CN102506617A

CN102506617A - 弹载数据测试系统

Info

Publication number: CN102506617A
Application number: CN2011103301219A
Authority: CN
Inventors: 林德福; 范军芳; 王伟; 王江; 徐平; 程振轩; 王嘉鑫; 路宇龙; 段鑫尧
Original assignee: 王伟
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开一种弹载数据测试系统，其包括采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块，还包括壳体，所述壳体包括内壳体和外壳体，内壳体通过包封测量模块、处理模块和输出控制模块，外壳体和端盖包封于内壳体外部。本发明提供的弹载数据测试系统具有特别强的抗高过载能力，系统具有较强的抗干扰、抗高低温、防尘能力，系统具有多通道可变性，存储空间容量大，小型化，可重复使用，成本低，可靠性高，低功耗等优点。

Description

弹载数据测试系统

技术领域

本发明涉及弹载数据记录装置。

背景技术

弹系统有关弹道动态的测试方法有很多，其主要有两种方法，一种是遥测法，一种是弹载存储测试法。无线电遥测法多用于战略弹、远程弹等大型弹的动态数据测试。弹载存储测试技术是一项新型测试技术，国外从70年代末期开始研究，在80年代有许多这方面的报道，达到了很高的水平，例如，美国桑迪亚国家实验室的福兰克等人研制的比例缩小模型侵本测试仪，是一个微型，可重复使用的瞬时记录仪，尺寸为Φ4″x20″，可经受并记录4000g的加速度。在国内，兵总212所，南京理工大学，203所等单位也相继开展了存储测试技术的研究工作。212所在“75”期间完成了弹丸撞击混凝土靶板的冲击加速度测试技术研究，已取得初步成果。另外，太原理工智能仪器教研室已研制出第一二代弹数据记录装置，该装置已多次成功地应用于某反坦克弹地面联试和靶场弹的有控飞行试验中，为弹系统分析提供了大量数据。其中第一代弹黑匣子还存在一定的缺陷，比如不能识别启动信号，易造成误启动，不能根据需要改变采样频率等。但第二代相关的缺陷都有待于改进或完善，但是低成本，抗高过载，重复使用，可靠性良好的弹载数据测试系统国内还很少，尤其成本能够控制在1000元以下的就没有。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种弹载数据测试系统，其集成度高，尺寸小，成本低，抗过载高，重复实用性高，可靠性高，通道多，测试数据量大，适于各种弹上应用。

本发明的目的在于提供一种弹载数据测试系统，其包括采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块，

其中采集模块用于采集弹上传感器数据，包括弹上传感器的所有信号，如供电信号、弹体姿态信号等，包括例如弹上热电池、陀螺仪、加速度计、弹体转速波形、弹上计算机校正指令、激光探测器、舵机指令和解码器等弹飞行姿态的状态以及控制与执行数据等，采集模块包括多路开关转换器和模数转换器；

处理模块将采集到的信号采集转换成数字量并存储在存储器中，处理模块包括CPU芯片；

通讯模块将处理模块存储在存储器中的数字量通过通信接口的方式实时传输到地面接收设备，或者传输至外部存储器待落地回收后将其传输到笔记本或者手持设备上，供地面分析和处理，通讯模块包括串口通讯器件和外部存储器；

电源模块的作用是向上述三个模块供电，包括变压稳压模块和上电复位模块，将弹上电源稳定为低电压并稳定输出给上电复位模块，再通过抗干扰电路区分数字电压和模拟电压向CPU芯片供电，并给采集模块以及通讯模块中的外部存储器和串口通讯器件供电；

所述采集模块中的模数转换器与CPU芯片的数据采集端口连接，CPU芯片的一个通信端口与外部存储器连接，CPU芯片的另一通信端口与串口通讯器件连接。

本发明的另一目的在于提供一种上述弹载数据测试系统，其还包括壳体和端盖，所述壳体包括内壳体和外壳体，内壳体包封采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块，外壳体和端盖包封于内壳体外部。

本发明提供的弹载数据测试系统能在进行在研弹的各种飞行实验过程中，实时记录弹的各种状态数据，完成弹飞行姿态的状态以及控制与执行数据的实时记录，通过这些数据来了解弹在飞行实验过程中弹上各分系统的工作状态、弹上计算机的工作时序及弹的整体状态等相关参数和性能指标，通过这些数据来快速分析和排除弹在飞行过程中可能出现的故障。该系统为弹设计者提供第一手在研弹的飞行实验资料，缩短弹的研制周期，降低弹的研制费用，具有很高的社会效益和经济效益。

本发明提供的弹载数据测试系统具有特别强的抗高过载能力，系统具有较强的抗干扰、抗高低温、防尘能力，系统具有多通道可变性，存储空间容量大，小型化，可重复使用，成本低，可靠性高等优点。

附图说明

图1根据本发明的弹载数据测试系统优选方式的结构示意图。

图2是根据本发明弹载测试系统电源模块中变压稳压模块电路示意图。

图3是根据本发明测试系统电源模块中上电复位模块中电路示意图。

图4是根据本发明数据测试系统电源模块中抗干扰电路示意图。

图5是根据本发明数据测试系统AD转换子程序流程图。

图6是根据本发明数据测试系统的外部存储器页读子程序流程图。

图7是根据本发明数据测试系统的优选实施方式结构示意图。

2-内壳，3-环氧树脂，4-外壳，5-填充材料，6-端盖

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施方式对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点随着这些说明将变得更为清楚、明确。

本发明提供一种弹载数据测试系统，其包括采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块，

在根据本发明的弹载测试系统中，数据采集模块是本系统的核心部分。数据采集模块主要包括多路开关和外部模数转换器。多路开关优选为16路通道选择开关，MAX306是16路选择开关，芯片可在单极性+4.5V-+30V或双极性±4.5V-±20V的条件下正常工作，可以满足采集通道数和采集电压范围的要求。多路开关的另一主要作用是对CMOS主芯片的多路开关是安全的，因为当电源切断时，多路开关是打开的；而对结型FET多路开关是接通的，因此有损坏芯片的可能性。来自信号源的16路模拟信号进入16路选择开关。AD1674是美国模拟器件公司(Analog Device)生产的12位逐次逼近型快速A/D转换器，其片内配有三态输出缓冲电路，因而可直接与各种典型的8位或16位微处理器相连面无须附加逻辑接口电路，且能与COMS及TTL电平兼容。另外芯片内包含有高精度参考电压源和时钟电路，使它们能在不需任何外部电路和时钟信号的情况下完成一功A/D转换功能，使用极为方便。为了充分完整地获取传输信号，优选在多路通道选择开关和A/D转换器之间设置跟随器。(相关算法例如参见《弹载数据测试系统》，马国礼，北京理工大学学位论文)。

数据采集模块与CPU芯片的连接方式(数据传输方式)采用地址总线和数据总线方式传输。在本系统中，作为模数转换器，使用AD1674器件，其是12位(也可实现8位转换)AD转换器AD574系列中最新的一种型号，它不仅增加了采样保持器，而且运行速度更高，其最大转换时间10μs。在输出12位转换结果时，为了和CPU的数据总线是16位时，采用12位方式一次将数据输出，若数据总线是8位，则分两次将12位数据取出，使用起来非常方便，AD1674的工作状态由CE、R/C、12/8、CS和A0五个输入信号决定。只有当使能线号CE＝1，片选线CS＝0时才能处于工作状态；R/C＝0时，启动数据转换；R/C＝1时，启动读数据；12/8用于控制输出数据格式。当12/8＝1时，并行输出12位转换结果；当12/8＝0时，转换数据结果分两次并行输出，用A0来控制，当A0＝0时，输出高8位，A0＝1时，输出低4位。此外，A0还用于控制A/D数据转换的位数，在启动A/D转换时，A0＝0时，作12位转换，A0＝1时，作8位转换。A/D转换器的STS引脚是工作状态输出线，启动转换后，STS＝1时，表示转换正在进行；当STS＝0时，表示转换结束。其AD转换子程序流程图如图5所示。

在本发明中，作为CPU芯片，使用MSP430F149。(购自TI公司)，其功耗低，体积小，适于弹上应用。

在本发明中，由于主芯片MSP430F149的供电电压为+3.3V，而弹上电池的电源电压为+12V，因此在变压稳压模块采用LM7805器件，LM7805将弹上+12V电源变压为+5V，上电复位模块使用TPS7333Q器件，其将+5V电源变压为+3.3V，再经过抗干扰电路区分数字电压和模拟电压，向芯片MSP430F149供电。

具体而言，图2示出了变压稳压模块电路，即LM7805及其附属电路，其中，弹上电源连接图中“+12V”处，输出端为“+5V”处，与图3中的“+5V”处连接；

图3示出了上电复位模块电路，即TPS7333Q及其附属电路，其中，“+5V”与图2中“+5V”相连，“+3.3V”为输出端，与图4中的“+3.3V”连接，“RST”与MSP430F149的“RST”相连；

图4示出了抗干扰电路，其中，“+3.3V”与图3中“+3.3V”连接，“DVcc3”和“AVcc3”分别与MSP430F149的数字电源端和模拟电源端连接。

在本弹载数据测试系统中，电源模块生成12V，±15V，5V，3.3V等几种电压，电源模块的原始电压由弹上电池12V给供电，其它电压由电源模块变压产生。通过转换的电压分别通过连接线给其它三个模块供电。

在本发明弹载测试系统中，串口通讯器件用于将处理模块存储在存储器中的数字量通过通信接口的方式实时传输到地面接收设备，共地面分析和处理；外部存储器通过通信接口将该数字量存储至其中，待落地回收后将其传输到笔记本或者手持设备上，供地面分析和处理。外部存储器页读子程序流程图如图6所示。

在本发明弹载测试系统中，处理模块的CPU芯片与通信模块之间的连接方式采用串口通信的方式通信，在工业控制中，串口是常用的计算机与外部串行设备之间的传输通道，由于其结构相对简单，易于实现，所以被广泛应用，串口模块的接收器和发送器是双缓冲的，各自具有单独的使能位和中断标志位。两者可以单独的使能位和中断标志位。两者可以单独工作，也可以在全双工方式下同时工作。串口模块使用奇偶校验，超时，帧出错监测确保数据的准确传输，串行模块有中断方式和查询方式两种操作方式。

在本发明中，作为串口通讯器件，使用MAX232器件，作为外部存储器，使用K9F6408器件。

根据本发明的弹载数据测试系统，优选还包括壳体，所述壳体包括内壳体和外壳体，内壳体通过包封数据采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块，外壳体和端盖包封于内壳体外部。

在进一步优选的实施方案中，内壳体与测量模块、处理模块和输出控制模块之间软封装，例如填充有环氧树脂胶、硅凝胶，内壳体与外壳体之间软封装，例如填充有缓冲材料如硅凝胶，以便改进弹载数据测试系统的抗冲击性能。如图7中所示。

实施例1

将采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块分布在两块Φ40的圆形电路印制板上，第一块板上主要布置电源模块和采集模块，第二板上主要布置CPU数据处理模块和通信模块。其中，各模块中所用器件如下表1所示：

表1：模块中所用器件

电源模块中的变压稳压模块电路如图2所示，上电复位模块电路如图3所示，抗干扰电路如图4所示。

两块电路板之间有机械接口和电子接口，是由三个均匀分布在Φ36(直径36mm)的圆上的Φ3的孔来连接的，电子接口将CPU模块和通信模块所需要的电源线进行连接。整套电路系统连接好后通过三个均匀分布在Φ36的圆上的Φ3的孔与壳体进行连接，连接好后采用环氧树脂(环氧树脂胶211，双组份，以4∶1的比例配合)封装在铝壳(内壳体)内，端盖和外壳体均采用高强度合金钢，确保弹体着地时不变形，内外壳体之间采用软封装，填充环氧树脂或者硅凝胶)电路各模块与外壳体间有缓冲作用，使电路各模块在弹着地时在软封装的作用下所受的冲击加速度降低。

所得弹载数据测试系统放在弹的战斗部位置，与弹系统的被测信号相连，当完成一次飞行试验后，回收该系统，并与地面计算机进行串行口相联，即可读出所采集数据，并用计算机对所采数据进行处理。

弹载数据测试系统安装在弹上，等弹在发射的瞬间，弹上电池被激活，此时弹载数据测试系统即开始工作，此时已经开始工作的传感器信号就经过数据采集模块进入到CPU模块，同时被存储在外部存储器中，而此时没有开始工作的模块采集到的还是低电平。随着飞行过程的持续，每个逐步开始工作的传感器信号都被陆续记录在外部存储器中，等到弹落地后，弹上电池还可能工作一段时间或者停止工作。通过将弹载数据测试系统回收后，通过地面供电，将存储的数据通过串口或者U S B口将数据存储器导出到笔记本上，进行对弹上数据所有信号的时序和准确性分析。

所得弹载数据测试系统体积非常小，功耗低，抗过载高达30000G，可重复使用，适用于各种弹上，如末制导炮弹、火箭、火箭弹等。

以上通过反理性实施方式对本发明进行了详细说明，不过这些实施方式并不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的技术方案及其实施方式进行多种改进、替换或修饰，这些均应落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种弹载数据测试系统，其特征在于，所述弹载数据测试系统包括采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块。

其中采集模块用于采集弹上传感器数据，采集模块包括多路开关转换器和模数转换器；

2.根据权利要求1所述的弹载数据测试系统，其特征在于，作为模数转换器，使用AD1674器件。

3.根据权利要求1或2所述的弹载数据测试系统，其特征在于，作为CPU芯片，使用MSP430F149器件。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的弹载数据测试系统，其特征在于，在变压稳压模块中使用LM7805器件。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的弹载数据测试系统，其特征在于，在上电复位模块中使用TPS7333Q器件。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的弹载数据测试系统，其特征在于，作为串口通讯器件，使用MAX232器件。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的弹载数据测试系统，其特征在于，作为外部存储器，使用K9F6408器件。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的弹载数据测试系统，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括内壳体和外壳体，内壳体通过包封测量模块、处理模块和输出控制模块，外壳体和端盖包封于内壳体外部，端盖设于外壳体顶部。

9.根据权利要求8所述的弹载数据测试系统，其特征在于，，内壳体与采集模块、处理模块、通讯模块和电源模块之间软封装，内壳体与外壳体之间软封装。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的弹载数据测试系统在末制导炮弹中的应用。