CN111025984B - 一种临近空间球载抛投控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种临近空间球载抛投控制装置，包括主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块、舱门状态监测模块和电源转换模块，主控芯片通过通信模块接收上位机发送的抛投指令，并根据解析后的指令发送控制信号给驱动模块；驱动模块在接收到控制信号后驱动舱门开关模块将相应通道的舱门打开；舱门开关模块是舱门打开的执行机构，该执行机构采用镍铬合金丝加热熔断的方式打开舱门；舱门状态监测模块用于监测各通道的舱门状态，并将各通道的舱门状态信息发送给所述主控芯片，由主控芯片将状态信息返回给上位机。上述装置能够对多个通道的舱门进行单独控制，同时能够显示各个通道的抛投状态，具有很高的抛投效率和可靠性。

Description

一种临近空间球载抛投控制装置
技术领域
本发明涉及临近空间研究技术领域，尤其涉及一种临近空间球载抛投控制装置。
背景技术
临近空间通常指高度20-100km左右的地球空间，是多学科高度交叉的领域，涉及大气物理、空间物理、等离子体物理、光化学、日地科学、地球科学和生命科学等。人类对临近空间的开发利用远远不及传统航空空域和卫星轨道空间，临近空间通常对应着传统飞机不容易飞上去，卫星不容易探下来的区域，相比中低层大气和更高的电离层及外空间，临近空间长期以来缺乏***高效的观测手段，客观上成为人类对整个地球空间认知的薄弱点。为了增强对临近空间环境的了解，需要将科学探测载荷带到20Km以上的临近空间进行探测。对于一些大气探测载荷，它们需要在高空下投探空装置，在下落过程中进行探测，因此需要研究专用于临近空间的抛投装置。
现有技术中一般采用遥控器控制无人机自动抛投，但该方案抛投通道少，不能在空中进行多次抛投，而且在该方案中，由于采用步进电机作为舱门开关的执行机构，这样在低温环境下步进电机容易出现问题，导致舱门打不开；同时由于采用遥控器发射的电平信号进行抛投控制，指令未经过编码，通信协议简单，容易被破解被别人夺取控制权。
发明内容
本发明的目的是提供一种临近空间球载抛投控制装置，该装置能够对多个通道的舱门进行单独控制，同时能够显示各个通道的抛投状态，具有很高的抛投效率和可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种临近空间球载抛投控制装置，所述装置包括主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块、舱门状态监测模块和电源转换模块，其中：
所述主控芯片分别与驱动模块、通信模块、舱门状态监测模块、状态显示模块电连接，用于通过通信模块接收上位机发送的抛投指令，并根据解析后的指令发送控制信号给所述驱动模块；
所述驱动模块在接收到控制信号后驱动所述舱门开关模块将相应通道的舱门打开，具体通过向所述舱门开关模块提供大电流、大功率来实现驱动；
所述舱门开关模块是舱门打开的执行机构，该执行机构采用镍铬合金丝加热熔断的方式打开舱门；
所述舱门状态监测模块用于监测各通道的舱门状态，并将各通道的舱门状态信息发送给所述主控芯片，由所述主控芯片将各通道的舱门状态信息通过通信模块返回给上位机；
所述通信模块用于所述主控芯片与上位机之间进行通信，该通信模块能将所述上位机发送的RS422电平信号转换为所述主控芯片需要的TTL信号，同时将所述主控芯片发送的TTL信号转换为所述上位机需要的RS422信号；
所述状态显示模块根据所述主控芯片发送的各通道的舱门状态信息采用LED来指示相应通道的舱门状态，具体指示各个舱门是打开还是关闭；
所述电源转换模块用于为所述主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块和舱门状态监测模块供电。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置能够对多个通道的舱门进行单独控制，同时能够显示各个通道的抛投状态，具有很高的抛投效率和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的临近空间球载抛投控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述装置的一种实现方式原理框图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的临近空间球载抛投控制装置的结构示意图，所述装置主要包括主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块、舱门状态监测模块和电源转换模块，其中：
所述主控芯片分别与驱动模块、通信模块、舱门状态监测模块、状态显示模块电连接，用于通过通信模块接收上位机发送的抛投指令，并根据解析后的指令发送控制信号给所述驱动模块；
所述驱动模块在接收到控制信号后驱动所述舱门开关模块将相应通道的舱门打开，具体通过向所述舱门开关模块提供大电流、大功率来实现驱动；
所述舱门开关模块是舱门打开的执行机构，该执行机构采用镍铬合金丝加热熔断的方式打开舱门；具体实现中，驱动模块向所述舱门开关模块提供大电流、大功率，镍铬合金丝在通过大电流发热后会烧断，从而打开相应的舱门，该方案能够保证在临近空间-70℃的环境中正常稳定工作；
所述舱门状态监测模块用于监测各通道的舱门状态，并将各通道的舱门状态信息发送给所述主控芯片，由所述主控芯片将各通道的舱门状态信息通过通信模块返回给上位机；
所述通信模块用于所述主控芯片与上位机之间进行通信，该通信模块能将所述上位机发送的RS422电平信号转换为所述主控芯片需要的TTL信号，同时将所述主控芯片发送的TTL信号转换为所述上位机需要的RS422信号；
所述状态显示模块根据所述主控芯片发送的各通道的舱门状态信息采用LED来指示相应通道的舱门状态，具体指示各个舱门是打开还是关闭；
所述电源转换模块用于为所述主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块和舱门状态监测模块供电。
具体实现中，主控芯片与上位机之间采用RS422进行通信，为了提高通信的可靠性，制定了主控芯片与上位机之间的通信协议，并在通信过程中的每一帧数据都包含校验信息，同时在传输过程中也对每个字节进行校验。
上述舱门开关模块可以包含9个独立的舱门开关，分别控制9个抛投控制舱，每个抛投控制舱能单独控制，如图2所示为本发明实施例所述装置的一种实现方式原理框图，参考图2：
该主控芯片可以采用STM32F103系列的32位ARM微控制器，除该型号的芯片外，其他具有类似功能的芯片模块也是可行的。
电源转换模块包含多个电源转换芯片，能够为所述主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块和舱门状态监测模块提供不同电平的电压，如图2中28v转5v的电源转换芯片，以及5v转3.3v的电源转换芯片；举例来说，该电源转换模块可以采用GODSEND电源模块，数据电压范围从18V到36V，输出电压为5V，额定功率为10W。
另外，为了保证***的安全性和可靠性，主控芯片的数字输出接口信号需要经过隔离才能输出，故驱动模块进一步包含光耦隔离芯片和大功率驱动芯片，如图2所示，光耦隔离芯片选用TLP-281光耦隔离，该芯片支持一路信号的隔离，该芯片采用工业级，温度范围-55°到+100°；大功率驱动芯片采用大功率MOS管实现，本实例中可以采用的MOS管为International Rectifier公司的IRF4905，该芯片最大电流可达74A，能够满足加热薄膜的驱动需求。所述主控芯片发送的控制信号通过所述光耦隔离芯片传送给大功率驱动芯片。
另外，如图2所示，本实施中的通信接口为RS422接口，因此需要将主控芯片输出的的串口RX、TX转成RS422格式的RX+、RX-、TX+、TX-，具体通过通信模块来实现，该通信模块中的转换芯片采用MAX3490，该芯片支持全双工RS422通信，最大数据率可达20Mbps，该芯片工作电压支持3.3V。具体是将所述上位机发送的RS422电平信号转换为所述主控芯片需要的TTL信号，同时将所述主控芯片发送的TTL信号转换为所述上位机需要的RS422信号。
另外，具体实现中，舱门开关模块所采用的镍铬合金丝能根据需求进行更换，具体根据舱里的物品质量进行评估，选择不同尺寸的镍铬合金丝，以保证舱门在关闭时的可靠性。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种临近空间球载抛投控制装置，其特征在于，所述装置包括主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块、舱门状态监测模块和电源转换模块，其中：
所述主控芯片分别与驱动模块、通信模块、舱门状态监测模块、状态显示模块电连接，用于通过通信模块接收上位机发送的抛投指令，并根据解析后的指令发送控制信号给所述驱动模块；
所述驱动模块在接收到控制信号后驱动所述舱门开关模块将相应通道的舱门打开，具体通过向所述舱门开关模块提供大电流和大功率来实现驱动；
所述舱门开关模块是舱门打开的执行机构，该执行机构采用镍铬合金丝加热熔断的方式打开舱门；
所述舱门状态监测模块用于监测各通道的舱门状态，并将各通道的舱门状态信息发送给所述主控芯片，由所述主控芯片将各通道的舱门状态信息通过通信模块返回给上位机；
所述通信模块用于所述主控芯片与上位机之间进行通信，该通信模块能将所述上位机发送的RS422电平信号转换为所述主控芯片需要的TTL信号，同时将所述主控芯片发送的TTL信号转换为所述上位机需要的RS422信号；
所述状态显示模块根据所述主控芯片发送的各通道的舱门状态信息采用LED来指示相应通道的舱门状态，具体指示各个舱门是打开还是关闭；
所述电源转换模块用于为所述主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块和舱门状态监测模块供电；
其中，所述舱门开关模块包含9个独立的舱门开关，分别控制9个抛投控制舱，每个抛投控制舱能单独控制。
2.根据权利要求1所述临近空间球载抛投控制装置，其特征在于，
所述主控芯片与上位机之间采用RS422进行通信，并在通信过程中的每一帧数据都包含校验信息，同时在传输过程中对每个字节进行校验。
3.根据权利要求1所述临近空间球载抛投控制装置，其特征在于，
所述电源转换模块包含多个电源转换芯片，能够为所述主控芯片、驱动模块、通信模块、状态显示模块、舱门开关模块和舱门状态监测模块提供不同电平的电压。
4.根据权利要求1所述临近空间球载抛投控制装置，其特征在于，所述驱动模块进一步包含光耦隔离芯片和大功率驱动芯片，所述主控芯片发送的控制信号通过所述光耦隔离芯片传送给大功率驱动芯片。
5.根据权利要求1所述临近空间球载抛投控制装置，其特征在于，
所述舱门开关模块所采用的镍铬合金丝能根据需求进行更换，具体根据舱里的物品质量进行评估，选择不同尺寸的镍铬合金丝。
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