CN105022318B - 一种火工品点火投放试验无线控制*** - Google Patents

Abstract

一种火工品点火投放试验无线控制***，控制显示模块向控制点火模块发送指令、接收指令执行反馈信号并显示；控制点火模块控制火工品点火切断吊绳，使航天器模型按照设定的运动轨迹运动；高摄同步触发模块，记录指定时间内航天器模型运动轨迹，并控制高速摄像机将航天器模型运动轨迹数据传输至数据存储模块；数据存储模块接收控制点火模块的摄像触发信号，存储高速摄像机的摄像数据。本发明***通过控制点火模块智能控制火工品点火，并将状态信息通过无线电下传并实时显示，实现了火工品点火的智能化控制，另外本发明***还设有应急干预预案，提高了***的灵活性和安全性。

Description

一种火工品点火投放试验无线控制***

技术领域

本发明涉及航天器试验控制领域，特别是一种火工品点火投放试验无线控制***。

背景技术

航天器模型投放试验旨在地面通过高塔定点投放试验模型来模拟航天器着陆时的各种姿态，以验证其能否安全稳定地着陆于地表面、月面、火星等各类星球表面，并测试其着陆时各项性能参数是否符合预定设计值。因此要求在试验控制设备的控制下，试验模型应能模拟航天器着陆时的重力加速度、着陆速度、姿态、位置、角度等各项参数。为此将要求控制设备能够实现模型的姿态控制以及参数测量。

传统的航天器高塔投放试验控制***采用火工品点火实现投放控制，但是点火控制方法较为落后。试验时通过长且笨重的有线电缆实现高塔上下模块间的通信控制，因此在进行每次试验均需由试验人员架设和撤收电缆。同时试验控制设备无法将位于高塔的火工品点火电池的电压信息下传，因此试验人员在每完成一次试验时均需爬上高塔测量电池电压是否满足下次试验要求，极大增加了试验人员的工作量，更重要的是传统的投放控制设备为非智能点火控制，试验时由操作人员根据目测航天器模型投放下落的位置与靶标是否重合来控制各路火工品点火，因此每次试验中点火的时机均有人为不确定性差异，试验结果状态的一致性较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通过控制点火模块智能控制火工品点火，并将状态信息通过无线电下传并实时显示的火工品点火投放试验无线控制***。

本发明的技术解决方案是：一种火工品点火投放试验无线控制***，包括控制显示模块、控制点火模块、高摄同步触发模块、数据存储模块，其中

控制显示模块，产生并发送高塔电压请求指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的高塔电压状态值进行显示；发送第1路火工品预点火指令、第1路火工品点火指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的第1路火工品预点火完成信号、第1路火工品点火完成信号及其余各路火工品点火完成信号并显示；当控制点火模块点火过程中，航天器模型姿态出现异常时，产生并发送解除点火指令至控制点火模块，并接收控制点火模块发送的解除点火完成指令后显示；各路火工品点火完成后，产生并发送点火复位指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的点火复位完成信号并显示，其中，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；

控制点火模块，接收控制显示模块发送的高塔电压请求指令，采集高塔电压状态值，并发送至控制显示模块；接收控制显示模块的第1路火工品预点火指令，接通第1路火工品预点火电路，并发送第1路火工品预点火完成信号至控制显示模块；接收第1路火工品点火指令，接通第1路火工品点火电路对第1路火工品点火，切断与第1路火工品连接的吊绳，并发送第1路火工品点火完成信号至控制显示模块与高摄同步触发模块；第1路火工品点火完成后，按照点火时序依次对其余火工品点火，并在每一路火工品点火完成后，切断该路火工品连接的吊绳，同时发送该路火工品点火完成信号至控制显示模块；接收控制显示模块发送的解除点火指令，终止对未点火的火工品点火，产生并发送解除点火完成指令至控制显示模块；接收控制显示模块发送的点火复位指令后，将第1路火工品预点火电路、第1路火工品点火电路及其余各路火工品点火电路断开，产生并发送点火复位完成信号至控制显示模块，其中，控制点火模块置于高塔上，且高塔对控制点火模块进行供电，航天器模型通过至少两根吊绳悬挂于高塔，每路火工品点火时能够切断对应的吊绳，使吊绳与高塔分离，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；所述点火时序为预存储的第1路火工品点火完成后，其余各路火工品点火的时序；所述姿态异常为吊挂航天器模型的吊绳出现缠绕；

高摄同步触发模块，包括至少两台摄像机，摄像机分别布设在航天器模型附近且能覆盖航天器模型的所有运动轨迹，接收控制点火模块发送的第1路火工品点火完成信号或其余路火工品点火完成信号后控制摄像机拍摄记录指定时间内航天器模型运动轨迹数据，产生存储触发信号至数据存储模块，并控制摄像机将航天器模型运动轨迹数据传输至数据存储模块，其中，航天器模型的所有运动轨迹为吊绳被切断后的运动轨迹，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；

数据存储模块，接收摄像机发送的存储触发信号后，接收摄像机发送的航天器模型运动轨迹数据并存储，指令、数据的接收均采用无线方式。

所述的采集高塔电压状态值为通过电压比较采集电路进行采集，电压比较采集电路包括LDO电源稳压芯片、串联分压电阻、并联分压电阻、电压比较器；LDO电源稳压芯片输入端、串联分压电阻一端分别与高塔的供电电源相连，LDO电源稳压芯片输出端与电压比较器的正向输入端相连，串联分压电阻另一端、并联分压电阻一端分别与电压比较器的负向输入端相连，LDO电源稳压芯片接地端、并联分压电阻另一端接地，电压比较器输出端输出高塔电压状态值。

所述的吊绳共有6根。

所述的高塔的高度为100米。

所述的指定时间为2s。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明无线控制***克服了现有技术的不足，通过控制点火模块智能控制火工品点火，并将状态信息通过无线电下传并实时显示，在实现智能化控制的同时，还设有应急干预预案，在试验中出现吊绳缠扰等突发情况时紧急终止试验，极大地提高了***的灵活性和安全性；

(2)本发明无线控制***采用无线方式对各功能模块进行控制，相比有线控制方式，免除了高塔上下架设长且笨重的电缆，且各模块设备的布设位置也将更加灵活方便；

(3)本发明无线控制***可以将置于高塔的控制点火模块的动作执行状态、供电电池电压等信息通过无线方式下传至控制显示模块，方便试验人员实时掌控各设备的状态信息；

(4)本发明无线控制***采用预点火、点火双重指令串行控制方式共同实现第1次火工品点火控制，有效防止因一次误操作而启动投放试验，增强了控制***的安全性，同时试验中采用点火时序智能控制整个点火过程，非突发情况无需人员干涉即可完成整个试验，使用灵活便捷；

(5)本发明无线控制***设有在突发情况下的干预接口，当发现吊绳缠扰引起试验模型姿态异常等情况时，可以由控制显示模块发射“解除点火”指令来紧急终止试验，将损失降至最低；

(6)本发明无线控制***通过无线遥控点火复位指令来断开点火电路，有效防止点火后持续出现短路大电流状态，较传统的火工品点火电路串联限流电阻方法，避免了每次点火后测量限流电阻阻值的工作，极大提高了试验效率。

附图说明

图1为本发明一种火工品点火投放试验无线控制***结构图；

图2为本发明控制显示模块电路示意图；

图3为本发明控制显示模块工作流程图；

图4为本发明控制点火模块电路示意图；

图5为本发明控制点火模块工作流程图；

图6为本发明高摄同步触发模块电路示意图；

图7为本发明高摄同步触发模块工作流程图。

具体实施方式

本发明提出一种火工品点火投放试验无线控制***，如图1所示航天器试验模型通过吊绳(吊绳数量为6根)垂挂于100米高塔上，通过本发明***控制切断吊绳实现模型的投放。本发明***包括控制显示模块、控制点火模块、高摄同步触发模块、数据存储模块。试验时控制显示模块、高摄同步触发模块、数据存储模块均置于地面；控制显示模块用于向控制点火模块发送指令、接收控制点火模块的指令执行完成反馈信号并显示；高摄同步触发模块，接收控制点火模块发送的第1路火工品点火完成信号或其余路火工品点火完成信号后控制高速摄像机拍摄记录指定时间内航天器模型运动轨迹数据，产生存储触发信号至数据存储模块，并控制高速摄像机将航天器模型运动轨迹数据传输至数据存储模块；数据存储模块接收控制点火模块的摄像触发信号，存储高速摄像机的摄像数据；控制点火模块则置于高塔，用于控制6路火工品点火，驱动与之对应的火工切割器动作，切断吊绳，使航天器模型按照设定的运动轨迹运动。下面结合附图进行详细说明，如图2、图3、图4、图5、图6、图7所示：

控制显示模块，如图2所示包括第一主控显示单元、第一无线收发单元，，如图3所示为控制显示模块的执行流程，其中，第一无线收发单元用于完成第一主控显示单元与控制点火模块间的信号传输。第一主控显示单元，产生高塔电压请求有效信号，由可编程逻辑电路CPLD的IO1口接收(高电平有效)，并编码为“01010000”，经RS485等总线接口传输至第一无线收发单元进行发射；通过第一无线收发单元接收控制点火模块发送的反馈信号，解码后判读数据若为“XXXX0001”，由IO6口输出低电平控制电量指示灯亮红灯，若为“XXXX1111”，由IO7口输出电量指示灯亮绿灯。产生第1路火工品预点火指令、第1路火工品点火指令，由CPLD的IO2、IO3接收(高电平有效)，分别编码为“01010010”和“01010100”，依次由IO口发送至第一无线收发单元进行发送；通过第一无线收发单元接收控制点火模块输出的反馈信号，解码后数据判读，若为“XXXX0011”，则由IO8口输出低电平控制第1路火工品预点火指示灯亮，若为“XXXX0101”，则由IO9口输出低电平控制第1路火工品点火指示灯亮。若分别为“XXXX1010～XXXX1110”，则由IO12、IO13…IO15端口分别相应输出低电平，控制第2～第6路火工品点火完成指示灯亮。如果控制点火模块在点火过程中出现航天器模型吊绳缠扰引起姿态异常等突发情况，产生解除点火指令，由IO4接收(高电平有效)，编码为“01011000”，通过第一无线收发单元进行发送；通过第一无线收发单元接收控制点火模块发送的反馈信号，解码后判读，若为“XXXX1001”，控制IO11输出低电平控制解除点火完成指示灯亮。各路火工品点火完毕后，产生点火复位指令，由IO5接收(高电平有效)，编码为“01010110”，通过第一无线收发单元进行发送；通过第一无线收发单元接收控制点火模块输出的反馈信号，解码后判读若为“XXXX0111”控制IO10输出低电平控制点火复位完成指示灯亮。

控制点火模块，如图4所示包括第二主控点火单元、第二无线收发单元，如图5为控制点火模块的控制程序执行流程，其中，第二无线收发单元接收主控显示模块发送的无线的数据，通过RS485总线接口传输至第二主控点火单元；接收该总线接口接收第二主控点火单元的动作完成反馈信号，通过无线发送至主控显示模块。第二主控点火单元，接收解码并判读第二无线收发单元发送的数据，若为高塔电压请求指令“XXXX0000”，通过可编程逻辑电路CPLD的IO12接收采集的高塔电压状态值，为1编码为“01000001”，为0则编码为“01001111”，通过第二无线收发单元发送至控制显示模块；若为预点火指令“XXXX0010”，则将IO2口输出低电平控制第1路火工品预点火电路接通，IO1口接收并判读电平状态，若为高电平，则编码为“01000011”(第1路火工品预点火完成信号)，经第二无线收发单元发送；若为点火指令“XXXX0100”，则将IO4口输出低电平控制第1路火工品点火电路接通，实现第1路火工品点火，驱动火工切割器切断第1根吊绳，同时IO3口接收并判读电平状态，若为高电平，则编码为“01000101”(第1路火工品点火完成信号)，经第二无线收发单元发送；程序自动依次将IO6、IO8、IO10、1O12、IO14输出低电平控制后续第2～6路火工品点火电路接通，实现第2～6路火工品点火，驱动相应火工切割器切断第2～6根吊绳，同依次判断IO5、IO7、IO9、1O11、IO13端口的电平状态，为低电平则分别编码为第2～6路火工品点火完成信号“01001010”～“01001110”，经第二无线收发单元发送；在程序自动执行后续2～6路火工品点火过程中，若收到解除点火指令“XXXX1000”，则表示出现突发情况，将跳出预设的自动点火程序，停止对后续未点火的火工品点火，并编码为“01001001”经第二无线收发单元发射；若为点火复位指令“XXXX0110”，则将IO2、IO4、IO6、IO8、IO10、1O12、IO14输出高电平，切断火工品点火电路，并编码为“01000111”，经第二无线收发单元发送。其中，所述的采集高塔电压状态值为通过电压比较采集电路进行采集，电压比较采集电路包括LDO电源稳压芯片、串联分压电阻、并联分压电阻、电压比较器；LDO电源稳压芯片输入端、串联分压电阻一端分别与高塔供电电源相连，LDO电源稳压芯片输出端与电压比较器的正向输入端相连，串联分压电阻另一端、并联分压电阻一端分别与电压比较器的负向输入端相连，LDO电源稳压芯片接地端、并联分压电阻另一端接地，电压比较器输出端输出高塔电压状态值。

高摄同步触发模块，如图6所示，在试验时需配置至少两台高速摄像机，分别布设在航天器模型投放地点附近且能覆盖航天器模型的所有运动轨迹，该模块包括第三主控摄像单元、第三无线收发单元，如图7所示为高摄同步触发模块工作流程，通过第三无线收发单元接收控制点火模块发送的无线信号，发送至第三主控摄像单元进行解码和数据判读，若为第1路火工品点火完成信号“XXXX0101”,则将IO1置为低电平，控制第1路摄像触发继电器闭合，输出开关量信号；若为第二路火工品点火完成信号“XXXX1010”，则将IO2置为低电平，控制第2路摄像触发继电器闭合，输出开关量信号；依次类推，完成共6路火工品点火后摄像触发信号的输出。

数据存储模块，在高速摄像机发送的摄像存储时钟信号作用下，接收高速摄像机所记录的航天器运动轨迹数据并存储。

其中，上述第一主控显示单元、第二主控点火单元、第三主控摄像单元的程序初始化完毕后，定义为输出功能的IO口均置为高电平；各主控单元接收并解码后的数据中高四位数据“XXXX”的每一位均代表二进制数据0或1，程序中不对高四位进行判断。第一无线收发单元、第二无线收发单元对无线信号接收的优先级高于无线信号发射的优先级，即进行无线信号发射时，需首先判断无线信号接收状态标识是否无效，无效时才可将信号发射使能置为有效，进行无线信号发射。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种火工品点火投放试验无线控制***，其特征在于包括控制显示模块、控制点火模块、高摄同步触发模块、数据存储模块，其中

控制显示模块，产生并发送高塔电压请求指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的高塔电压状态值进行显示；发送第1路火工品预点火指令、第1路火工品点火指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的第1路火工品预点火完成信号、第1路火工品点火完成信号及其余各路火工品点火完成信号并显示；当控制点火模块点火过程中，航天器模型姿态出现异常时，产生并发送解除点火指令至控制点火模块，并接收控制点火模块发送的解除点火完成指令后显示；各路火工品点火完成后，产生并发送点火复位指令至控制点火模块，接收控制点火模块发送的点火复位完成信号并显示，其中，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；

控制点火模块，接收控制显示模块发送的高塔电压请求指令，采集高塔电压状态值，并发送至控制显示模块；接收控制显示模块的第1路火工品预点火指令，接通第1路火工品预点火电路，并发送第1路火工品预点火完成信号至控制显示模块；接收第1路火工品点火指令，接通第1路火工品点火电路对第1路火工品点火，切断与第1路火工品连接的吊绳，并发送第1路火工品点火完成信号至控制显示模块与高摄同步触发模块；第1路火工品点火完成后，按照点火时序依次对其余火工品点火，并在每一路火工品点火完成后，切断该路火工品连接的吊绳，同时发送该路火工品点火完成信号至控制显示模块；接收控制显示模块发送的解除点火指令，终止对未点火的火工品点火，产生并发送解除点火完成指令至控制显示模块；接收控制显示模块发送的点火复位指令后，将第1路火工品预点火电路、第1路火工品点火电路及其余各路火工品点火电路断开，产生并发送点火复位完成信号至控制显示模块，其中，控制点火模块置于高塔上，且高塔对控制点火模块进行供电，航天器模型通过至少两根吊绳悬挂于高塔，每路火工品点火时能够切断对应的吊绳，使吊绳与高塔分离，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；所述点火时序为预存储的第1路火工品点火完成后，其余各路火工品点火的时序；所述姿态异常为吊挂航天器模型的吊绳出现缠绕；

高摄同步触发模块，包括至少两台摄像机，摄像机分别布设在航天器模型附近且能覆盖航天器模型的所有运动轨迹，接收控制点火模块发送的第1路火工品点火完成信号或其余路火工品点火完成信号后控制摄像机拍摄记录指定时间内航天器模型运动轨迹数据，产生存储触发信号至数据存储模块，并控制摄像机将航天器模型运动轨迹数据传输至数据存储模块，其中，航天器模型的所有运动轨迹为吊绳被切断后的运动轨迹，指令、信号的发送或接收均采用无线方式；

数据存储模块，接收摄像机发送的存储触发信号后，接收摄像机发送的航天器模型运动轨迹数据并存储，指令、数据的接收均采用无线方式。

2.根据权利要求1所述的一种火工品点火投放试验无线控制***，其特征在于：所述的采集高塔电压状态值为通过电压比较采集电路进行采集，电压比较采集电路包括LDO电源稳压芯片、串联分压电阻、并联分压电阻、电压比较器；LDO电源稳压芯片输入端、串联分压电阻一端分别与高塔的供电电源相连，LDO电源稳压芯片输出端与电压比较器的正向输入端相连，串联分压电阻另一端、并联分压电阻一端分别与电压比较器的负向输入端相连，LDO电源稳压芯片接地端、并联分压电阻另一端接地，电压比较器输出端输出高塔电压状态值。

3.根据权利要求1或2所述的一种火工品点火投放试验无线控制***，其特征在于：所述的吊绳共有6根。

4.根据权利要求1或2所述的一种火工品点火投放试验无线控制***，其特征在于：所述的高塔的高度为100米。

5.根据权利要求1或2所述的一种火工品点火投放试验无线控制***，其特征在于：所述的指定时间为2s。