CN109672600A - 弹上单机互联系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹上单机互联系统，包括：多个单机和一组互联总线，每一个单机均单独连接在互联总线上，上述单机包括以下至少之一：GPS接收机、MEMS惯组、舵机、电池、电源储能板、战斗部、导引头；其中，多个单机中的任意两个单机，通过互联总线进行通讯，通讯信号的应用层有效带宽范围为0Mbps‑12Mbps。本发明解决了相关技术中弹上单机互联时需要复杂线缆连接的技术问题。

Description

弹上单机互联系统

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种弹上单机互联系统。

背景技术

现阶段弹类武器逐渐趋于小型化，而狭长形产品中弹载电子系统，单机互联普遍采用采用星形拓扑结构，图1为根据现有技术的星形拓扑结构结构图，如图1所示，系统中有错综复杂的线缆。而相关技术中，采用这种拓扑结构，在实际生产实践过程中暴露出了诸多问题，如弹上互联电缆设计复杂、笨重和可靠性差等问题。这些线缆不仅占用了大量的弹上空间，所占的重量比例也不可忽视。错综复杂的线缆给弹上单机的安装带来了极大的不便，且因线缆与单机连接的接插件数量庞大，给电子系统的可靠性带来许多潜在隐患。

同时，因电缆网故障导致的生产问题，占全部生产问题的60％以上，这还不包括电缆网生产过程中出现的质量问题。随着成本问题日益突出，弹类武器电子综合系统的星型拓扑结构已成为降低生产成本的最主要瓶颈之一。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种弹上单机互联系统，以至少解决相关技术中弹上单机互联时需要复杂线缆连接的技术问题。

本发明的技术解决方案是：一种弹上单机互联系统，包括：多个单机和一组互联总线，每一个单机均单独连接在所述互联总线上，所述单机包括以下至少之一：GPS接收机、MEMS惯组、舵机、电池、电源储能板、战斗部、导引头；其中，所述多个单机中的任意两个单机，通过所述互联总线进行通讯，所述通讯信号的应用层有效带宽范围为0Mbps-12Mbps。

可选的，所述互联总线包括：多个接插件模块和多个短接模块，其中，每一个单机上均连接至少两个接插件模块，所述接插件模块用于传输不同单机之间的通讯信号；所述短接模块通过所述接插件模块与所述单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输所述互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

可选的，所述互联总线包括：两端为接插件模块的线缆和短接模块，其中，每一个单机上均通过所述接插件模块连接至少一个线缆，所述线缆用于传输不同单机之间的通讯信号；所述短接模块通过所述接插件模块与所述单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输所述互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

可选的，所述互联总线为在RS-422串行通信总线标准下的通信线组，所述通信线组由两根信号接收线、两根信号发送线和一根参考地线构成。

可选的，所述互联总线为在控制器局域网络CAN通信总线标准下的通信线组，所述通信线组由一根信号接收线、一根信号发送线构成。

可选的，所述多个单机中的任意两个单机，通过所述互联总线进行通讯，包括：第一单机向第二单机发送数据时，所述第一单机先判定所述互联总线的状态，当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机根据预定通讯协议发送数据；所述第一单机接收来自所述第二单机发送的数据时，所述第一单机根据所述预定通讯协议判定接收帧，若所述接收帧的状态为指定第一单机接收状态，所述第一单机开始进行后续数据解包，否则进行数据丢弃处理；其中，所述第一单机和所述第二单机为所述多个单机中的任意两个单机。

可选的，所述接收帧中包括所述第二单机数据发送目标单机的ID。

可选的，所述第一单机向所述第二单机发送数据时，所述第一单机先判定所述互联总线的状态，当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机按照通讯协议发送数据，包括：通过总线状态监控电路获取所述互联总线状态指示电平；根据所述状态指示电平的大小，所述第一单机判断所述互联总线的状态；当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机按照通讯协议发送数据；当判定结果为所述互联总线繁忙时，则不向所述第二单机发送数据，并继续判定所述互联总线的状态，直至判定结果为所述互联总线空闲。

可选的，所述总线状态监控电路包括电容、电阻和三极管，通过总线状态监控电路获取所述互联总线状态指示电平，包括：所述电容和电阻通过处理所述互联总线中信号发送线的空闲电平或繁忙电平，得到判定电平；所述判定电平通过所述三极管放大后，发送给所述第一单机进行逻辑判断，得到所述状态指示电平。

可选的，所述电阻包括总线匹配电阻，所述总线匹配电阻大小为120欧姆，由两个60欧姆电阻串联构成。

本发明的弹上单机互联系统，通过采用菊花链式的单机连接方式，使弹内仅需要一组互联总线，即将每一个单机都单独连接在互联总线上，任意两个单机通过该互联总线就可以进行通讯，还能实现高达12Mbps的通讯信号应用层有效带宽。本发明有效降低了弹上的电缆复杂度，提高了单机互联可靠性；同时，也使弹上电缆更易于在制导炸弹尾舱内固定，不易发生移动和碰撞，从而整体提高了精确制导炸弹产品本身的可靠性。故本发明解决了弹上单机互联时需要复杂线缆连接的技术问题，实现弹上电子综合系统的简单高可靠连接，达到了降低弹类武器的生产和管理成本的技术效果。

附图说明

图1为根据现有技术的星形拓扑结构结构图；

图2是根据本发明实施例的弹上单机互联系统的示意图；

图3是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图一；

图4是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图一中接插件模块和短接模块的详细示意图；

图5是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图二；

图6是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图三；

图7是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图四；

图8是根据本发明实施例的互连总线时序关系与通信协议示意图；

图9是根据本发明实施例的互联总线状态监控电路的结构图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图描述本发明实施例。

根据本发明实施例，提供了一种弹上单机互联系统的系统实施例，图2是根据本发明实施例的弹上单机互联系统的示意图，如图2所示，该系统包括：单机1和互联总线2。

其中，单机1有多个，每一个单机1均单独连接在互联总线2上，单机1包括以下至少之一：全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机、微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)惯组、舵机、电池、电源储能板、战斗部、导引头。

进一步的，多个单机1中的任意两个单机1，都通过互联总线2进行通讯，通讯信号的应用层有效带宽范围为0Mbps-12Mbps。

本发明实施例的弹上单机互联系统，通过采用菊花链式的单机连接方式，使弹内仅需要一组互联总线，即将每一个单机都单独连接在互联总线上，任意两个单机通过该互联总线就可以进行通讯，还能实现高达12Mbps的通讯信号应用层有效带宽。本发明实施例可以有效降低弹上的电缆复杂度，提高单机互联可靠性；同时，也使弹上电缆更易于在制导炸弹尾舱内固定，不易发生移动和碰撞，从而整体提高了精确制导炸弹产品本身的可靠性。故本发明实施例解决了弹上单机互联时需要复杂线缆连接的技术问题，实现弹上电子综合系统的简单高可靠连接，达到了降低弹类武器的生产和管理成本的技术效果。

进一步的，菊花链式弹上单机互联方式还是集成化飞行控制系统设计思路的延续和完善。随着精确制导弹类武器向低成本小型化方向拓展，针对灵巧型产品如25Kg以下级精确制导炸弹，单机系统已经缩小为无数单板单元，成为集成化飞行控制系统；集成化飞行控制系统的设计思想是系统集成化、功能模块化和通讯总线化，其中通讯总线化可以是实现飞行控制系统具有良好扩展性的唯一手段。

可选的，互联总线2可以包括：多个接插件模块和多个短接模块，其中，每一个单机上均连接至少两个接插件模块，接插件模块用于传输不同单机之间的通讯信号；短接模块通过接插件模块与单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

该方式互联总线体积小，适合紧凑空间内的多单机连接，即将互联总线进行去线缆式的模块化处理，各单机通过两个接插件模块实现与上个单机和下个单机之间的连接，相互之间通过接插件模块传输通讯信号。同时，因为本发明实施例中的互联总线可以传输连在其上的任意单机间的通讯信号，故每个单机还通过接插件模块连接至少一个短接模块，用于在该单机不与其他单机进行通讯时，传输互联总线上的其他单机之间的通讯信号，即在该单机之外的两个单机进行通讯时，相关通讯信号路过该单机时直接通过上述短接模块进行传输，从而略过该单机，实现实现多个单机仅通过一组互联总线进行通讯时的信号顺畅流转。

根据上述模块化设计方式，可以极大的精简互联总线的体积，实现模块集成式连接。如在弹内需要增加数据链模块时，只需要按照归一化接口要求设计数据链模块，加入到弹内单机互联系统中就可以，其他单元不需要进行重复性设计。图3是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图一，如图3所示，弹内飞行控制系统中的互联总线通过去线缆式的模块化设计，其中的多个单机分别为惯性单元、导航单元、数据链路单元、计算控制单元、功率放大单元、舵机控制单元。其中，惯性单元陀螺仪和加速度计用于测量姿态，导航单元根据惯性单元的数据进行导航解算，数据链路单元用于弹间组网和地面遥测，计算控制单元作为弹上通用计算平台，功率放大和舵机控制一同实现弹上大功率设备的工作和管理。图4是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图一中接插件模块和短接模块的详细示意图，如图3和图4所示，在系统模块之间自上而下连有多个接插件模块，各接插件模块与系统模块之中的单机相连，且在每相邻的两个接插件模块之间通过在印制电路板PCB(Printed Circuit Board)上附铜式导线形成短接模块，其中，接插件模块用于传输不同单机之间的通讯信号；短接模块通过接插件模块与单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输互联总线上的其他单机之间的通讯信号。采用这种结构的集成化飞行控制系统，能满足空间和体积要求，实现了精确制导武器小型化和低成本的发展要求。

可选的，互联总线2也可以包括：两端为接插件模块的线缆和短接模块，其中，每一个单机上均通过接插件模块连接至少一个线缆，线缆用于传输不同单机之间的通讯信号；短接模块通过接插件模块与单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

该方式互联总线适合距离较远的多单机连接，各单机通过包含接插件模块的线缆实现与上个单机和下个单机之间的连接，相互之间通过接插件模块和线缆传输通讯信号。同时，因为本发明实施例中的互联总线可以传输连在其上的任意单机间的通讯信号，故每个单机也需要通过接插件模块连接至少一个短接模块，用于在该单机不与其他单机进行通讯时，传输互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

根据上述模块化设计方式，可以扩展本发明实施例的应用场景，实现弹内多空间内距离较远的单机连接。图5是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图二，如图5所示，其中展示的两个单机为计算控制单元与功率放大单元。其中，两个系统模块之间通过接插件模块相连，每两个接插件模块之间为短接模块，每个系统模块中的单机与短接模块和接插件模块相连接，进而可以使连接在互联总线上的多个单机之间可以传输通讯信号。每一个单机均有结合弹舱独立设计的结构与外观，采用这种结构的集成化飞行控制系统配合弹上单机互联系统，既能满足已有系统的扩展需求，也顺应精确制导武器弹内连接一体化的发展要求。

进一步优选的，互联总线2为在RS-422串行通信总线标准下的通信线组，通信线组由两根信号接收线、两根信号发送线和一根参考地线构成。

因为航弹上的各个单机是以弹载控制器为核心的，所以适合“一主多从”的总线模式，而RS-422刚好符合，而且能实现全双工通讯，最大速度可达12Mbps，故可以良好的满足航弹上设备通讯的实时性要求。而相关技术中常用的1553B、CAN等总线因为成本和通讯速度的问题，都不太适用。

图6是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图三，如图6所示，该弹上单机互联系统为RS422主从式总线结构，各个单机都有统一的接口芯片。计算机控制单机的发送端连接各个从机单机的接收端，各个从机单机的发送端连接主机的接收端，同时，还有一根参考地线GND(Ground)用于连接地。

进一步可选的，互联总线也可以为在控制器局域网络CAN(Controller AreaNetwork)通信总线标准下的通信线组，通信线组由一根信号接收线、一根信号发送线构成。

图7是根据本发明优选实施例的弹上单机互联系统的示意图四，如图7所示，通信线组由一根信号接收线、一根信号发送线构成。

优选的，多个单机1中的任意两个单机，通过互联总线进行通讯的过程，可以包括：

第一单机向第二单机发送数据时，第一单机先判定互联总线的状态，当判定结果为互联总线空闲时，向第二单机根据预定通讯协议发送数据；

第一单机接收来自第二单机发送的数据时，第一单机根据预定通讯协议判定接收帧，若接收帧的状态为指定第一单机接收状态，第一单机开始进行后续数据解包，否则进行数据丢弃处理；

其中，第一单机和第二单机为多个单机中的任意两个单机，接收帧中包括第二单机数据发送目标单机的身份识别号ID。

以弹内飞行控制系统为例，弹内各单机接受供电后，各分机单机接收使能，发送禁止，等待接收互联总线内数据；计算机控制单机发送和接收均处于使能状态。

计算机控制单机向互联总线发送“AA CC Xn ED”,其中，“AA和ED”分别是帧头和帧尾，“CC”表示发送唤醒功能，“Xn”表示被唤醒单机号；进一步的，各分机单机接收并解析指令“AA CC Xn ED”，若“XX”与某分机单机ID一致，则按照一定时序关系向计算机单元回传数据帧“AA BB Xn…ED”，其中，“AA和ED”分别是帧头和帧尾，“BB”表示单机或单元数据回传响应，“Xn”表示回传单机或单元ID，“…”表示回传数据，分机单机向互联总线发送完数据后，发送立即禁止；再进一步的，计算机控制单机接收并解析指令“AA BB Xn…ED”，然后依据任务需求仍采用点名方式发送“AA BB Xn+1ED”指令，唤醒下一个分机单机，并等待响应数据回传。

图8是根据本发明实施例的互连总线时序关系与通信协议示意图，如图8所示，各分机单机分时占用互联总线，整个时序由计算机控制单机控制，循环点名间隙弹载控制器可以发送数据记录帧“AA DD…ED”，数据记录帧数据记录在弹载数据记录仪或通过遥测装置下发到地面设备。需要说明的是，上述协议仅是整个通讯过程的基本框架，实际应用还需增加容错机制，确定严格的时序关系。其中可选的，上述协议可以采用16进制数据。

仿真实验中，以某型号实际传输数据量为参考，采用10Mbps进行测试，采用本发明实施例中飞行控制系统中这种一主多从循环点名的串行互联总线，计算单元完成1轮循环点名用时不超过2ms，完全满足精确制导弹类武器数据传输实时性要求。

为了保证在本发明实施例中的互联总线不冲突的前提下提高总线利用率，优选的，第一单机向第二单机发送数据时，第一单机先判定互联总线的状态，当判定结果为互联总线空闲时，向第二单机按照通讯协议发送数据，可以包括：通过总线状态监控电路获取互联总线状态指示电平；根据状态指示电平的大小，第一单机判断互联总线的状态；当判定结果为互联总线空闲时，向第二单机按照通讯协议发送数据；当判定结果为互联总线繁忙时，则不向第二单机发送数据，并继续判定互联总线的状态，直至判定结果为互联总线空闲。

其中，上述总线状态监控电路可以包括电容、电阻和三极管。

上述通过总线状态监控电路获取互联总线状态指示电平，可以包括：电容和电阻通过处理互联总线中信号发送线的空闲电平或繁忙电平，得到判定电平；判定电平通过三极管放大后，发送给第一单机进行逻辑判断，得到状态指示电平。

即结合RS422接口芯片电平特点，该总线状态监控电路可以实时监控总线状态，避免了通过软件来实现互联总线状态判断的复杂方法。图9是根据本发明实施例的互联总线状态监控电路的结构图，如图9所示，当互联总线被占用时，无论差分电平高低，两个差分信号的中点电压是稳定的，处于两个信号电压差的一半，此电压可驱动三极管Q1输出低电平，表示互联总线被占用，此时第一单机不可发送数据到互联总线，而互联总线被释放时，中点电压失去驱动三极管Q1的能力，则输出高电平，表示互联总线空闲，则第一单机可以向互联总线发送数据。

为实现较好的监控效果，上述总线状态监控电路中电阻可以包括总线匹配电阻，其中，总线匹配电阻大小为120欧姆，由两个60欧姆电阻串联构成。通过此设置方式，可以通过采样两个60欧姆电阻互联处的电平信息，进而结合总线监测电路判断总线状态。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种弹上单机互联系统，其特征在于，包括：多个单机和一组互联总线，每一个单机均单独连接在所述互联总线上，所述单机包括以下至少之一：GPS接收机、MEMS惯组、舵机、电池、电源储能板、战斗部、导引头；

其中，所述多个单机中的任意两个单机，通过所述互联总线进行通讯，所述通讯信号的应用层有效带宽范围为0Mbps-12Mbps。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述互联总线包括：多个接插件模块和多个短接模块，其中，

每一个单机上均连接至少两个接插件模块，所述接插件模块用于传输不同单机之间的通讯信号；所述短接模块通过所述接插件模块与所述单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输所述互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述互联总线包括：两端为接插件模块的线缆和短接模块，其中，

每一个单机上均通过所述接插件模块连接至少一个线缆，所述线缆用于传输不同单机之间的通讯信号；所述短接模块通过所述接插件模块与所述单机连接，用于在与其连接的单机不进行对外通讯时，传输所述互联总线上的其他单机之间的通讯信号。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述互联总线为在RS-422串行通信总线标准下的通信线组，所述通信线组由两根信号接收线、两根信号发送线和一根参考地线构成。

5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述互联总线为在控制器局域网络CAN通信总线标准下的通信线组，所述通信线组由一根信号接收线、一根信号发送线构成。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个单机中的任意两个单机，通过所述互联总线进行通讯，包括：

第一单机向第二单机发送数据时，所述第一单机先判定所述互联总线的状态，当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机根据预定通讯协议发送数据；

所述第一单机接收来自所述第二单机发送的数据时，所述第一单机根据所述预定通讯协议判定接收帧，若所述接收帧的状态为指定第一单机接收状态，所述第一单机开始进行后续数据解包，否则进行数据丢弃处理；

其中，所述第一单机和所述第二单机为所述多个单机中的任意两个单机。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述接收帧中包括所述第二单机数据发送目标单机的ID。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一单机向所述第二单机发送数据时，所述第一单机先判定所述互联总线的状态，当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机按照通讯协议发送数据，包括：

通过总线状态监控电路获取所述互联总线状态指示电平；

根据所述状态指示电平的大小，所述第一单机判断所述互联总线的状态；

当判定结果为所述互联总线空闲时，向所述第二单机按照通讯协议发送数据；

当判定结果为所述互联总线繁忙时，则不向所述第二单机发送数据，并继续判定所述互联总线的状态，直至判定结果为所述互联总线空闲。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述总线状态监控电路包括电容、电阻和三极管，

通过总线状态监控电路获取所述互联总线状态指示电平，包括：

所述电容和电阻通过处理所述互联总线中信号发送线的空闲电平或繁忙电平，得到判定电平；所述判定电平通过所述三极管放大后，发送给所述第一单机进行逻辑判断，得到所述状态指示电平。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电阻包括总线匹配电阻，所述总线匹配电阻大小为120欧姆，由两个60欧姆电阻串联构成。