CN108919730A - 一种便携式火箭飞行时序测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式火箭飞行时序测试仪，属于火箭时序控制技术领域。所述时序测试仪中的微控制器内部集成的三种功能不同的定时器，一种定时器用于生成自检方波，与多路复用器配合能够完成对N路时序检测通道的自检；一种定时器用于捕获飞行时序计时零点并记录N路飞行时序节点，一种定时器用于捕获和测试时序脉冲信号，此两种定时器配合光耦隔离器件，可以获得每路火工品的飞行时序节点以及时序脉冲宽度，并将测试结果存储在FLASH芯片上。本发明所述时序测试仪可直接从箭上电缆网与各路火工品的对接端测试整个模拟飞行阶段的飞行时序，而且具有体积小、重量轻以及通用性强等优点。

Description

一种便携式火箭飞行时序测试仪

技术领域

本发明涉及一种适用于火箭电气系统台面测试模拟飞行阶段在时序信号输出终端对飞行时序信号进行测试的便携式时序测试仪，属于火箭时序控制技术领域。

背景技术

火箭的时序控制系统在火箭整个飞行阶段起着至关重要的作用，时序控制系统按预装订的时序节点发出时序脉冲信号，完成级间分离、二级发动机点火、头体分离、反推发动机点火、头罩抛离、载荷释放等关键动作，时序节点和点火脉冲的精度直接影响火箭完成各项关键动作的准确性，甚至影响火箭飞行任务的成败。

在研制与试验阶段，全箭电气系统的台面联试试验是考核时序控制系统性能的重要试验，通过测试能够测量时序控制系统发出的各路时序信号是否满足要求，从而判断其性能的优劣。时序通常由地面测发控系统通过箭上电缆的时序测试接口进行测试，测发控系统发出脱落插头模拟脱落信号作为起飞计时零点，而后依次采集各路时序节点和点火脉冲。然而，现有的时序测试方法存在如下问题：

(1)时序测试功能集成在地面测发控系统设备中，测发控系统只能通过箭上电缆测试接口的时序测试端测量时序，不能对直接与各路火工品对接的箭上火工品点火线路和时序信号进行测试和考核；

(2)在进行模拟飞行测试时，地面测发控系统与箭上电气网通过脱落插头断开，在整个模拟飞行阶段，测发控系统则不能测量到各路飞行时序信号；

(3)测发控系统在对不同型号进行时序测试时需要修改相应程序软件、重新设计和制作测试电缆，通用性差、试验成本高。

(4)地面测发控系统体积大、重量重，不易搬运。

发明内容

针对现有时序测试技术存在的问题，本发明提供了一种便携式火箭飞行时序测试仪，该时序测试仪独立于测发控系统，可直接从箭上电缆网与各路火工品的对接端测试整个模拟飞行阶段的飞行时序，而且具有体积小、重量轻以及通用性强等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种便携式火箭飞行时序测试仪，所述时序测试仪包括微控制器、液晶显示屏、FLASH芯片、光耦隔离器件、多路复用器以及壳体；

微控制器中集成有功能不同的三种类型定时器，A型定时器用于生成自检方波，B型定时器用于捕获飞行时序计时零点并记录N路飞行时序节点，C型定时器用于捕获和测试时序脉冲信号；其中，C型定时器中包含的时序检测通道数M不小于N，优选M≥10；

多路复用器中含有的数据输出通道数为M；

微控制器、FLASH芯片、光耦隔离器件以及多路复用器均安装在壳体内部，液晶显示屏嵌在壳体上；FLASH芯片、液晶显示屏分别与微控制器连接，多路复用器的输入端与微控制器中A型定时器连接，多路复用器的输出端中的N路数据输出通道与微控制器中C型定时器中的N路时序检测通道一一对应连接，光耦隔离器件的输入端分别与外部的火箭脱落插头、火箭上的N路火工品连接，光耦隔离器件的输出端与微控制器中的B型定时器、C型定时器一一对应连接。

工作时，微控制器先利用A型定时器产生的自检方波对C型定时器中的各路时序检测通道进行自检，再对N路火工品的飞行时序进行测试，根据B型定时器记录的数据可以获得每路火工品的时序节点，根据C型定时器记录的数据可以获得每路火工品的时序脉冲宽度。

进一步地，选用基于ARMCortex-M3内核的微控制器，内部集成有八个定时器，A型定时器为一个，B型定时器为一个，C型定时器为六个，且C型定时器中含有24路时序检测通道。

进一步地，所述微控制器中还集成有数字滤波器，数字滤波器的输入端与光耦隔离器的输出端连接，数字滤波器的输出端与微控制器中的C型定时器连接，能够有效滤除尖峰干扰信号，提高捕捉时序脉冲信号的可靠性和稳定性。

进一步地，所述壳体上设置有数据输出口，实现微控制器与外部的上位机之间的连接，将存储在FLASH芯片中的测试结果上传至上位机，便于后期对测试结果进行数据处理。

有益效果：

(1)本发明所述时序测试仪独立于测发控系统，可直接从箭上电缆网与各路火工品的对接端测试整个模拟飞行阶段的飞行时序，能够对整个点火回路和时序控制系统进行考核验证，以验证箭载时序控制系统发出飞行时序的精度、供配电系统继电器动作的准确性以及全箭火工品点火回路的连通性，克服目前地面测发控系统在模拟飞行阶段不能够测试时序的缺点；

(2)本发明所述时序测试仪通用性强，针对不同型号的待测系统不需要修改软件程序，也不需要重新设计测试电缆即可完成时序测试，而且能够测试电压幅值范围在9V～48V的点火脉冲信号，能够满足当前绝大多数火箭飞行时序测试的要求；

(3)本发明所述时序测试仪体积小、重量轻(不超过2Kg)，克服了目前因时序测试功能集成于地面测发控系统内所带来的设备重量重、体积大、不便于搬运和携带的缺点；

(4)本发明所述时序测试仪中的时序脉冲输入通道均采用光耦隔离，对高电压输入脉冲进行分压、限流以满足光耦隔离器件对原边输入电压和电流的要求，并结合微控制器内集成的数字滤波器可以有效避免信号干扰，提高所述时序测试仪对瞬时脉冲信号的抗干扰能力以及工作的稳定性。

附图说明

图1为实施例中所述时序测试仪的电路原理示意图。

图2位实施例中所述时序测试仪操作的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

一种便携式火箭飞行时序测试仪包括微控制器、液晶显示屏、FLASH芯片、光耦隔离器件、多路复用器以及壳体；

选用基于ARMCortex-M3内核的微控制器(以下简称MCU)，其内部集成有数字滤波器、两个高级定时器(TIM1、TIM8)、四个通用定时器(TIM2～TIM5)以及两个基本定时器(TIM6、TIM7)；TIM1～TMI5以及TIM8各自均包含4路时序检测通道，可对共计24路时序脉冲信号进行捕获和测试；TIM6用于产生自检方波(脉冲宽度由待测火箭系统自身的控制信号决定)，用于24路时序检测通道的自检；TIM7用于捕获飞行时序计时零点，并记录各路点火脉冲信号的时序节点；

选用分辨率为320×480、16位真彩显示、16位80并口的3.5英寸薄膜晶体管液晶显示屏(以下简称TFT-LCD)作为信息显示介质，其支持65K色显示，可通过MCU片内集成的灵活静态存储控制器(以下简称FSMC)接口控制，控制方式简单，尺寸小，满足时序测试仪信息显示及对实现测试仪体积和重量的要求；

测试结果信息的存储介质选用具有SPI接口的FLASH芯片；

多路复用器选用三片型号为CD4051的8路复用器(以下简称CD4051)；

壳体上设置有信号输入口和数据输出口；

MCU、FLASH芯片以及三片CD4051集成在主控制电路板上，光耦隔离器件集成在隔离底板上，主控制电路板与隔离底板以叠层结构形式安装在壳体内部，TFT-LCD嵌在壳体上；FLASH芯片与MCU上的SPI接口连接，TFT-LCD与MCU上的FSMC接口连接，三片CD4051的输入端分别与MCU中的TIM6连接，三片CD4051的输出端中的24路数据输出通道与MCU中TIM1～TIM5以及TIM8中的24路时序检测通道一一对应连接；与外部的火箭脱落插头连接的电缆以及与外部的火箭上各路火工品连接的电缆穿过壳体上信号输入口后分别与光耦隔离器件的输入端连接，光耦隔离器件的输出端与TIM1～TIM5以及TIM8中的24路时序检测通道、TIM7一一对应连接；壳体上的数据输出口用于与外部的上位机进行连接。

采用所述时序测试仪对火箭中含有的24路火工品的飞行时序进行测试的程序流程如下；其中，电路原理图详见图1，程序流程图详见图2；

(1)上电启动进行时序测试仪初始化时，设置24路时序检测通道中断为上升沿触发，设置TIM6对应的I/O(TIM6)口每200ms发生一次电平翻转，以产生200ms自检方波；置CD4051-1的INH1(INH端低电平选通，高电平禁止)低电平，置CD4051-2的INH2和CD4051-3的INH3高电平，此时CD4051-1被选中，CD4051-2和CD4051-3被禁止，同时置位选端CBA＝000，此时自检通道1(即数据输出通道OUT1)被打开，自检方波被引入TIM1的时序检测通道1(即TIM1_CH1)，时序检测通道1捕获自检方波并测得脉宽值，若测得的脉宽值在200ms±10ms范围内，则判断时序检测通道1自检正常，将结果以绿色字体显示在TFT-LCD相应位置，若测得的脉宽值超出200ms±10ms的范围，则判断时序检测通道1不正常，将结果以红色字体显示在TFT-LCD相应位置，而后关闭自检通道1，至此，时序检测通道1自检完成；

参照时序检测通道1的自检操作，依次打开三片CD4051中其余的23路自检通道(OUT2～OUT24)，将自检方波依次引入其余的23路时序检测通道(TIM1_CH2～TIM1_CH4、TIM2_CH1～TIM2_CH4、TIM3_CH1～TIM3_CH4、TIM4_CH1～TIM4_CH4、TIM5_CH1～TIM5_CH4、TIM28_CH1～TIM8_CH4)进行自检，并将测试结果显示在TFT-LCD相应位置，若所有时序检测通道均自检正常，则判断时序测试仪自检正常，进步步骤(2)；若有一路以上时序检测通道自检异常，则判断时序测试仪自检异常，TFT-LCD保持当前显示内容，终止测试程序；

(2)禁止TIM6，停止生成自检方波，将三片CD4051中的INH1、INH2、INH3分别置为高电平，关闭三片CD4051中的24路自检通道，清除TFT-LCD显示内容；然后，设置TIM7对应的I/O(TIM7_INT)口中断为上升沿触发的外部中断，当外部的火箭脱落插头脱落(即K1断开)，I/O(TIM7_INT)口捕获到计时零点时，启动TIM7并开始计时，每当时序检测通道触发上升沿中断时，在MCU的中断服务程序中记录此刻TIM7计数器的值，与捕获到计时零点时刻的值做差，即可换算得到相应时序检测通道的时序节点；

同时，在各时序检测通道捕获到时序脉冲上升沿时，触发中断并进入中断服务程序，同时记录此刻TIM1、TIM2、TIM3、TIM4、TIM5或TIM8的计数值，而后将时序检测通道设置为下降沿触发，当捕获到时序脉冲下降沿时，触发中断并进入中断服务程序，同时记录此刻TIM1、TIM2、TIM3、TIM4、TIM5或TIM8的计数值，与捕获到上升沿时记录的计数值做差，即可换算出该时序检测通道捕获到的时序脉冲宽度；

当一路时序检测通道捕获并测得时序脉冲后，将该时序脉冲的时序节点和时序脉冲宽度值显示在TFT-LCD相应位置，时序节点值误差应当在±20ms范围内，脉冲宽度误差应当在±10ms范围内，若测得的结果在误差范围内，则以绿色字体显示，反之则以红色字体显示，随后对下一个飞行时序进行检测，直至完成所有飞行时序的测试；

(3)所有飞行时序均测试完成后，将等待测试完成按键(K2)按下，则程序自动将所有测得的时序节点和时序脉冲宽度值存入FLASH芯片中，同时在TFT-LCD相应位置显示“测试完成”，至此，一次完整的飞行时序测试完成。

对测试结果进行后续处理时，可以通过MCU读取FLASH芯片中存储的测试结果并存入缓存，而后通过数据输出口将测试结果上传到外部的上位机，再进行数据的后处理。

待测的时序脉冲信号输入到时序测试仪时，均采用光耦进行隔离再由定时器进行捕获检测，一方面可以对输入的大电流时序脉冲信号进行分压和限流，能够测试电压幅值范围在9V～48V的点火脉冲信号，进而能够满足当前大多数火箭的飞行时序测试要求；另一方面可以有效避免大电流脉冲信号产生的干扰，提高电路工作的可靠性和稳定性。

另外，当时序检测通道采集到一个上升沿跳变时，MCU内部集成的数字滤波器则自动以预设的采样频率连续采集多次该时序检测通道的电平，若均为高电平，则认为该上升沿是一次有效的触发，从而能够有效滤除尖峰干扰信号，提高捕捉时序脉冲信号的可靠性和稳定性。

本发明所述的便携式火箭飞行时序测试仪能够满足火箭模拟飞行阶段在点火时序输出终端对飞行时序测试的要求，且在测试过程中确保了测试的可靠性与稳定性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种便携式火箭飞行时序测试仪，其特征在于：所述时序测试仪包括微控制器、液晶显示屏、FLASH芯片、光耦隔离器件、多路复用器以及壳体；

微控制器中集成有功能不同的三种类型定时器，A型定时器用于生成自检方波，B型定时器用于捕获飞行时序计时零点并记录N路飞行时序节点，C型定时器用于捕获和测试时序脉冲信号；其中，C型定时器中包含的时序检测通道数M不小于N；

多路复用器中含有的数据输出通道数为M；

微控制器、FLASH芯片、光耦隔离器件以及多路复用器均安装在壳体内部，液晶显示屏嵌在壳体上；多路复用器的输入端与微控制器中A型定时器连接，输出端中的N路数据输出通道与微控制器中C型定时器中的N路时序检测通道一一对应连接；光耦隔离器件的输入端分别与外部的火箭脱落插头、火箭上的N路火工品连接，输出端与微控制器中的B型定时器、C型定时器一一对应连接；FLASH芯片、液晶显示屏分别与微控制器连接；

工作时，微控制器先利用A型定时器产生的自检方波对C型定时器中的各路时序检测通道进行自检，再对N路火工品的飞行时序进行测试，根据B型定时器记录的数据计算得到每路火工品的时序节点，根据C型定时器记录的数据计算得到每路火工品的时序脉冲宽度。

2.根据权利要求1所述的一种便携式火箭飞行时序测试仪，其特征在于：微控制器中C型定时器所包含的时序检测通道数M≥10。

3.根据权利要求1所述的一种便携式火箭飞行时序测试仪，其特征在于：所述微控制器中还集成有数字滤波器，数字滤波器的输入端与光耦隔离器的输出端连接，输出端与微控制器中的C型定时器连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式火箭飞行时序测试仪，其特征在于：所述壳体上设置有数据输出口，实现微控制器与外部的上位机之间的连接。

5.根据权利要求1所述的一种便携式火箭飞行时序测试仪，其特征在于：选用基于ARMCortex-M3内核的微控制器，内部集成有八个定时器，A型定时器为一个，B型定时器为一个，C型定时器为六个，且C型定时器中含有24路时序检测通道。