CN109521782A - 一种姿控测控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种姿控测控系统,包括主控模块、逻辑处理模块、时序模块、姿控模块和舵机控制模块;主控模块发出时序控制信号给时序模块,发出舵机控制信号和姿控信号给逻辑处理模块;并用于接收时序回采信号、舵控反馈信号、电磁阀状态回采信号、模拟量信号、开关量信号并进行解析处理,实现对姿控系统的输出控制和状态监测;本发明能够实现姿控信号、舵控信号和点火时序信号的输出及回采,集成了CAN通讯、1553B通讯、以太网通信和RS422隔离通信,能够适用多种通信协议的待测产品,提高了测控系统的兼容性和通用性;能满足多种单项及系统性试验的控制和测试,具有良好的功能拓展性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于电子设备测试应用技术领域,更具体地,涉及一种姿控测控系统。
背景技术
姿势控制系统是自动稳定和控制姿控系统绕质心运动的控制装置,它的功能是保证姿控系统稳定飞行,并根据制导指令控制姿控系统飞向目标;因此,对于姿控系统的姿势控制系统,一方面需要对姿控系统通过传感器收到的传感信号进行处理并生成控制信号,另一方面需要接受来自导航或制导系统的指令,按照导引对姿控系统进行相应的控制。
因此在对姿控系统的姿势控制系统进行测试时,需要测控设备对其提供相应的姿控/舵控信号、点火控制信号以及传感器/阀门/、伺服机构的供电电源等,同时实时采集和处理数据,计算测试结果,从而实现对姿势控制系统的实时控制和管理,构成姿控系统自动测控系统。
目前研制的测控系统均为匹配各姿控系统产品的专用系统,各系统之间标准不统一,复用性差;并且基本上以X86平台的PC机为控制核心,配备价格较为昂贵的测试板卡组成,通用性差且系统核心均为国外公司提供,存在技术风险且不易维护;测控系统中的核心控制板不具有通用性,当控制信号的路数增加,或者外部输入信号的种类发生变化时,往往就需要重新设计核心控制板,导致测控系统的利用率低,重新设计会增加重复性工作,增大成本。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供了一种姿控测控系统,其目的在于解决现有的测控系统存在的通用性差、存在技术风险且不易维护的问题。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种姿控测控系统,包括主控模块、逻辑处理模块、时序模块、姿控模块和舵机控制模块;
所述主控模块用于发出时序控制信号给时序模块,发出舵机控制信号和姿控信号给逻辑处理模块;并用于接收时序回采信号、舵控反馈信号、电磁阀状态回采信号、模拟量信号、开关量信号并进行解析处理,实现对姿控系统的输出控制和状态监测;
所述逻辑处理模块通过FSMC总线与主控模块进行通信,用于对主控模块发出的舵机控制信号和姿控信号进行编码处理;并用于对舵机控制模块反馈的舵控反馈信号、姿控模块反馈的电磁阀状态回采信号、时序模块反馈的时序回采信号进行译码后发送至主控模块;
所述时序模块用于在所述时序控制信号的控制下输出若干路点火控制时序信号至姿控系统,并对所述点火控制时序信号进行回采,得到时序回采信号;
所述舵机控制模块用于根据逻辑处理模块输出的舵机控制信号输出若干路舵控模拟量信号至姿控系统;并采集姿控系统的舵控反馈模拟量信号并对其进行隔离和模数转换处理,得到舵控反馈信号;
所述姿控模块用于对逻辑处理模块输出的姿控信号进行隔离与电平转换处理,根据处理后的姿控信号输出若干路电磁阀控制信号至姿控系统;并用于对所述电磁阀控制信号进行隔离和电平转换处理,得到电磁阀状态回采信号。
优选的,上述姿控测控系统,还包括模拟量隔离模块、开关量采集模块和通讯模块;
所述模拟量隔离模块用于采集姿控系统的模拟量信号并对所述模拟量信号进行电气隔离、运放调理后传输至主控模块;
所述开关量采集模块用于采集姿控系统的开关量信号并进行隔离后传输至逻辑处理模块;
所述通讯模块包括RS-422通讯电路、以太网电路、CAN总线收发电路和1553B控制电路;所述CAN总线收发电路通过数字隔离电路与主控模块的CAN接口相连;所述1553B控制电路与逻辑处理模块的1553B接口相连。
优选的,上述姿控测控系统,还包括用于为测控系统供电的电源模块,所述电源模块包括供电电路、隔离电源和电流传感器;
所述供电电路的输入端与外部控制电源相连,用于将28V控制供电传输至隔离电源;所述隔离电源将28V控制供电转换为+5V、+12V和±15V电压输出至模拟量隔离模块,经模拟量隔离模块隔离后输送至主控模块;
所述电流传感器的输入端与外部功率电源相连,用于将28V功率电源转换为功率电输出至逻辑处理模块、姿控模块、舵机控制模块、时序模块。
优选的,上述姿控测控系统,还包括显示电路,主控模块通过所述显示电路与串口显示屏相连,提供人机交互界面。
优选的,上述姿控测控系统,还包括与主控模块相连的LED状态指示电路,所述LED状态指示电路用于根据主控模块发出的异常信号控制LED灯点亮。
优选的,上述姿控测控系统,还包括上位机,所述上位机通过RS-422通讯接口和以太网接口与主控模块通信,实现对姿控系统的远程控制。
优选的,上述姿控测控系统,其主控模块包括STM32芯片,以及与所述STM32芯片相连的存储电路、复位电路和时钟电路;所述存储电路包括多片8位并行磁阻存储芯片MR4A08B。
优选的,上述姿控测控系统,其时序模块包括时序控制信号驱动电路、时序输出电路和时序回采电路;
所述时序控制信号驱动电路用于对主控模块发出的时序控制信号进行隔离和转换处理,所述时序输出电路用于在时序控制信号的控制下进行若干路点火控制时序信号的输出及回采,并将得到的时序回采信号传输到时序回采电路;所述时序回采电路用于对所述时序回采信号进行电气隔离与电平转换,得到3.3V/0V的时序回采信号。
优选的,上述姿控测控系统,其舵机控制模块包括D/A模块和A/D采集模块;
所述D/A模块包括DA控制信号隔离电路和DA输出电路;所述DA控制信号隔离电路用于将逻辑处理模块发送的舵机控制信号隔离后传输至DA输出电路,所述DA输出电路将所述舵机控制信号转换为舵控模拟量信号并输出至姿控系统;
所述A/D采集模块包括AD采集电路和AD控制信号隔离电路;所述AD采集电路用于采集姿控系统的舵控反馈模拟量信号并将其转换为舵控反馈信号,所述舵控反馈信号经AD控制信号隔离电路隔离后传输给逻辑处理模块。
优选的,上述姿控测控系统,其姿控模块包括电磁阀控制信号驱动电路、电磁阀控制输出电路和电磁阀控制状态回采电路;
所述电磁阀控制信号驱动电路用于对逻辑处理模块输出的姿控信号进行隔离与电平转换处理,并驱动电磁阀控制输出电路根据处理后的姿控信号输出若干路电磁阀控制信号;所述电磁阀控制状态回采电路用于采集所述电磁阀控制信号并对其进行隔离和电平转换处理,得到电磁阀状态回采信号。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明提供的姿控测控系统,能够实现姿控信号、舵控信号和点火时序信号的输出及回采,集成了CAN通讯电路、1553B通讯电路、以太网通信电路和RS422隔离通信电路,能够适用多种通信协议的待测产品,提高了测控系统的兼容性和通用性;能满足多种单项及系统性试验的控制和测试,具有良好的功能拓展性和相当的安全性;
(2)本发明提供的姿控测控系统,对时序模块供电和姿控模块供电都采用了“外部电源配给——机械拨码开关控制——内部软件控制”三级电源管控措施,避免了实际使用中因各种因素可能导致的误触发。因点火时序和姿控信号皆使用了外部电源,可在不超过相关DC-DC电源模块、三极管等器件工作电压的前提下,对点火时序/姿控信号输出的电压进行一定程度的调整,满足现场的实际需要;
(3)本发明提供的姿控测控系统,在姿控信号输出、舵控信号输出和点火时序输出、时序供电电源、姿控供电电源上都配置了相应的回采电路,通过软件上的配合可实现对所有输出信号的实时监控、监控记录保存及传输到上位机。
附图说明
图1是本发明实施例提供的姿控测控系统的逻辑框图;
图2是本发明实施例提供的姿控测控系统的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例提供的姿控测控系统的逻辑框图;图2是本发明实施例提供的姿控测控系统的组成结构示意图;如图1所示,本实施例所提供的一种姿控测控系统,适用于多采样数、大数据量的姿势控制系统的测试;包括主控模块、逻辑处理模块、姿控模块、舵机控制模块、时序模块、模拟量隔离模块、开关量采集模块、通讯模块、电源模块;
电源模块用于对外部电源的输入电压进行隔离滤波,为整个测控系统供电;电源模块通过供电母线分别与主控模块、逻辑处理模块、姿控模块、舵机控制模块、时序模块、模拟量隔离模块、开关量采集模块相连;
电源模块包括供电电路、隔离电源和电流传感器;供电电路的输入端与外部控制电源相连,控制电源提供28V、3A的控制供电,供电电路将28V控制供电传输至隔离电源,隔离电源输出+5V、+12V和±15V电压,经模拟隔离电路隔离后输送至STM32芯片,为STM32芯片供电;电流传感器的输入端与外部功率电源相连,功率电源输出28V功率电,峰值电流60A,电流传感器采集功率电并分为两路输出,将一路功率电传输至模拟隔离电路,经模拟隔离电路隔离后输送至STM32芯片;另一路功率电用于为逻辑处理模块、姿控模块、舵机控制模块、时序模块供电。姿控测控系统对时序模块供电和姿控模块供电都采用了“外部电源配给——机械拨码开关控制——内部软件控制”三级电源管控措施,避免了实际使用中因各种因素可能导致的误触发。因点火时序和姿控信号皆使用了外部电源,可在不超过相关DC-DC电源模块、三极管等器件工作电压的前提下,对点火时序/姿控信号输出的电压进行一定程度的调整,满足现场的实际需要。
如图2所示,主控模块包括STM32芯片,以及与STM32芯片相连的存储电路、复位电路和时钟电路;STM32芯片用于发出时序控制信号给时序模块,发出舵机控制信号和姿控信号给逻辑处理模块;接收时序回采信号、舵控反馈信号、电磁阀状态回采信号、模拟量信号、开关量信号并进行解析处理,实现对姿控系统的输出控制和状态监测;存储电路选用多片大容量并行磁阻存储器来存储测试数据,考虑采样数率较高,数据量较大,选用4片8位并行磁阻存储芯片MR4A08B,每片存储容量的达到16Mbit,磁阻存储器具有存储速度快、掉电后数据可保存、可无限次数擦写等优点;复位电路采用MAX706复位芯片。
逻辑处理模块包括可编程逻辑器件CPLD,该可编程逻辑器件CPLD通过FSMC总线与STM32芯片相连,用于对STM32芯片发出的舵机控制信号进行编码处理后发送至舵机控制模块;对STM32芯片发出的姿控信号进行编码处理后发送至姿控模块;并用于对接收舵机控制模块反馈的舵控反馈信号进行译码后发送至STM32芯片,对接收的姿控模块反馈的电磁阀状态回采信号进行译码后发送至STM32芯片;对接收的时序模块反馈的时序回采信号进行译码后发送至STM32芯片。
本实施例采用STM32+CPLD架构,STM32F405/407系列可以扩展多达24路AD采集通道、140个IO接口、4路Uart接口、2路CAN接口,通过FSMC并行总线可以扩展1553B接口和以太网接口;通过搭配相应的试验电缆和测试用软件,姿控测控系统能满足多种单项及系统性试验的控制和测试,具有良好的功能拓展性和相当的安全性。
姿控模块包括电磁阀控制信号驱动电路、电磁阀控制输出电路和电磁阀控制状态回采电路;电磁阀控制信号驱动电路的输入端与可编程逻辑器件CPLD的第一输出端相连,输出端与电磁阀控制输出电路的输入端相连;电磁阀控制输出电路的输出端与电磁阀控制状态回采电路的输入端相连;电磁阀控制状态回采电路的输出端与可编程逻辑器件CPLD的第一输入端相连。电磁阀控制信号驱动电路用于接收可编程逻辑器件CPLD输出的姿控信号进行隔离与电平转换处理,并驱动电磁阀控制输出电路根据处理后的姿控信号输出12路电磁阀控制信号;电磁阀控制状态回采电路用于采集电磁阀控制输出电路输出的电磁阀控制信号并对其进行隔离和电平转换处理,得到电磁阀状态回采信号并将其反馈至可编程逻辑器件CPLD。电磁阀控制状态回采电路采用数字隔离器ADuM7640实现。为确保安全性设计,在供电母线输入端增加一级熔断器,防止电磁阀短路。
舵机控制模块包括D/A模块和A/D采集模块;
D/A模块用于根据可编程逻辑器件CPLD发送的舵机控制信号输出5路舵控模拟量信号;D/A模块包括DA控制信号隔离电路和DA输出电路;可编程逻辑器件CPLD发送的舵机控制信号经DA控制信号隔离电路隔离后传输至DA输出电路,DA输出电路将舵机控制信号转换为舵控模拟量信号并输出至姿控系统;
A/D采集模块用于采集姿控系统的舵反馈、舵控反馈模拟量信号并对其进行隔离和转换处理,得到舵控反馈信号并将其传输至可编程逻辑器件CPLD;A/D采集模块包括AD采集电路和AD控制信号隔离电路;AD采集电路用于采集姿控系统的舵反馈、舵控反馈模拟量信号并将其转换为舵控反馈信号(数字量信号),该舵控反馈信号经AD控制信号隔离电路隔离后传输给可编程逻辑器件CPLD。A/D采集模块包括A/D转换芯片AD7606和多个模拟开关MAX308,可根据应用需求扩展采集路数;AD控制信号隔离电路采用数字隔离器ADuM7642实现,
时序模块用于在时序控制信号的控制下输出32路点火控制时序信号,并对该点火控制时序信号进行回采,得到时序回采信号并将其发送至可编程逻辑器件CPLD;
时序模块包括时序控制信号驱动电路、时序输出电路和时序回采电路;STM32芯片发出的时序控制信号经时序控制信号驱动电路隔离和电平转换处理后发送至时序输出电路,时序输出电路在该时序控制信号的控制下进行32路点火控制时序信号的输出及回采,并将得到的时序回采信号传输到时序回采电路;时序输出电路还用于在时序控制信号的管理下对整个时序输出电路的供电进行管制。时序回采电路用于对时序输出电路发送的时序回采信号进行电气隔离与电平转换,得到3.3V/0V的时序回采信号传输到可编程逻辑器件CPLD中。另外,时序回采电路还用于对允许配电指示信号、安全状态指示信号、+BF配电状态指示、预留指示信号进行电气上的隔离与电平转换,处理成3.3V/0V的开入量传输到可编程逻辑器件CPLD中。
时序控制信号驱动电路包括2片驱动器SN74LVTH16245、1片数字隔离器ADuM6402CRWZ、8片四通道光MOS继电器JGC-302X及相关外围电路;时序输出电路包括32片固体继电器2DHMK40、2片隔离驱动模块MDO510、4片MOSFET管IRLS3036-7PPbF及相关外围电路;时序回采电路采用9片四通道光耦GH281-4实现。
为保证测试安全性,在时序供电母线和控制供电母线上分别加一级管制电路,该管制电路与时序输出电路的电路结构相同。
姿控系统在姿控信号输出、舵控信号输出和点火时序输出、时序供电电源、姿控供电电源上都配置了相应的回采电路,通过软件上的配合可实现对所有输出信号的实时监控、监控记录保存及传输到上位机。
模拟隔离电路用于采集温度、压力、推力等模拟量信号,对上述模拟量信号进行电气隔离、运放调理后传输至STM32芯片;模拟隔离电路包括8片运放ISO124U、1片温度测量芯片LTC2986HLX、1片数字隔离器ADuM7642及相关外围电路,模拟隔离电路中预留有传感器和其它AD采集接口,可根据应用需求扩展模拟量信号的采集种类,提高测控系统的通用性;
开关量采集模块用于采集姿控系统的开关量输入数据并进行隔离后传输至可编程逻辑器件CPLD;开关量采集模块采用光电耦合器MOCD213-M(D213)实现。
通讯模块提供2路RS-422通讯电路和1路以太网电路,1路RS-422电路用于上位机通讯,1路RS-422接口用于遥测通讯;一路1路以太网电路接口用于与上位机通讯。通讯模块包括2片422/485转换器ADM2682EBRIZ、1片PHY芯片LAN8710Ai-EZK、瞬态抑制二极管PSM712、1片晶振ZA50及相关外围电路;两路RS-422通讯接口和一路can接口通过连接相应的长电缆与上位机相连,可通过上位机在300m以外的距离对姿控测控系统进行通电、测控、数据上传等操作的远端控制,满足实际试验时人员必须撤离试验现场、又对试验全过程实现实时监控控制的要求。
通讯模块还包括CAN总线收发电路和1553B控制电路,CAN总线收发电路通过数字隔离电路与STM32芯片的CAN接口相连;通过CAN总线收发电路实现与姿控系统之间的CAN数据转换与传输;1553B控制电路与可编程逻辑器件CPLD上的1553B接口相连,用于实现与姿控系统之间的1553B数据转换与传输。
进一步的,该姿控测控系统还包括显示电路,STM32芯片通过该显示电路与串口显示屏相连,提供人机交互界面,增加人机交互的便捷性。
进一步的,该姿控测控系统还包括热电偶采集模块,该热电偶采集模块用于采集姿控系统关键部件的温度信号并隔离传输至STM32芯片;通过STM32芯片实现对姿控系统温度的实时监控。热电偶采集模块包括热电偶采集电路和热电偶控制信号隔离电路,热电偶采集电路用于采集姿控系统的温度信号,该温度信号经热电偶控制信号隔离电路输送至STM32芯片。
进一步的,该姿控测控系统还包括与STM32芯片相连的LED状态指示电路,当姿控系统的关键回采信号或供电电源出现异常时,STM32芯片发出异常信号给LED状态指示电路,LED状态指示电路根据该异常信号控制LED灯点亮,提示测试人员姿控系统状态异常。
进一步的,该姿控测控系统还包括上位机,STM32芯片通过RS-422通讯接口和以太网电路接口与上位机进行通信;姿控测控系统在软件上采用了上位机软件/下位机软件并行的方式,既可让人员在近处对姿控测控系统进行操作,包括烧写程序、调试、实时测控等;也可使用上位机软件与下位机软件配合,通过上位机实现测控试验的远端实时监控和控制,同时通过422通讯电缆可对测控系统的下位机软件进行远程烧写,满足试验过程中更改软件的相关要求。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种姿控测控系统,其特征在于,包括主控模块、逻辑处理模块、时序模块、姿控模块和舵机控制模块;
所述主控模块用于发出时序控制信号给时序模块,发出舵机控制信号和姿控信号给逻辑处理模块;并用于接收时序回采信号、舵控反馈信号、电磁阀状态回采信号、模拟量信号、开关量信号并进行解析处理,实现对姿控系统的输出控制和状态监测;
所述逻辑处理模块通过FSMC总线与主控模块进行通信,用于对主控模块发出的舵机控制信号和姿控信号进行编码处理;并用于对舵机控制模块反馈的舵控反馈信号、姿控模块反馈的电磁阀状态回采信号、时序模块反馈的时序回采信号进行译码后发送至主控模块;
所述时序模块用于在所述时序控制信号的控制下输出若干路点火控制时序信号至姿控系统,并对所述点火控制时序信号进行回采,得到时序回采信号;
所述舵机控制模块用于根据逻辑处理模块输出的舵机控制信号输出若干路舵控模拟量信号至姿控系统;并采集姿控系统的舵控反馈模拟量信号并对其进行隔离和模数转换处理,得到舵控反馈信号;
所述姿控模块用于对逻辑处理模块输出的姿控信号进行隔离与电平转换处理,根据处理后的姿控信号输出若干路电磁阀控制信号至姿控系统;并用于对所述电磁阀控制信号进行隔离和电平转换处理,得到电磁阀状态回采信号。
2.如权利要求1所述的姿控测控系统,其特征在于,还包括模拟量隔离模块、开关量采集模块和通讯模块;
所述模拟量隔离模块用于采集姿控系统的模拟量信号并对所述模拟量信号进行电气隔离、运放调理后传输至主控模块;
所述开关量采集模块用于采集姿控系统的开关量信号并进行隔离后传输至逻辑处理模块;
所述通讯模块包括RS-422通讯电路、以太网电路、CAN总线收发电路和1553B控制电路;所述CAN总线收发电路通过数字隔离电路与主控模块的CAN接口相连;所述1553B控制电路与逻辑处理模块的1553B接口相连。
3.如权利要求1或2所述的姿控测控系统,其特征在于,还包括用于为系统供电的电源模块,所述电源模块包括供电电路、隔离电源和电流传感器;
所述供电电路的输入端与外部控制电源相连,用于将28V控制供电传输至隔离电源;所述隔离电源将28V控制供电转换为+5V、+12V和±15V电压输出至模拟量隔离模块,经模拟量隔离模块隔离后输送至主控模块;
所述电流传感器的输入端与外部功率电源相连,用于将28V功率电源转换为功率电输出至逻辑处理模块、姿控模块、舵机控制模块、时序模块。
4.如权利要求3所述的姿控测控系统,其特征在于,还包括显示电路,主控模块通过所述显示电路与串口显示屏相连,提供人机交互界面。
5.如权利要求1或4所述的姿控测控系统,其特征在于,还包括与主控模块相连的LED状态指示电路,所述LED状态指示电路用于根据主控模块发出的异常信号控制LED灯点亮。
6.如权利要求2所述的姿控测控系统,其特征在于,还包括上位机,所述上位机通过RS-422通讯接口和以太网接口与主控模块通信,实现对姿控系统的远程控制。
7.如权利要求6所述的姿控测控系统,其特征在于,所述主控模块包括STM32芯片,以及与所述STM32芯片相连的存储电路、复位电路和时钟电路;所述存储电路包括多片8位并行磁阻存储芯片MR4A08B。
8.如权利要求1所述的姿控测控系统,其特征在于,所述时序模块包括时序控制信号驱动电路、时序输出电路和时序回采电路;
所述时序控制信号驱动电路用于对主控模块发出的时序控制信号进行隔离和转换处理,所述时序输出电路用于在时序控制信号的控制下进行若干路点火控制时序信号的输出及回采,并将得到的时序回采信号传输到时序回采电路;所述时序回采电路用于对所述时序回采信号进行电气隔离与电平转换,得到3.3V/0V的时序回采信号。
9.如权利要求1所述的姿控测控系统,其特征在于,所述舵机控制模块包括D/A模块和A/D采集模块;
所述D/A模块包括DA控制信号隔离电路和DA输出电路;所述DA控制信号隔离电路用于将逻辑处理模块发送的舵机控制信号隔离后传输至DA输出电路,所述DA输出电路将所述舵机控制信号转换为舵控模拟量信号并输出至姿控系统;
所述A/D采集模块包括AD采集电路和AD控制信号隔离电路;所述AD采集电路用于采集姿控系统的舵控反馈模拟量信号并将其转换为舵控反馈信号,所述舵控反馈信号经AD控制信号隔离电路隔离后传输给逻辑处理模块。
10.如权利要求1所述的姿控测控系统,其特征在于,所述姿控模块包括电磁阀控制信号驱动电路、电磁阀控制输出电路和电磁阀控制状态回采电路;
所述电磁阀控制信号驱动电路用于对逻辑处理模块输出的姿控信号进行隔离与电平转换处理,并驱动电磁阀控制输出电路根据处理后的姿控信号输出若干路电磁阀控制信号;所述电磁阀控制状态回采电路用于采集所述电磁阀控制信号并对其进行隔离和电平转换处理,得到电磁阀状态回采信号。
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