CN103699041A - 多路精密时序控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种多路精密时序控制装置，包括操作面板单元、主控单元、定时控制单元以及系统供电单元；操作面板单元、主控单元、定时控制单元依次连接，系统供电单元分别与操作面板单元、主控单元、定时控制单元连接。本发明的多路精密时序控制装置，可以同时实现对火工品点火、起爆时间和相关高速相机图像记录启动时间的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种时序控制装置，具体涉及一种精密控制火工品起爆时间及高速相机图像记录的时序控制装置系统。
背景技术
在许多工业和科研火工品测试领域，需要精密控制一系列火工品的点火时间，火工品点火时间与触发信号间控制精度需要达到微秒级。
同时需要使用高速乃至超高速相机来拍摄被测火工品点火、起爆、爆炸过程，但是高速相机本身所带存储空间都十分有限，许多相机采用最高频率（一般5000帧/秒～10000帧/秒，最高可达百万帧/秒以上）拍摄时，存储空间只能够记录几秒种，最短仅有1到2秒的时间，这就要求相机启动拍摄的时刻与被拍摄火工品点火爆炸过程精确进行时序控制，否则相机将会错过需要记录的过程。
目前国内还没有针对火工品点火、起爆时间和相关高速相机图像记录启动时间的精确控制系统。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种多路精密时序控制装置，可以同时实现对火工品点火、起爆时间和相关高速相机图像记录启动时间的精确控制。
本发明的技术解决方案是：多路精密时序控制装置，其特殊之处在于：包括操作面板单元、主控单元、定时控制单元以及系统供电单元；所述操作面板单元、主控单元、定时控制单元依次连接，所述系统供电单元分别与操作面板单元、主控单元、定时控制单元连接。
上述主控单元包括MCU处理器以及分别与MCU处理器连接的通道选择单元、通信接口单元、人机接口单元、存储单元以及电源电路；MCU处理器实时扫描操作面板单元按键开关状态，形成配置和控制指令，对定时控制单元进行延时时间预设、启动控制。
上述定时控制单元包括20路（不限于20路）延时控制模块，其中16（不限于16路）路用于测试设备延时启动控制，4路（不限于4路）路用于起爆控制，定时控制单元为通过软件编程设计，在FPGA芯片硬件实现的定时控制模块，所有各路模块采用统一设计，计数频率同源设计，这样保证了所有通道间的时间计数统一，进而保证了各通道延时的精度。定时控制单元的计数频率来自于主控单元的高稳定度晶振，并接收主控单元设置的定时时间用于延时计数。延时计数结束后将触发信号外送进行输出控制。
上述操作面板单元包括分别与MCU处理器连接的显示屏、电压表、键盘、操控按钮、通道使能开关、测试孔。
上述通信接口单元、人机接口单元分别是与液晶屏连接的RS485接口、与计算机的通信的RS232接口。
通道选择单元是通过操作面板单元的20路的拨码开关。
上述MCU处理器是32位ARM处理器，不限于LPC2294。
上述存储单元是8K容量E2PROM铁电存储器，不限于FM24C64。
上述人机接口单元采用4×4矩阵键盘。
本发明的优点是：
1）可以同时实现对火工品点火、起爆时间和相关高速相机图像记录启动时间的精确控制；
2）可以实现高精度的控制逻辑输出，设计中采用高性能FPGA和高稳有源晶振实现系统延时控制，采用电平输出方式时系统延时时间精度优于5μs，采用开关信号输出方式时系统延时时间精度优于3ms；
3）输出通道多，包括20路（不限于20路）延时控制模块，其中16路（不限于16路）用于延时启动控制，4路（不限于4路）用于起爆控制（两路用于火工品起爆；四路组合使用，用于电磁阀控制）等；
4）可以实现各通道自检结果、设置参数等信息的断电保存，下次系统加电后自动读出上次设置参数待用；
5）可以实现对火工品起爆、点火的稳定可靠控制，避免了在上电初始化过程中某些干扰信号对连接火工品起爆电源、火工品点火造成影响。
附图说明
图1为本发明的总体构成图；
图2为本发明的硬件组成框图；
图3为本发明的操控面板示意图；
图4为本发明的火工通道接口电路图。
具体实施方式
参见图1，本发明多路时序控制装置由四部分组成：操作面板单元1、主控单元2、定时控制单元3、系统供电单元4。
操作面板单元1作为系统的人机交互界面，配置显示屏、电压表、键盘、操控按钮、通道使能开关、测试孔等，用于实现相关设置和控制的输入以及相关信息、状态等显示功能；
主控单元2作为多路时序控制装置的控制核心，负责操作面板设置信息的采集、状态信息的显示控制、对定时控制单元3的设置与监测、向定时控制单元3发送信号（定时、启动、中断等）等功能实现。主控单元2接收到“零”点信号，立即触发各定时控制模块启动延时计时，监测各测试设备控制模块的运行和控制状态，形成起爆通道输出控制逻辑。
定时控制单元3包括20路（不限于20路）延时控制模块，其中16路（不限于16路）用于测试设备延时启动控制，4路（不限于4路）用于起爆控制等（两路用于火工品起爆；四路组合使用，用于电磁阀控制），具备电平、断通、通断三种输出方式。设置的延时时间能够保存，下次系统加电后自动读出上次延时值待用。
系统供电单元4采用220V的交流电输入，输出包括+12V、+10V、+3.3V等多种电压输出以满足各模块的供电需求。
参见图2，主控单元2由MCU处理器20、通道选择、通信接口单元21、人机接口单元22、存储单元23、电源电路24等组成，MCU处理器20选择Philips公司的32位MCU处理器LPC2294或其它ARM处理器，它是基于一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器，是整个系统的控制核心，为保证系统延时准确性采用C语言加汇编编程，中断触发延时计时；通道选择是通过面板上的20路的拨码开关来实现的，主控单元2通过通道注册管理机制，屏蔽因各种原因不能参与控制的定时通道，包括通道被用户屏蔽、通道故障等；人机接口单元22主要采用采用4×4矩阵键盘，由MCU处理器20实时扫描操控面板按键、开关状态（包括“零”点信号），形成配置和控制指令，对定时控制单元3各定时控制模块进行延时时间预设、启动控制等。主控单元2可以通过RS485接口对液晶屏进行显示控制，通过RS232接口和计算机的通信，操控系统，实现必要时联机外部计算机保存数据，同时可由外接计算机下载存储各通道设定数据和状态，存储单元23选用8K容量E2PROM铁电存储器FM24C64，可以实现无数次地擦写，可以实现掉电后数据存储，用于存储各个通道的时延参数。
定时控制单元3包括20路（不限于20路）延时控制模块31，其中16路（不限于16路）用于测试设备延时启动控制，4路（不限于4路）用于起爆控制等（两路用于火工品起爆；四路组合使用，用于电磁阀控制）。系统设置的延时时间能够保存，下次系统加电后自动读出上次延时值待用。测试通道在接收到启动信号后，启动计时，预设延时时间到，则根据预设的输出方式控制输出，同时监测输出状态并向主控单元汇报。起爆通道延时启动过程与测试通道相同，但输出还必需受主控单元起爆保护逻辑控制，仅当起爆允许时，才能输出，否则保护。定时控制单元3包括20路（不限于20路）相对独立，功能基本一致的通道定时控制模块。
操作面板单元1参见图3，操控面板上配置显示屏、电压表、键盘、操控按钮、通道使能开关、测试孔。8英寸液晶显示屏上从上至下按1～20通道的顺序，从左至右显示对应通道的预设延时时间、运行时间和通道状态等，运行时间指“零”点触发后至当前时刻的时间，通道状态为通道输出状态，包括电平电压、启动状态、启动故障、保护状态、屏蔽状态等；两块电压表分别指示两路起爆通道的输出电压；键盘为4×4形式，用于选择通道，并预设其延时时间、输出方式等，为防止误操作进入或退出预设状态，采用组合按键方式；面板上的四个操控按钮分别为“复位”、“保护”、“预备”和“触发”，“复位”按钮为非自锁形式，按下后系统进入复位，但预设状态保持不变；“保护”开关为钥匙控制形式，“预备”按钮为自带指示灯非自锁形式，执行相应的保护和触发功能，系统收到并确认预备状态，点亮“预备”指示灯，“触发”按钮为自带指示灯非自锁形式，系统收到并确认“触发”信号后，点亮“触发”指示灯。通道使能开关为一组20位的拨码开关，用于控制20路通道进入/退出系统，以屏蔽闲置通道和故障通道。测试孔共四组，分别对应17、18、19、20四个通道，用于测试起爆回路阻值。
为了安全可靠的实现对火工品起爆、点火的控制，避免在上电初始化过程中某些干扰信号对连接火工品起爆电源、火工品点火造成影响，设计采用了光耦隔离以及处理器控制继电器导通的方式控制火工品起爆、点火，电路原理图如图4所示。采用JGX-1595FXC磁隔离直流固体继电器，该直流固体继电器采用磁隔离、功率场效应管输出，具有输出电流大、耐压高、输出电压降低、可靠性高等优点。在不需要信号输出的时候，通过继电器切断延时仪与外部设备的连接，如果需要信号输出的时候，由处理器控制继电器导通，从而接通延时仪和火工品起爆电源，控制火工品点火。
本发明的具体操作流程如下：
使用前根据实验需求正确连接仪器电缆，检查无误后系统加电。系统加电后自动读入设备保存的上次各路延时时间，进入等待状态。如不需要对各路延时时间修改，打开“保护”开关，按下“预备”按键，系统进入待触发状态，准备接收触发信号，进行延时输出控制。
如需改变延时时间设定则按如下方式进行设定：a）“预设”＋“设置/清除”
组合进入预设状态；b）“确认”＋“设置/清除”组合退出预设状态。
进入预设状态后，显示屏切换为输入监视模式，同时系统进入预设输入扫描模式。退出预设状态，显示屏切换为状态监视模式，系统进入等待触发模式。
点击“通道”按键，输入通道号，再点击“确认”按键，选择通道；
在输入了正确的通道号后，点击“预设”按键，随后输入预设延时时间，再点击“确认”按键，该通道预设延时时间被置入，点击“模式”按键，随后输入模式编码（“1”－>5V电平；“2”－>10V电平；“3”－>断通；“4”－>通断），再点击“确认”按键，该通道输出模式被置入。
在输出保护开关处于保护状态条件下，随时可以操作进入预设状态；输出保护开关处于开通状态后，系统屏蔽键盘输入。
打开“保护”开关，按下“预备”按键，系统再次进入待触发状态，准备接收触发信号，进行延时输出控制。
Claims (9)
1.多路精密时序控制装置，其特征在于：包括操作面板单元、主控单元、定时控制单元以及系统供电单元；所述操作面板单元、主控单元、定时控制单元依次连接，所述系统供电单元分别与操作面板单元、主控单元、定时控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述主控单元包括MCU处理器以及分别与MCU处理器连接的通道选择单元、通信接口单元、人机接口单元、存储单元以及电源电路；MCU处理器实时扫描操作面板单元按键开关状态，形成配置和控制指令，对定时控制单元进行延时时间预设、启动控制。
3.根据权利要求2所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述定时控制单元包括多路延时控制模块，其中一部分路用于测试设备延时启动控制，另一部分路用于起爆控制。
4.根据权利要求3所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述操作面板单元包括分别与MCU处理器连接的显示屏、电压表、键盘、操控按钮、通道使能开关、测试孔。
5.根据权利要求4所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述通信接口单元、人机接口单元分别是与液晶屏连接的RS485接口、与计算机的通信的RS232接口。
6.根据权利要求5所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：通道选择单元是通过操作面板单元的拨码开关。
7.根据权利要求6所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述MCU处理器是32位ARM处理器。
8.根据权利要求7所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述存储单元是8K容量E2PROM铁电存储器。
9.根据权利要求8所述的多路精密时序控制装置，其特征在于：所述人机接口单元采用4×4矩阵键盘。
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