CN109557955B - 一种捷联惯导设备的温度控制装置及温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种捷联惯导设备的温度控制装置，所述捷联惯导设备包括陀螺仪及与分别与陀螺仪电连接的加热电源和热敏电阻，所述加热电源用于加热所述陀螺仪，所述温度控制装置包括隔离电路、A/D采样模块、处理模块、控制电路及继电器。本发明还公开了使用所述捷联惯导设备的温度控制装置进行捷联惯导设备的温度控制的方法。采用本发明公开的技术方案，能够实现在温控程控板的电桥电路或者脉宽调制电路出现问题时，避免加热电源持续对陀螺仪进行加热，从而避免陀螺仪的损坏。

Description

一种捷联惯导设备的温度控制装置及温度控制方法

技术领域

本发明涉及船用惯性导航技术领域，尤其涉及一种捷联惯导设备的温度控制装置及温度控制方法。

背景技术

捷联惯导设备是惯性导航系统的一种应用形式，实时为舰艇提供姿态角、角速度、线速度等信息。捷联惯导设备主要由3只陀螺仪、3只加速度计、温控程控板、力反馈板、加热电源和控制箱等部分组件组成。陀螺仪为设备核心器件，它的好坏对整个捷联惯导设备的正常工作起到至关重要的作用。

加热电源的功能是对陀螺仪进行加热；温控程控板的功能是对陀螺仪进行温度控制，保证陀螺仪在稳定的温度下运行，从而保证设备精度。陀螺仪里面安装有热敏电阻，随着温度的升高，热敏电阻阻值变大，通过导线引入热敏电阻到温控程控板中，组成电桥采样电路。热敏电压值变化后，打破电桥平衡，产生电压的翻转。根据翻转电压，脉宽调制电路调节输出脉冲宽度，即调节输出给陀螺仪的电压的宽度，陀螺仪温度越高，高电平的占空比越小，当温度达到陀螺仪正常工作温度时，高电平的占空比很小，使陀螺仪保持在正常工作的温度值，以此达到控温目的。

但是，当温控程控板的电桥电路或者脉宽调制电路出现问题时，输出的控温电压的宽度高电平的占空比一直很大，将持续对陀螺仪加温，最后导致陀螺仪高温损坏，设备无法正常工作。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何避免温控程控板的电桥电路或者脉宽调制电路出现问题时，陀螺仪因高温而损坏。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种捷联惯导设备的温度控制装置，所述捷联惯导设备包括陀螺仪及与分别与陀螺仪电连接的加热电源和热敏电阻，所述加热电源用于加热所述陀螺仪，所述温度控制装置包括隔离电路、A/D采样模块、处理模块、控制电路及继电器，其中：

所述隔离电路用于采集捷联惯导设备的热敏电阻的两端电压值，隔离电路的输出端与A/D采样模块的输入端电连接；

A/D采样模块的输出端与处理模块的输入端电连接；

处理模块的输出端与控制电路的输入端电连接；

控制电路的输出端与继电器的控制端电连接；

当继电器吸合时，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

优选地，所述隔离电路包括放大器电压跟随电路，所述放大器电压跟随电路包括电压跟随器。

优选地，所述温度控制装置还包括报警装置，当继电器吸合时，加热电源与报警装置连通。

一种捷联惯导设备的温度控制方法，所述捷联惯导设备的温度控制方法采用上述的捷联惯导设备的温度控制装置实现，所述捷联惯导设备的温度控制方法包括如下步骤：

S1、隔离电路采集热敏电阻的模拟电压值信号，执行S2；

S2、A/D采样模块将所述模拟电压值转换为数字电压值信号，执行S3；

S3、处理模块基于数字电压值信号获取热敏电阻当前电压值，并将热敏电阻当前电压值与预设电压阈值进行比较，执行S4；

S4、有且仅有陀螺仪的温度大于工作温度时，热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值；当热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，处理模块向控制电路发出控制信号，并执行S5；当热敏电阻当前电压值不满足预设电压阈值时，返回步骤S1；

S5、控制电路控制继电器吸合，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

优选地，所述隔离电路包括放大器电压跟随电路，所述放大器电压跟随电路包括电压跟随器。

优选地，所述温度控制装置还包括报警装置，当继电器吸合时，加热电源与报警装置连通；

所述捷联惯导设备的温度控制方法还包括：

当控制电路控制继电器吸合时，报警装置开始报警。

优选地，S5之后还包括如下步骤：

S6、当继电器吸合预设时间后，处理模块向控制电路发出停止信号；

S7、控制电路控制继电器停止工作，加热电源与陀螺仪连通，返回执行S1。

优选地，所述温度控制装置还包括报警装置，报警装置与处理模块电连接；

当继电器首次吸合后，处理模块向报警装置发送报警信号控制报警装置报警。

综上所述，本发明公开了一种捷联惯导设备的温度控制装置，所述捷联惯导设备包括陀螺仪及与分别与陀螺仪电连接的加热电源和热敏电阻，所述加热电源用于加热所述陀螺仪，所述温度控制装置包括隔离电路、A/D采样模块、处理模块、控制电路及继电器。本发明还公开了使用所述捷联惯导设备的温度控制装置进行捷联惯导设备的温度控制的方法。采用本发明公开的技术方案，能够实现在温控程控板的电桥电路或者脉宽调制电路出现问题时，避免加热电源持续对陀螺仪进行加热，从而避免陀螺仪的损坏。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明公开的一种捷联惯导设备的温度控制装置的一种具体实施方式的结构框图；

图2为本发明公开的捷联惯导设备的温度控制装置中隔离电路的一种具体实施方式的电路图；

图3为本发明公开的捷联惯导设备的温度控制装置中控制电路及继电器的一种具体实施方式的电路图；

图4为捷联惯导设备中热敏电阻电桥电路的一种具体实施方式的电路图；

图5为本发明公开的一种捷联惯导设备的温度控制方法的一种具体实施方式的流程图。

附图标记说明：陀螺仪1、加热电源2、热敏电阻3、隔离电路4、A/D采样模块5、处理模块6、控制电路7、继电器8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种捷联惯导设备的温度控制装置，所述捷联惯导设备包括陀螺仪及与分别与陀螺仪电连接的加热电源和热敏电阻，所述加热电源用于加热所述陀螺仪，所述温度控制装置包括隔离电路（如图2所示）、A/D采样模块、处理模块、控制电路及继电器（如图3所示），其中：

所述隔离电路用于采集捷联惯导设备的热敏电阻的两端电压值，隔离电路的输出端与A/D采样模块的输入端电连接；

A/D采样模块的输出端与处理模块的输入端电连接；

处理模块的输出端与控制电路的输入端电连接；

控制电路的输出端与继电器的控制端电连接；

当继电器吸合时，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

上述捷联惯导设备的温度控制装置的工作原理如下：

S1、隔离电路采集热敏电阻的模拟电压值信号，执行S2；

S2、A/D采样模块将所述模拟电压值转换为数字电压值信号，执行S3；

S3、处理模块基于数字电压值信号获取热敏电阻当前电压值，并将热敏电阻当前电压值与预设电压阈值进行比较，执行S4；

S4、有且仅有陀螺仪的温度大于工作温度时，热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值；当热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，处理模块向控制电路发出控制信号，并执行S5；当热敏电阻当前电压值不满足预设电压阈值时，返回步骤S1；

为了保证温控程控板正常时，整个捷联惯导设备能正常工作，因此，根据实际情况设置预设电压阈值，使有且仅有陀螺仪的温度大于工作温度时，热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值，即是，使陀螺仪出发继电器吸合的温度大于温控程控板正常工作时陀螺仪的温度。

S5、控制电路控制继电器吸合，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

在本发明中，可采用STM32芯片作为处理模块及A/D采样模块，STM32芯片包括有ADC模拟数字转换模块，将ADC模拟数字转换模块作为A/D采样模块。

采用本发明公开的技术方案，能够实现在温控程控板的电桥电路或者脉宽调制电路出现问题时，避免加热电源持续对陀螺仪进行加热，从而避免陀螺仪的损坏。

如图4所示，A13、A14接在一个陀螺仪的热敏电阻两端，A15接电源+15V，A17~A20接地。因此热敏电阻与R1、R2、R3构成电桥电路，随着陀螺仪温度升高，热敏电阻阻值越大，A14端电压越来越来小，在0～5V之间变化。因此对A14端电压值进行A/D采样，测量此电压值的大小，即可监控陀螺仪的温度值。当A14端电压达到满足预设电压阈值时，断开加热电源与陀螺仪之间的连接，停止对陀螺仪加热。

具体实施时，所述隔离电路包括放大器电压跟随电路，所述放大器电压跟随电路包括电压跟随器。

如图2所示，热敏电阻和A/D采样模块间设计了隔离电路，隔离电路采用放大器电压跟随电路，因为电压跟随器输入阻抗高，输出阻抗低的特性，即不对热敏电阻电桥电路产生影响，也很好的隔离了前后级电路。

A5端与A14端是同一个信号，接陀螺的热敏电阻。因A5端电压值在0～5V之间变化，但STM32芯片只能对3.3V以下电压值进行采样，因此可采用两种方式解决：1. 图2中A10端2、3连接，用电阻分压后才送给STM32芯片，分压后电压在0～2.5V之间；2. 图2中A10端1、2连接，采用3.3V的稳压二极管，限制送给使STM32芯片的电压在3.3V以下。A6、A7接地。具体实施时，选择一种方式即可。A8接另外一个陀螺的热敏电阻，原理电路图与A5完全一致。

如图3所示，MC1413是反向驱动器，输出电压根据ACC端加的电压值，最大50V，最大电流为500Ma，能够驱动后一级的继电器。当STM32芯片热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，A1信号置高，DQ01端输出低电平。继电器吸合，加热电源（28V电源）与陀螺仪之间的电连接断开。

具体实施时，所述温度控制装置还包括报警装置，当继电器吸合时，加热电源与报警装置连通。

如图3所示，MC1413是反向驱动器，输出电压根据ACC端加的电压值，最大50V,最大电流为500Ma，能够驱动后一级的继电器。A1、A2分别接在STM32芯片的控制引脚上，当STM32芯片热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，A1信号置高，DQ01端输出低电平。A14端接MC1413的输出引脚，此时继电器吸合，加热电源（28V电源）与陀螺仪之间的电连接断开，加热电源与报警装置(LED)导通，从而提示工作人员温控程控板损坏，从而使工作人员及时对温控程控板进行维修。

如图5所示，本发明还公开了一种捷联惯导设备的温度控制方法，所述捷联惯导设备的温度控制方法采用上述的捷联惯导设备的温度控制装置实现，所述捷联惯导设备的温度控制方法包括如下步骤：

S1、隔离电路采集热敏电阻的模拟电压值信号，执行S2；

S2、A/D采样模块将所述模拟电压值转换为数字电压值信号，执行S3；

S3、处理模块基于数字电压值信号获取热敏电阻当前电压值，并将热敏电阻当前电压值与预设电压阈值进行比较，执行S4；

S4、有且仅有陀螺仪的温度大于工作温度时，热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值；当热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，处理模块向控制电路发出控制信号，并执行S5；当热敏电阻当前电压值不满足预设电压阈值时，返回步骤S1；

S5、控制电路控制继电器吸合，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

具体实施时，所述隔离电路包括放大器电压跟随电路，所述放大器电压跟随电路包括电压跟随器。

具体实施时，所述温度控制装置还包括报警装置，当继电器吸合时，加热电源与报警装置连通；

所述捷联惯导设备的温度控制方法还包括：

当控制电路控制继电器吸合时，报警装置开始报警。

具体实施时，S5之后还包括如下步骤：

S6、当继电器吸合预设时间后，处理模块向控制电路发出停止信号；

S7、控制电路控制继电器停止工作，加热电源与陀螺仪连通，返回执行S1。

这样，控制电路及继电器可暂时代替温控程控板，可使陀螺仪维持在一定的温度区间内，使温控程控板故障后，工作人员对温控程控板进行维修之前，捷联惯导设备可以继续工作，保证了舰艇能够正常工作。

具体实施时，所述温度控制装置还包括报警装置，报警装置与处理模块电连接；

当继电器首次吸合后，处理模块向报警装置发送报警信号控制报警装置报警。

若需要使用控制电路及继电器可暂时代替温控程控板，则报警装置直接与处理模块电连接，提示工作人员及时维修温控程控板。

在本发明中，可采用STM32F407芯片进行编程，主要使用ADC和DMA方式进行信号采集处理及存储传输。

ADC模块配置采用规则组，只需配置通道数和转换顺序即可，相应通道芯片硬件已经确定，需要几个通道配置几个通道即可。

数据转换：电压值=(采样值/4096)*3.3（V）。（ADC模块为12位采样，2¹²=4096）

再根据电压值，推算温度值。（根据不同型号热敏电阻和电压值的比例关系不一样）。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种捷联惯导设备的温度控制方法，其特征在于，所述捷联惯导设备的温度控制方法采用捷联惯导设备的温度控制装置实现，所述捷联惯导设备包括陀螺仪及与分别与陀螺仪电连接的加热电源和热敏电阻，所述加热电源用于加热所述陀螺仪，所述温度控制装置包括隔离电路、A/D采样模块、处理模块、控制电路及继电器，其中，所述隔离电路用于采集捷联惯导设备的热敏电阻的两端电压值，隔离电路的输出端与A/D采样模块的输入端电连接；A/D采样模块的输出端与处理模块的输入端电连接；处理模块的输出端与控制电路的输入端电连接；控制电路的输出端与继电器的控制端电连接；当继电器吸合时，加热电源与陀螺仪之间的连接断开；所述捷联惯导设备的温度控制方法包括如下步骤：

S1、隔离电路采集热敏电阻的模拟电压值信号，执行S2；

S2、A/D采样模块将所述模拟电压值转换为数字电压值信号，执行S3；

S3、处理模块基于数字电压值信号获取热敏电阻当前电压值，并将热敏电阻当前电压值与预设电压阈值进行比较，执行S4；

S4、有且仅有陀螺仪的温度大于工作温度时，热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值；当热敏电阻当前电压值满足预设电压阈值时，处理模块向控制电路发出控制信号，并执行S5；当热敏电阻当前电压值不满足预设电压阈值时，返回步骤S1；

S5、控制电路控制继电器吸合，加热电源与陀螺仪之间的连接断开。

2.如权利要求1所述的捷联惯导设备的温度控制方法，其特征在于，所述隔离电路包括放大器电压跟随电路，所述放大器电压跟随电路包括电压跟随器。

3.如权利要求1所述的捷联惯导设备的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制装置还包括报警装置，当继电器吸合时，加热电源与报警装置连通；

所述捷联惯导设备的温度控制方法还包括：

当控制电路控制继电器吸合时，报警装置开始报警。

4.如权利要求1所述的捷联惯导设备的温度控制方法，其特征在于，S5之后还包括如下步骤：

S6、当继电器吸合预设时间后，处理模块向控制电路发出停止信号；

S7、控制电路控制继电器停止工作，加热电源与陀螺仪连通，返回执行S1。

5.如权利要求4所述的捷联惯导设备的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制装置还包括报警装置，报警装置与处理模块电连接；

当继电器首次吸合后，处理模块向报警装置发送报警信号控制报警装置报警。

Images