CN107894719A - 一种高集成小体积无线采编装置 - Google Patents

一种高集成小体积无线采编装置 Download PDF

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祝树生
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Abstract

本发明公开了一种高集成小体积无线采编装置，包括：高密度组装电路模块和电源模块；其中，所述高密度组装电路模块和所述电源模块相连接，所述电源模块用于给所述高密度组装电路模块提供电源；所述高密度组装电路模块包括信号调理模块、采集处理模块和无线通信模块；其中，所述信号调理模块将电压信号和温度信号经过信号处理得到多通道模拟信号；所述采集处理模块选择相应通道模拟信号将其转换为数字信号，并将数字信号编入相应数据帧中得到编帧数据；所述无线通信模块将编帧数据发射出去。本发明实现了采编器的一体化融合设计，支撑了采编器的减重，并有效减少安装空间和装配工作量。

Description

一种高集成小体积无线采编装置
技术领域
本发明属于飞行器上的电子设备领域，尤其涉及一种高集成小体积无线采编装置。
背景技术
目前，电子设备占据了***重量和容量的相当大部分。尤其是导弹和火箭中，为了增加设备抗恶劣环境能力，通常都采用很厚很重的常规壳体结构来进行防护。一个单机电子设备通常都在十公斤左右，大一些的可以达到数十公斤，而这样的设备可能达到数百台。不仅重量，由于采用传统壳体结构作为电子设备的支撑和防护，电子设备的体积较电路本身而言呈数倍甚至数十倍增加，大量不规则结构的设备占据了仪器舱段的所有空间，使弹箭结构臃肿，布线凌乱，操作复杂，带来很多不利因素。
采编器是导弹武器(或运载火箭)测量***中的重要设备，它的作用是对速变、缓变和其他信号进行采集、变换、处理，并将处理后的数据进行编帧发送给中心程序器(或数据综合器)，中心程序器经过编码通过无线信道下传至地面。
现有技术中，采编器的设计主要考虑满足不同的应用需求，并不满足未来航天设备向轻型化、小型化、高可靠性等方面的发展要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种高集成小体积无线采编装置，实现了采编器的一体化融合设计，支撑了采编器的的减重，并有效减少安装空间和装配工作量。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种高集成小体积无线采编装置，包括：高密度组装电路模块和电源模块；其中，所述高密度组装电路模块和所述电源模块相连接，所述电源模块用于给所述高密度组装电路模块提供电源；所述高密度组装电路模块包括信号调理模块、采集处理模块和无线通信模块；其中，所述信号调理模块将电压信号和温度信号经过信号处理得到多通道模拟信号；所述采集处理模块选择相应通道模拟信号将其转换为数字信号，并将数字信号编入相应数据帧中得到编帧数据；所述无线通信模块将编帧数据发射出去。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述电源模块包括EMI滤波电路、DC/DC电压变换电路、滤波网络电路、第一分压芯片和第二分压芯片；其中，第一电压首先经过所述EMI滤波电路，去除纹波电压，之后经所述DC/DC电压变换电路变换将第一电压降到第二电压，再经过所述滤波网络模块滤波后，分别经过所述第一分压芯片和所述第二分压芯片将第二电压调整为多个电压值。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述信号调理模块包括电压接口电路、温度接口电路、32路运放跟随电路、2组16路的模拟开关和运放分压跟随电路；其中，所述电压接口电路接收电压信号并将其传输给所述32路运放跟随电路；所述温度接口电路接收温度信号并将其传输给所述32路运放跟随电路；所述32路运放跟随电路将电压信号和温度信号经过缓冲放大和隔离作用后得到的第一模拟信号，并将第一模拟信号传输给2组16路的模拟开关；所述2组16路的模拟开关将第一模拟信号隔离处理后传输给所述运放分压跟随电路；所述运放分压跟随电路将隔离后的第一模拟信号经过信号放大和分压处理后得到多通道模拟信号。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述采集处理模块包括通道切换电路、AD转换器和中心控制模块；其中，所述中心控制模块通过控制信号控制所述通道切换电路选择不同通道的模拟信号，经过所述AD转换器，将模拟信号处理为数字信号，中心控制模块将所述数字信号按照规定通信协议，编入相应数据帧中得到编帧数据，并将编帧数据传递给无线模块进行输出。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述无线通信模块包括串口控制器、Wifi模块和天线；其中，编帧数据经过所述串口控制器进入所述Wifi模块，所述Wifi模块将编帧数据变为射频信号传输给所述天线，所述天线将射频信号发射出去。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述Wifi模块包括处理器、数字基带、射频发射电路、射频接收电路和开关；其中，所述处理器接收编帧数据并将其传输给所述数字基带，所述处理器通过控制信号控制所述开关的开关状态；所述数字基带将编帧数据处理后变为射频信号，并将射频信号传输给所述射频发射电路；所述射频发射电路在所述开关处于发射状态下将射频信号传输给所述天线。
上述高集成小体积无线采编装置中，还包括：基板和上盖板；其中，所述上盖板和所述基板相连接；所述高密度组装电路模块和所述电源模块均设置于所述基板内。
上述高集成小体积无线采编装置中，还包括：电连接器；其中，所述电连接器设置于所述基板的一侧壁；所述高密度组装电路模块与所述电连接器相连接。
上述高集成小体积无线采编装置中，还包括：无线天线；其中，所述无线天线设置于所述上盖板；所述无线天线与所述高密度组装电路模块相连接。
上述高集成小体积无线采编装置中，所述高密度组装电路模块通过柔性连接和所述电源模块相连接。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用高密度组装技术，实现采集、调理、处理、编码及编帧等功能电路封装集成至一个高密度模块内，实现了采编器的一体化融合设计，支撑了采编器的的减重，并有效减少安装空间和装配工作量；
(2)本发明模块间采用柔性电路连接技术，实现模块间的柔性连接，对外采用WiFi无线通信方式，减少对外连接电缆，简化了操作流程；
(3)本发明在采编器电路板与结构壳体安装方式中，采用上盖板螺钉锁紧结构，实现了采编器组装过程中快速安装锁紧。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的高集成小体积无线采编装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的基板示意图；
图3为本发明实施例提供的上盖板示意图；
图4为本发明实施例提供的高集成小体积无线采编装置的另一示意图；
图5为本发明实施例提供的电源模块的框图；
图6为本发明实施例提供的信号调理模块的框图；
图7为本发明实施例提供的采集处理模块的框图；
图8为本发明实施例提供的无线模块的框图；
图9为本发明实施例提供的采编装置高密度组装方案的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明实施例提供的高集成小体积无线采编装置的示意图。如图1所示，高集成小体积无线采编装置包括：高密度组装电路模块和电源模块，其中，高密度组装电路模块和所述电源模块相连接，电源模块用于给高密度组装电路模块提供电源；高密度组装电路模块包括信号调理模块、采集处理模块和无线通信模块；其中，信号调理模块将电压信号和温度信号经过信号处理得到多通道模拟信号；采集处理模块选择相应通道模拟信号将其转换为数字信号，并将数字信号编入相应数据帧中得到编帧数据；无线通信模块将编帧数据发射出去。
具体的，如图1所示，采编装置由4个不同模块组成，模块间通过内部总线互相连接，电源模块实现将输入信号隔离、分压、接口保护及多路信号切换等功能，为其他模块供电；信号调理模块主要实现将输入信号隔离、分压、接口保护及多路信号切换等功能；采集处理模块实现控制通道切换、控制AD变换器采集数据、同时对采编装置进行控制；无线模块实现接收采集模块发送的编帧数据并通过WiFi模块及无线天线完成数据交换协议下的数据发送。
图5为本发明实施例提供的电源模块的框图。参考图1和图5，电源模块包括EMI滤波电路、DC/DC电压变换电路、滤波网络电路、第一分压芯片和第二分压芯片；其中，第一电压首先经过所述EMI滤波电路，去除纹波电压，之后经所述DC/DC电压变换电路变换将第一电压降到第二电压，再经过所述滤波网络模块滤波后，分别经过所述第一分压芯片和所述第二分压芯片将第二电压调整为多个电压值。具体实施时，电源模块输入为28V电压供电，28V电压信号首先经过EMI滤波电路，去除纹波电压，之后经DC/DC电压变换将28V电压降到5V，再经过滤波后。分别经过不同分压芯片将电压调整为1.5V、2.5V及3.3V不同电压值，供不同电压需求使用。
图6为本发明实施例提供的信号调理模块的框图。参考图1和图6，信号调理模块包括电压接口电路、温度接口电路、32路运放跟随电路、2组16路的模拟开关和运放分压跟随电路；其中，电压接口电路接收电压信号并将其传输给32路运放跟随电路；温度接口电路接收温度信号并将其传输给32路运放跟随电路；32路运放跟随电路将电压信号和温度信号经过缓冲放大和隔离作用后得到的第一模拟信号，并将第一模拟信号传输给2组16路的模拟开关；2组16路的模拟开关将第一模拟信号隔离处理后传输给运放分压跟随电路；运放分压跟随电路将隔离后的第一模拟信号经过信号放大和分压处理后得到多通道模拟信号。
图7为本发明实施例提供的采集处理模块的框图。参考图1和图7，采集处理模块包括通道切换电路、AD转换器和中心控制模块；其中，中心控制模块通过控制信号控制通道切换电路选择不同通道的模拟信号，经过AD转换器，将模拟信号处理为数字信号，中心控制模块将上述数字信号按照规定通信协议，编入相应数据帧中得到编帧数据，并将得到编帧数据传递给无线模块进行输出。例如，模拟信号28v处理后假设变成数字信号01010101了，经过中心控制模块后变成“帧头01010101帧尾”。
图8为本发明实施例提供的无线模块的框图。参考图1和图8，无线通信模块包括串口控制器、Wifi模块和天线。其中，编帧数据经过串口控制器进入Wifi模块，Wifi模块将编帧数据变为射频信号传输给天线，天线将射频信号发射出去。
进一步的，Wifi模块包括处理器、数字基带、射频发射电路、射频接收电路和开关；其中，
处理器接收编帧数据并将其传输给数字基带，处理器通过控制信号控制开关的开关状态；
数字基带将编帧数据处理后变为射频信号，并将射频信号传输给射频发射电路；
射频发射电路在所述开关闭合的状态下将射频信号传输给天线。
图2为本发明实施例提供的基板示意图；图3为本发明实施例提供的上盖板示意图；图4为本发明实施例提供的高集成小体积无线采编装置的另一示意图。参考图2、图3和图4，该高集成小体积无线采编装置还包括：基板1和上盖板2。其中，上盖板2和基板1相连接；高密度组装电路模块和电源模块均设置于基板1内。具体实施时，基板1采用铝合金材料，由于安装空间限制采用异型设计，固定在飞行器舱体结构上，同时基板1也作为采编装置电路板的安装外壳，提供采编装置电路板安装空间。上盖板2采用铝合金材料，通过螺钉紧缩结构4安装在基板1上，为采编装置电路板外壳的一部分，同时提供无线天线安装位置。
参考图4，该高集成小体积无线采编装置还包括：电连接器3；其中，电连接器3设置于基板1的一侧壁；高密度组装电路模块与电连接器3相连接。具体实施时，电连接器3安装于基板1的左侧壁上。高密度组装电路模块通过柔性连接与电连接器3相连接。电连接器3为采集信号的输入接插件，被采集信号通过电连接器3与高密度组装电路模块进行信号交换。
参考图3和图4，该高集成小体积无线采编装置还包括：无线天线5；其中，无线天线5设置于上盖板2；无线天线5与高密度组装电路模块相连接。具体实施时，无线天线5与高密度组装电路模块中的无线通信模块相连接。无线天线5为采编装置对外输出通信天线，用于采编装置采集相关信号后发送给相关接收装置。
图9为本发明实施例提供的采编装置高密度组装方案的示意图。参考图9，高密度组装电路模块即为一块电路板，电源模块为另一块电路板，利用高密度组装技术将信号调理模块、采集处理模块和无线模块封装成高密度组装电路模块。由于电源模块发热大，如果将电源模块、信号调理模块、采集处理模块和无线通信模块这4个模块都进行高密度组装不利于***散热设计，因此电源模块不进行一体化融合设计。电源模块8、高密度组装电路模块9与电连接器3之间通过柔性连接10。高密度组装电路模块和电源模块分别通过电路板锁紧孔12与基板1紧缩固定。电连接器3安装固定在基板1。无线天线5安装固定在上盖板2上。
本发明采用高密度组装技术，实现采集、调理、处理、编码及编帧等功能电路封装集成至一个高密度模块内，实现了采编器的一体化融合设计，支撑了采编器的的减重，并有效减少安装空间和装配工作量；本发明模块间采用柔性电路连接技术，实现模块间的柔性连接，对外采用WiFi无线通信方式，减少对外连接电缆，简化了操作流程；本发明在采编器电路板与结构壳体安装方式中，采用上盖板螺钉锁紧结构，实现了采编器组装过程中快速安装锁紧。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高集成小体积无线采编装置，其特征在于包括：高密度组装电路模块和电源模块；其中，
所述高密度组装电路模块和所述电源模块相连接，所述电源模块用于给所述高密度组装电路模块提供电源；
所述高密度组装电路模块包括信号调理模块、采集处理模块和无线通信模块；其中，所述信号调理模块将电压信号和温度信号经过信号处理得到多通道模拟信号；所述采集处理模块选择相应通道模拟信号将其转换为数字信号，并将数字信号编入相应数据帧中得到编帧数据；所述无线通信模块将编帧数据发射出去。
2.根据权利要求1所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于：所述电源模块包括EMI滤波电路、DC/DC电压变换电路、滤波网络电路、第一分压芯片和第二分压芯片；其中，
第一电压首先经过所述EMI滤波电路，去除纹波电压，之后经所述DC/DC电压变换电路变换将第一电压降到第二电压，再经过所述滤波网络模块滤波后，分别经过所述第一分压芯片和所述第二分压芯片将第二电压调整为多个电压值。
3.根据权利要求1所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于：所述信号调理模块包括电压接口电路、温度接口电路、32路运放跟随电路、2组16路的模拟开关和运放分压跟随电路；其中，
所述电压接口电路接收电压信号并将其传输给所述32路运放跟随电路；
所述温度接口电路接收温度信号并将其传输给所述32路运放跟随电路；
所述32路运放跟随电路将电压信号和温度信号经过缓冲放大和隔离作用后得到的第一模拟信号，并将第一模拟信号传输给2组16路的模拟开关；
所述2组16路的模拟开关将第一模拟信号隔离处理后传输给所述运放分压跟随电路；
所述运放分压跟随电路将隔离后的第一模拟信号经过信号放大和分压处理后得到多通道模拟信号。
4.根据权利要求3所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于：所述采集处理模块包括通道切换电路、AD转换器和中心控制模块；其中，
所述中心控制模块通过控制信号控制所述通道切换电路选择不同通道的模拟信号，经过所述AD转换器，将模拟信号处理为数字信号，中心控制模块将所述数字信号按照规定通信协议，编入相应数据帧中得到编帧数据，并将编帧数据传递给无线模块进行输出。
5.根据权利要求4所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于：所述无线通信模块包括串口控制器、Wifi模块和天线；其中，
编帧数据经过所述串口控制器进入所述Wifi模块，所述Wifi模块将编帧数据变为射频信号传输给所述天线，所述天线将射频信号发射出去。
6.根据权利要求4所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于：所述Wifi模块包括处理器、数字基带、射频发射电路、射频接收电路和开关；其中，
所述处理器接收编帧数据并将其传输给所述数字基带，所述处理器通过控制信号控制所述开关的开关状态；
所述数字基带将编帧数据处理后变为射频信号，并将射频信号传输给所述射频发射电路；
所述射频发射电路在所述开关处于发射状态下将射频信号传输给所述天线。
7.根据权利要求1-6任一所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于，还包括：基板(1)和上盖板(2)；其中，
所述上盖板(2)和所述基板(1)相连接；
所述高密度组装电路模块和所述电源模块均设置于所述基板(1)内。
8.根据权利要求7所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于，还包括：电连接器(3)；其中，
所述电连接器(3)设置于所述基板(1)的一侧壁；
所述高密度组装电路模块与所述电连接器(3)相连接。
9.根据权利要求1所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于，还包括：无线天线(5)；其中，
所述无线天线(5)设置于所述上盖板(2)；
所述无线天线(5)与所述高密度组装电路模块相连接。
10.根据权利要求1所述的高集成小体积无线采编装置，其特征在于，所述高密度组装电路模块通过柔性连接(10)和所述电源模块相连接。
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