一种面向超低轨微小卫星应用的OneWire总线冗余测温方法与流程

一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法
技术领域
1.本发明涉及一种微小卫星测温方法，特别是涉及到一种面向超低轨微小卫星应用的基于onewire总线的冗余测温方法。


背景技术：

2.热控系统是卫星的一个重要组成部分。热控系统通过各种控制措施，为星上仪器设备提供良好的温度环境，使星上仪器设备的温度在任务期间能维持在要求的范围内，确保星上各仪器设备能够正常运行。热控的基础是采集到星上仪器设备的温度，根据预设的控制算法实现环境温度的闭环控制。在超低轨微小卫星应用中，卫星星体空间狭小，设计时会把更多的空间留给平台电子系统、载荷系统、推进系统及其电缆网络。对于热控系统，则在实现温度采集和控制的同时，对其电缆布线难易程度、线缆重量等也提出了较高的要求。因此，超低轨微小型卫星中不宜采用电缆较多、机制复杂的测温手段。而基于onewire总线的测温方法因其电缆少，使用简便，可以在超低轨微小卫星中得到广泛应用。
3.onewire是dallas公司推出的一种串行总线，连接简单，线束少，最简情况只需要一根数据线。采用一主多从的主从工作模式，作为主节点的控制主机或微控制器按照时序和命令序列向从节点发送命令，识别从节点器件，读取从节点处器件的数据。集成onewire的器件主要有：安全认证器、onewire接口桥、eeprom、温度传感器、温度记录器等。基于onewire总线的测温拓扑结构包括：线型拓扑(linear topology)、星型拓扑(star topology)、桩型拓扑(stubbed topology)。
4.一条onewire总线占用一个主节点的i/o接口，总线上一个测温节点上连接一个onewire温度传感器。为避免一个传感器损坏或老化后无法正确感知对应的星上仪器设备温度的情况，一般会设计使用两套冗余的onewire总线进行测温。这样就多出一套电缆，并且需要多占用一个主节点的i/o口。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，采用在一套测温链路上并行接入传感器的方法，在不增加占用主节点i/o端口和电缆数量的同时，提供冗余的测温能力。
6.本发明的技术解决方案是：
7.一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，包括：
8.将温度传感器a和温度传感器b并联连接在一起；
9.在测温总线的测温节点处接入并联在一起的温度传感器a和温度传感器b；
10.在两个温度传感器都正常工作的情况下，在同一个测温点可读取两个传感器的温度测量值，且两个温度测量值作为同一位置的温度；
11.两个温度测量值读数作对比验证，若均在预设正常范围内，则取两者平均值作为该测温节点的测量结果；
12.当其中一个温度传感器的读数明显偏离预设正常范围时，结合该测温节点的仪器设备的电压、电流遥测参数，联合判断是仪器设备发生故障，还是温度传感器故障；
13.如果判断是仪器设备故障，则需要采用预设的星上电子系统健康管理方案进行处理；如果判断是温度传感器故障，则可取另一个温度传感器相对正常的测量值作为该测温节点的测量结果。
14.进一步的，所述将温度传感器a和温度传感器b并联连接在一起，具体为：即温度传感器a的供电管脚与温度传感器b的供电管脚捏在一起，温度传感器a的接地管脚与温度传感器b的接地管脚捏在一起，温度传感器a的数据管脚与温度传感器b的数据管脚捏在一起。
15.进一步的，温度传感器a和温度传感器b为同型号onewire温度传感器。
16.进一步的，在测温总线的测温节点处接入，具体为：将并联在一起的温度传感器a和温度传感器b的供电管脚、接地管脚和数据管脚分别接入测温总线电缆的供电线vdd、接地线gnd和数据线data。
17.进一步的，温度传感器a和温度传感器b与测温总线电缆通过焊接或压接的方式连接。
18.进一步的，测温总线的主节点可识别出两个温度传感器的id。
19.进一步的，温度传感器a和温度传感器b的并联接法在逻辑上相当于将线性拓扑中两个相邻测温节点捏合到一处且可以正常工作。
20.进一步的，当其中一个温度传感器故障，主节点不能识别到该传感器，或主节点不能读取该传感器测量值时，取另一个相对正常的传感器测量值作为该点的测量结果。
21.本发明与现有技术相比的有益效果是：
22.(1)本发明测温方法成本低，不增加电缆数量，不多占用主节点i/o口，为同一测温节点提供冗余的温度测量。
23.(2)本发明测温方法在正常情况下，两个并联的温度传感器测量值可作为对比验证。
24.(3)本发明测温方法在同一测温节点上，在一个温度传感器故障情况下，另一个传感器仍然可感知对应的星上仪器设备的环境温度，为热控系统提供控制参考。
附图说明
25.图1为测温节点温度传感器常规接法示意图；
26.图2为本发明测温节点温度传感器并行接法示意图；
27.图3为本发明测温链路示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
29.假设在测温节点原温度传感器为a，测温总线电缆包括供电线(vdd)、接地线(gnd)和数据线(data)三根线，如图1所示。
30.常规的onewire温度传感器在测温节点的连接方式如图1所示。通过焊接或压接的方式将传感器的供电管脚(vdd)、接地管脚(gnd)和数据管脚(data)接入电缆。在恶劣环境下，存在传感器故障不能正常测量温度，主节点不能从故障节点正确读取温度值的可能。这
种情况下，由于失去了感知对应星上仪器设备温度的能力，因而也就无法对该仪器设备的工作环境温度实施控制。
31.如图2所示，在测温节点的同一位置使用同型号的温度传感器b，将a与b并联起来，即a的供电管脚(vdd)与b的供电管脚(vdd)捏在一起，a的接地管脚(gnd)与b的接地管脚(gnd)捏在一起，a的数据管脚(data)与b的数据管脚捏在一起。然后将并联后的组合接入测温总线。
32.由这样的温度传感器并联组合构成的测温链路如图3所示。
33.并联接法在逻辑上相当于将线性拓扑中两个相邻测温节点捏合到一处，可以正常工作。主节点可以识别出两个温度传感器的id。
34.在两个温度传感器都正常工作的情况下，在同一个测温点可读取两个传感器的温度测量值。由于距离比较近，可近似认为测量值是同一位置的温度，两个读数可作对比验证，也可取两者平均值作为该测温节点的测量结果。
35.当其中一个传感器的读数明显偏离正常范围时，可结合该节点的仪器设备的电压、电流遥测参数，联合判断是仪器设备发生故障，还是传感器故障。如果判断是仪器设备故障，则需要采用预设的星上电子系统健康管理方案进行处理；如果判断是传感器故障，则可取另一个相对正常的测量值作为该点的测量结果。
36.当其中一个传感器故障，主节点不能识别到该传感器，或主节点不能读取其测量值时，可取另一个相对正常的测量值作为该点的测量结果。
37.实施例：
38.以dallas公司的onewire温度传感器ds18b20为例说明。
39.将两个ds18b20的温度传感器a与b并联起来，即a的供电管脚(vdd)与b的供电管脚(vdd)捏在一起，a的接地管脚(gnd)与b的接地管脚(gnd)捏在一起，a的数据管脚(data)与b的数据管脚捏在一起，如图2所示。然后将并联后的组合接入测温总线。共制作n个这样的并联组合，n＝10。
40.捏合管脚使用压接或焊接，外套热缩管进行保护。三个压接或焊接点应尽量在位置上错开。并联组合通过电缆接入主节点的onewire总线接口，并联组合通过硅胶固定在仪器设备表面测量点。线缆接头衔接处用胶固定，避免接头处松动或自由移动。
41.从主节点通过软件读取温度传感器信息。软件首先识别出20个温度传感器，随后根据ds18b20的命令序列写入onewire指令，依次读取并在主节点端显示20个温度传感器的测量值。由于仪器设备位置不同，不同并联组合的测量值不一定相同。同一个组合的两个温度传感器测量值非常接近，但因传感器自身差异，测量值也不一定完全相同。
42.剪断一个并行组合中的一个温度传感器(如c)的vcc管脚，将其从供电线上断开。软件仍然可以识别出20个温度传感器，读取并在主节点端显示20个传感器的测量值。
43.继续将c的gnd管脚也剪断，此时软件只能识别出另外19个温度传感器，读取并在主节点端显示19个温度传感器的测量值。被剪断vcc和gnd管脚的传感器已不能被识别。
44.本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

技术特征：
1.一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于包括：将温度传感器a和温度传感器b并联连接在一起；在测温总线的测温节点处接入并联在一起的温度传感器a和温度传感器b；在两个温度传感器都正常工作的情况下，在同一个测温点可读取两个传感器的温度测量值，且两个温度测量值作为同一位置的温度；两个温度测量值读数作对比验证，若均在预设正常范围内，则取两者平均值作为该测温节点的测量结果；当其中一个温度传感器的读数明显偏离预设正常范围时，结合该测温节点的仪器设备的电压、电流遥测参数，联合判断是仪器设备发生故障，还是温度传感器故障；如果判断是仪器设备故障，则需要采用预设的星上电子系统健康管理方案进行处理；如果判断是温度传感器故障，则可取另一个温度传感器相对正常的测量值作为该测温节点的测量结果。2.根据权利要求1所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：所述将温度传感器a和温度传感器b并联连接在一起，具体为：即温度传感器a的供电管脚与温度传感器b的供电管脚捏在一起，温度传感器a的接地管脚与温度传感器b的接地管脚捏在一起，温度传感器a的数据管脚与温度传感器b的数据管脚捏在一起。3.根据权利要求2所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：温度传感器a和温度传感器b为同型号onewire温度传感器。4.根据权利要求1所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：在测温总线的测温节点处接入，具体为：将并联在一起的温度传感器a和温度传感器b的供电管脚、接地管脚和数据管脚分别接入测温总线电缆的供电线vdd、接地线gnd和数据线data。5.根据权利要求4所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：温度传感器a和温度传感器b与测温总线电缆通过焊接或压接的方式连接。6.根据权利要求3所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：测温总线的主节点可识别出两个温度传感器的id。7.根据权利要求3所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：温度传感器a和温度传感器b的并联接法在逻辑上相当于将线性拓扑中两个相邻测温节点捏合到一处且可以正常工作。8.根据权利要求3所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：当其中一个温度传感器故障，主节点不能识别到该传感器，或主节点不能读取该传感器测量值时，取另一个相对正常的传感器测量值作为该点的测量结果。9.根据权利要求2所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：捏合管脚外套热缩管进行保护，每处测温节点处三个压接或焊接点在位置上错开。10.根据权利要求2所述的一种面向超低轨微小卫星应用的onewire总线冗余测温方法，其特征在于：温度传感器a和温度传感器b形成的并联组合通过硅胶固定在仪器设备表面测量点。

技术总结
一种面向超低轨微小卫星应用的OneWire总线冗余测温方法，包括：将传感器A和B并联后在测温节点处接入；在同一个测温点读取两个传感器的温度测量值，作为同一位置的温度；若均在预设正常范围内，则取两者平均值作为该测温节点的测量结果；当其中一个温度传感器的读数明显偏离预设正常范围时，结合该测温节点的仪器设备的电压、电流遥测参数，联合判断是仪器设备发生故障还是温度传感器故障；如果判断是仪器设备故障则采用预设的星上电子系统健康管理方案进行处理；如果判断是温度传感器故障则取另一个温度传感器测量值作为该测温节点的测量结果。本发明测温方法成本低，不增加电缆数量，不多占用主节点I/O口，为同一测温节点提供冗余的温度测量。供冗余的温度测量。供冗余的温度测量。


技术研发人员：李杰 宋宇超 靳尧凯 辛明瑞 吴文昊 罗泽勇 王俊丰 过祖耀
受保护的技术使用者：赛思倍斯（绍兴）智能科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/22