎng)合廣、輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)正確、無(wú)丟失等一系列特點(diǎn)，可應(yīng)用于衛(wèi)星上的有效載荷儀器。
文檔編號(hào)G01R29/08GK2837854SQ20052013024
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者華風(fēng)雷, 張曉輝, 王拴榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心