CN211123706U

CN211123706U - 一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置

Info

Publication number: CN211123706U
Application number: CN202020002454.3U
Authority: CN
Inventors: 徐昕; 方嘉麟; 马玉璘; 朱奕; 曹聪; 王海奇; 王有春; 向军
Original assignee: Shanghai aerospace computer technology research institute
Current assignee: Shanghai aerospace computer technology research institute; Shanghai Academy of Spaceflight Technology SAST
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-02

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，包括嵌入式控制模块、通信模块、信号调理模块、采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块，嵌入式控制模块根据上位机发送控制指令、信号调理模块和采样模块获取的模拟量电压以及开关量输入模块输入的布尔量输入信号生成运载火箭控制指令，并将所述运载火箭控制指令发送给所述开关量输出模块，开关量输出模块对运载火箭进行控制。本实用新型的测试发射控制装置体积小巧、机动灵活、成本低廉、耐恶劣环境等优势，为商业运载火箭的低成本、快速、机动测试发射打下的基础。

Description

一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置

技术领域

本申请涉及运载火箭地面测发控***，特别涉及一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置。

背景技术

运载火箭测试发射控制装置用于实现运载火箭在总装厂和发射厂的综合测试、配电，并实现运载火箭最终的点火，是运载火箭测发控***中的核心设备。

传统的运载火箭测试发射控制装置均基于可编程逻辑控制器(PLC)、仪器扩展总线(PXI)，由于分立元器件较多，体积庞大，只能采用机柜结构形式设计；内部连接关系复杂，线缆数量多，操作不便；机柜外需设置各种通风、散热孔，一般只在室内使用，环境耐受度不高。

现代的运载火箭正往快速、机动的方向发展，庞大、复杂的地测发控***成为制约运载火箭快速机动发射的重大因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种体积小、成本低的运载火箭测试发射控制装置，达到运载火箭快速机动发射的效果。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，包括嵌入式控制模块、通信模块、信号调理模块、采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块，其中，所述信号调理模块、通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块分别与所述嵌入式控制模块电连接；所述采样模块与所述信号调理模块电连接，用于采集运载火箭箭上锂电池的温度信号，并发送给所述信号调理模块；所述开关量输入模块采集运载火箭箭上单机发出的布尔量输入信号，并发送给所述所述嵌入式控制模块；所述信号调理模块将所述温度信号转换为模拟量电压；所述嵌入式控制模块通过所述通信模块与上位机电连接并接收所述上位机发送的控制指令，同时，还采集所述模拟量电压，所述嵌入式控制模块根据所述控制指令、模拟量电压和布尔量输入信号生成运载火箭控制指令，并将所述运载火箭控制指令发送给所述开关量输出模块；所述开关量输出模块根据所述运载火箭控制指令对运载火箭进行控制。

较佳地，所述嵌入式控制模块基于所述模拟量电压、布尔量输入信号和上位机发送的控制指令，根据预设的控制逻辑生成运载火箭控制指令。

较佳地，所述开关量输入模块和开关量输出模块均包括带电触点或空触点。

较佳地，所述嵌入式控制模块采用STM32作为主控CPU。

较佳地，所述通信模块采用标准以太网模块。

较佳地，还包括4U高的标准机箱，所述嵌入式控制模块、通信模块、信号调理模块、采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块集成于所述标准机箱内。

较佳地，还包括液晶显示器和手动操作按钮，所述液晶显示器和手动操作按钮设置于机箱的前端面。

较佳地，所述采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块与运载火箭箭较佳地，所述采样模块采用热敏电阻电路实现对运载火箭箭上锂电池的温度情况的实时监视。

较佳地，所述装置结构采用密闭设计，并使用三防漆喷涂。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

1、本实用新型实施例采用嵌入式STM32内核作为控制逻辑单元，结合各种工业级采集模块、输入输出模块、通信模块，将运载火箭测试发射控制装置的体积压缩在4U高度的机箱内，具备体积小巧、机动灵活、成本低廉、耐恶劣环境等优势，为商业运载火箭的低成本、快速、机动测试发射打下的基础。

2、本实用新型实施例采用密闭设计、三防漆喷涂等形式，使装置具备极佳的环境耐受度。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。附图中：

图1为本实用新型实施例基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置结构示意图；

图中，1-嵌入式控制模块、2-通信模块、3-信号调理模块、4-采样模块、5-开关量输入模块、6-开关量输出模块、7-机箱。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本实用新型实施例公开了一种嵌入式、小体积、耐恶劣环境的运载火箭测试发射控制装置，如图1所示，一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，包括电源模块(图中未示出)、嵌入式控制模块1、通信模块2、信号调理模块3、采样模块4、开关量输入模块5、开关量输出模块6和4U高的机箱7，所述嵌入式控制模块1、通信模块2、信号调理模块3、采样模块4、开关量输入模块5和开关量输出模块6集成于所述机箱7内；

其中，电源模块用于对整个装置进行供电，所述信号调理模块3、通信模块2、开关量输入模块5和开关量输出模块6分别与所述嵌入式控制模块1电连接，具体地，信号调理模块3、通信模块2、开关量输入模块5和开关量输出模块6分别通过GPIO、RS422、SPI等方式与嵌入式控制模块1进行数据交互；所述采样模块4与所述信号调理模块3电连接，用于采集运载火箭箭上锂电池的温度信号，并发送给所述信号调理模块3；所述信号调理模块3将所述温度信号转换为可供CPU采集的模拟量电压；所述开关量输入模块5采集运载火箭箭上单机发出的是否供电好、是否转电好和是否准备好等各种布尔量输入信号，并发送给所述所述嵌入式控制模块1；所述嵌入式控制模块1通过所述通信模块2与上位机电连接并接收所述上位机发送的控制指令，同时，还采集所述信号调理模块3输出的模拟量电压；所述嵌入式控制模块1根据所述控制指令、模拟量电压和布尔量输入信号生成运载火箭控制指令，并将所述运载火箭控制指令发送给所述开关量输出模块6，这里，运载火箭控制指令包括是否供配电、是否转电、是否点火、是否紧急关机等布尔量输出信号；最终，所述开关量输出模块6根据所述运载火箭控制指令对运载火箭进行控制，控制运载火箭执行供配电、转电、点火、紧急关机等操作。

本实施例中，嵌入式控制模块1采用STM32作为主控CPU，采用控制环构建软件***，该嵌入式控制模块体积不到传统单块PXI印制板的1/4，同时，配合集成度较高的各种工业级功能模块，实现将整套测试发射控制装置体积压缩在1个标准19英寸宽度4U尺寸机箱内，相当于现有技术中同等功能的机柜式测试发射控制组合的体积的1/8。

作为一种优选实施例，所述嵌入式控制模块基于所述模拟量电压、布尔量输入信号和上位机发送的控制指令，根据预设的控制逻辑生成运载火箭控制指令。这里以一级测量***锂电池加温的控制逻辑为例进行说明：若采用模块4采样箭上一级测量***锂电池环境温度低于5℃，且上位机通过通信模块2发送“一级测量***允许加温”指示为“true”，且开关量输入模块5采集箭上状态“一级测量***加温好”布尔量为“false”，则嵌入式控制模块1驱动开关量输出模块6驱动“一级测量***锂电池加温输出”指令为“true”，地面电源开始输出加温电流，并通过通信模块2向上位机发送“一级测量***锂电池加温状态”指示为“true”；若上位机通过通信模块2发送“一级测量***允许加温”指示为“false”，或开关量输入模块5采集箭上状态“一级测量***加温好”布尔量为“true”且采用模块4采样箭上一级测量***锂电池环境温度高于20℃，则嵌入式控制模块1驱动开关量输出模块6驱动“一级测量***锂电池加温输出”指令为“false”，地面电源断开加温电流输出，并通过通信模块2向上位机发送“一级测量***锂电池加温状态”指示为“false”。

可以理解地，根据实际应用需要，各种控制逻辑均预先固化在嵌入式控制模块1的CPU程序中，使用过程中，可由上位机通过通信模块2进行逻辑更改。

作为一种优选实施例，所述开关量输出模块包括带电触点或空触点。

作为一种优选实施例，所述开关量输入模块包括带电触点或空触点。

作为一种优选实施例，所述通信模块采用标准以太网模块，嵌入式控制模块1采用标准以太网与上位机进行数据交互，以便于操作人员通过上位机远距离控制本装置进行测试发射流程控制，使本装置具备远程控制的功能。

作为一种优选实施例，还包括耐低温液晶显示器和手动操作按钮(图中未示出)，耐低温液晶显示器和手动操作按钮设置于机箱7的前端面，操作人员可通过耐低温液晶显示器和手动操作按钮近距离控制本装置进行测试发射流程控制，使本装置具备本地控制的功能。

作为一种优选实施例，采样模块4、开关量输入模块5和开关量输出模块6与运载火箭箭上输入/输出接口间均设置有光电耦合器或电磁继电器，以实现与运载火箭箭上输入/输出接口的电气隔离，确保地面设备的故障不会对运载火箭箭上产品造成影响；

作为一种优选实施例，所述采样模块4采用热敏电阻电路实现对运载火箭箭上锂电池的温度情况的实时监视。

本装置开机后，电源模块开始供电，嵌入式控制模块1进行CPU初始化，并对所有模块进行自检，自检通过后，通过通信模块向上位机发送已经准备好、自检好的信号，开始进入火箭测试程序，同时，嵌入式控制模块1根据开关量输入模块1采集运载火箭箭上单机发出的是否供电好、是否转电好、是否准备好等各种布尔量输入信号和信号调理模块获取的运载火箭箭上锂电池的温度信号，通过开关量输出模块对运载火箭输出是否供配电、是否转电、是否点火、是否紧急关机等布尔量输出信号，并通过内置的发射逻辑完成火箭各项配电、测试功能，最终执行点火。

本装置采用的嵌入式控制模块发热量极低，可通过热管直接将热量传导至装置金属外壳，装置表面可以不设置散热孔，通过结构密闭设计、三防漆喷涂方式，使得设备具备极佳的环境适应性，经过实际火箭发射工作验证，本装置耐受了高温(太阳暴晒下集装箱内气温高达40℃以上)、低温(夜间戈壁滩气温在-10℃以下)、沙尘等严酷环境的考验，全程工作正常。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，包括嵌入式控制模块、通信模块、信号调理模块、采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块，其中，

所述信号调理模块、通信模块、开关量输入模块和开关量输出模块分别与所述嵌入式控制模块电连接；

所述采样模块与所述信号调理模块电连接，用于采集运载火箭箭上锂电池的温度信号，并发送给所述信号调理模块；

所述开关量输入模块采集运载火箭箭上单机发出的布尔量输入信号，并发送给所述嵌入式控制模块；

所述信号调理模块将所述温度信号转换为模拟量电压；

所述嵌入式控制模块通过所述通信模块与上位机电连接并接收所述上位机发送的控制指令，同时，还采集所述模拟量电压，所述嵌入式控制模块根据所述控制指令、模拟量电压和布尔量输入信号生成运载火箭控制指令，并将所述运载火箭控制指令发送给所述开关量输出模块；

所述开关量输出模块根据所述运载火箭控制指令对运载火箭进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述嵌入式控制模块基于所述模拟量电压、布尔量输入信号和上位机发送的控制指令，根据预设的控制逻辑生成运载火箭控制指令。

3.根据权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述开关量输入模块和开关量输出模块均包括带电触点或空触点。

4.根据权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述嵌入式控制模块采用STM32作为主控CPU。

5.如权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述通信模块采用标准以太网模块。

6.如权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，还包括4U高的标准机箱，所述嵌入式控制模块、通信模块、信号调理模块、采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块集成于所述标准机箱内。

7.如权利要求6所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，还包括液晶显示器和手动操作按钮，所述液晶显示器和手动操作按钮设置于机箱的前端面。

8.如权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述采样模块、开关量输入模块和开关量输出模块与运载火箭箭上输入接口/输出接口间均设置有光电耦合器或电磁继电器。

9.如权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述采样模块采用热敏电阻电路实现对运载火箭箭上锂电池的温度情况的实时监视。

10.如权利要求1或2所述的基于嵌入式控制的运载火箭测试发射控制装置，其特征在于，所述装置结构采用密闭设计，并使用三防漆喷涂。