CN110535830A - 用于火箭发动机试验系统的通信方法 - Google Patents

Abstract

为解决采用开发平台已有的通讯协议进行工业远程控制而导致的火箭发动机试验的成本较高，不便于火箭发动机系统后续维护、功能扩展的技术问题，本发明提供了一种用于火箭发动机试验系统的通信方法，基于UDP通信协议，结合现有液体火箭发动机试验控制系统的特点，设计了相应的数据解析规则，摆脱对于进口控制设备或实时操作系统的依赖，降低了航空、航天发动机试验成本，同时也降低了后期系统维护以及功能扩展难度，整个通讯协议和数据规则简单可行，通俗易懂，便于使用与开发；采用IP地址、数据头进行绑定校验，若IP地址和数据头同时与下位机匹配，下位机才开始解析接收数据包，否则下位机不进行任何操作，可确保下位机接收到自己的数据，可靠性高。

Description

用于火箭发动机试验系统的通信方法

技术领域

本发明涉及一种用于火箭发动机试验系统的通信方法。

背景技术

在工业控制技术领域中，通讯协议被广泛应用于数据传输过程中，通讯协议定义了控制器能够识别和使用的信息结构，通过使用通讯协议，电子设备之间或经由网络和其他设备可以通信，而不关心它们是具体经过何种网络进行通讯。

目前国内在航空、航天发动机试验控制领域，大多数开发者和使用者会选用进口控制设备或实时操作系统作为开发平台，使用平台已有的通讯协议进行工业远程控制，这样虽然可以提高开发的效率，但是试验成本较高，而且给系统后续的维护、功能扩展、集成带来了一定的困难。因此，针对火箭发动机试验的特点，开发一种用于火箭发动机试验系统的通信方法进行火箭发动机试验数据的传输是目前急需解决的问题。

发明内容

为解决采用开发平台已有的通讯协议进行工业远程控制而导致的火箭发动机试验的成本较高，不便于火箭发动机系统后续的维护、功能扩展的技术问题，本发明提供了一种用于火箭发动机试验系统的通信方法。

本发明的技术方案是：

用于火箭发动机试验系统的通信方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)上位机接收外部输入的单元测试参数、加热器时序和发动机时序；

2)上位机进行时序校验，检查加热器时序和发动机时序的数据格式是否符合UDP通讯协议要求；若符合要求，则

将IP地址、数据头、单元测试参数和加热器时序依次打包，得到第一下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和发动机时序依次打包，得到第二下行数据包，进入步骤3)；

否则，上位机显示时序错误提示，返回步骤1)；

所述IP地址与下位机一一对应；所述下位机包括加热器下位机和发动机下位机；

3)上位机发送第一下行数据包和第二下行数据包；

4)加热器下位机根据UDP通讯协议接收所述第一下行数据包，发动机下位机根据UDP通讯协议接收所述第二下行数据包；

5)下位机接收所述第一下行数据包和第二下行数据包：

加热器下位机根据说明书表1所示规则解析所述第一下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与加热器下位机匹配，则加热器下位机开始接收所述第一下行数据包；

发动机下位机根据说明书表2所示规则解析所述第二下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与发动机下位机匹配，则发动机下位机开始接收所述第二下行数据包；

第一下行数据包和第二下行数据包接收完成后，进入步骤6)；否则，加热器下位机和/或发动机下位机显示错误提示，返回步骤1)；

6)上位机向加热器下位机发送第一启动指令；

7)加热器下位机接收第一启动指令，根据所述第一下行数据包中的单元测试参数和加热器时序控制加热器工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

8)加热器工作设定时间后，加热器下位机通过硬件IO向发动机下位机发送第二启动指令；

9)发动机下位机接收第二启动指令，根据所述第二下行数据包中的单元测试参数和发动机时序控制发动机工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态。

本发明还提供了另一种用于火箭发动机试验系统的通信方法，其特殊之处在于，

1)上位机接收外部输入的单元测试参数、闭环参数、加热器时序和发动机时序；

2)上位机进行时序校验，检查加热器时序和发动机时序的数据格式是否符合UDP通讯协议要求；若符合要求，则

将IP地址、数据头、单元测试参数和加热器时序依次打包，得到第一下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和发动机时序依次打包，得到第二下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和闭环参数依次打包，得到第三下行数据包，

将IP地址、数据头和单元测试参数依次打包，得到第四下行数据包，

进入步骤3)；

否则，上位机显示时序错误提示，返回步骤1)；

所述IP地址与下位机一一对应；所述下位机包括加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和辅助下位机；

3)上位机发送第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包；

4)加热器下位机根据UDP通讯协议接收所述第一下行数据包，发动机下位机根据UDP通讯协议接收所述第二下行数据包，闭环增压下位机根据UDP通讯协议接收所述第三下行数据包，辅助下位机根据UDP通讯协议接收所述第四下行数据包；

5)下位机接收所述第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包：

加热器下位机根据说明书表1所示规则解析所述第一下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与加热器下位机匹配，则加热器下位机开始接收所述第一下行数据包；

发动机下位机根据说明书表2所示规则解析所述第二下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与发动机下位机匹配，则发动机下位机开始接收所述第二下行数据包；

闭环增压下位机根据说明书表3所示规则解析所述第三下行数据包，若IP地址和数据头同时与闭环增压下位机匹配，则闭环下位机开始接收所述第三下行数据包；

辅助下位机根据说明书表4所示规则解析所述第四下行数据包，若IP地址和数据头同时与辅助下位机匹配，则辅助下位机开始接收所述第四下行数据包；

第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包全部接收完成后，进入步骤6)；

否则，加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和/或辅助下位机显示错误提示，返回步骤1)；

6)上位机向加热器下位机发送第一启动指令；

7)加热器下位机、闭环增压下位机和辅助下位机均接收第一启动指令，

加热器下位机根据所述第一下行数据包中的单元测试参数和加热器时序控制加热器工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

闭环增压下位机根据第三下行数据包中的闭环参数，进行推进剂贮箱压力的调节，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

辅助下位机根据第四下行数据包中的单元测试参数，控制相应阀门的启闭，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

8)加热器工作设定时间后，加热器下位机通过硬件IO向发动机下位机发送第二启动指令；

9)发动机下位机接收第二启动指令，根据所述第二下行数据包中的单元测试参数和发动机时序控制发动机工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、本发明基于UDP通信协议，结合现有液体火箭发动机试验控制系统的特点，设计了相应的数据解析规则，摆脱对于进口控制设备或实时操作系统的依赖，从而降低了航空、航天发动机试验成本，同时也降低了后期系统维护以及功能扩展难度，整个通讯协议和数据规则简单可行，通俗易懂，便于使用与开发。

2.本发明采用IP地址、数据头进行绑定校验，若IP地址和数据头同时与下位机匹配，下位机才开始解析接收数据包，否则下位机不进行任何操作，因此可以确保下位机接收到自己的数据，可靠性高。

3.本发明中上位机与下位机通过以太网进行通讯，上、下位机采用UDP通讯协议进行数据交换；与其它通讯协议相比，采用UDP通讯协议具有以下优点:首先，协议是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接；其次，协议没有阻塞控制；最重要的是，协议支持一对一、一对多、多对一和多对多交互通讯。

附图说明

图1是现有的液体火箭发动机试验控制系统上、下位机的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，现有的液体火箭发动机试验控制系统是通过上位机将用户设定的相关试验参数下发至闭环增压下位机、加热器下位机、发动机下位机和辅助下位机工作，进而再由闭环增压下位机根据试验参数进行推进剂贮箱压力的调节，由加热器下位机根据试验参数控制加热器工作，由发动机下位机根据试验参数控制发动机工作，由辅助下位机根据试验参数控制相应阀门的启闭。

为了降低火箭发动机试验成本，实现火箭发动机试验数据的传输，本发明基于UDP通讯协议自定义上位机和下位机的数据规则，实现上位机和下位机之间的通讯；通过网络交换机，将用户录入上位机的相关试验信息(闭环参数、单元测试参数、加热器时序和发动机时序)发送下去，下位机根据约定好的数据解析规则(包括数据头模块、单元测试参数模块、闭环参数模块、加热器时序模块和发动机时序模块；在每个模块中，含有不同的字段，其代表不同的含义)解析并接收相关试验信息并及时将自身运行状态和阀门状态发送给上位机，上位机根据约定好的数据解析规则(包括数据头、闭环参数反馈模块、阀门状态反馈模块；在每个模块中，含有不同的字段，其代表不同的含义)解析并接收上位机反馈的数据，从而实现液体火箭发动机试验的远超集散式控制，具体通信过程如下：

步骤1)上位机接收外部输入的单元测试参数、闭环参数、加热器时序和发动机时序；

步骤2)上位机进行时序格式校验，检查加热器时序和发动机时序的数据格式是否符合UDP通讯协议要求；若符合要求，则

将IP地址、数据头、单元测试参数和加热器时序依次打包，得到第一下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和发动机时序依次打包，得到第二下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和闭环参数依次打包，得到第三下行数据包，

将IP地址、数据头和单元测试参数依次打包，得到第四下行数据包，

进入步骤3)；

否则，上位机显示时序错误提示，返回步骤1)；

所述IP地址与下位机一一对应；所述下位机包括加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和辅助下位机；

所述数据头的自定义数据和下位机绑定；

步骤3)上位机发送第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包；

步骤4)加热器下位机根据UDP通讯协议接收所述第一下行数据包，发动机下位机根据UDP通讯协议接收所述第二下行数据包，闭环增压下位机根据UDP通讯协议接收所述第三下行数据包，辅助下位机根据UDP通讯协议接收所述第四下行数据包；

步骤5)下位机接收所述第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包：

加热器下位机根据表1所示规则解析所述第一下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与加热器下位机匹配，则加热器下位机开始接收所述第一下行数据包；

发动机下位机根据表2所示规则解析所述第二下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与发动机下位机匹配，则发动机下位机开始接收所述第二下行数据包；

闭环增压下位机根据表3所示规则解析所述第三下行数据包，若IP地址和数据头同时与闭环增压下位机匹配，则闭环下位机开始接收所述第三下行数据包；

辅助下位机根据表4所示规则解析所述第四下行数据包，若IP地址和数据头同时与辅助下位机匹配，则辅助下位机开始接收所述第四下行数据包；

第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包全部接收完成后，进入步骤6)；

否则，加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和/或辅助下位机仅显示错误提示，不进行任何操作，返回步骤1)；

步骤6)上位机向加热器下位机发送第一启动指令；

步骤7)加热器下位机、闭环增压下位机和辅助下位机均接收第一启动指令，

加热器下位机根据所述第一下行数据包中的单元测试参数和加热器时序控制加热器工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

闭环增压下位机根据第三下行数据包中的闭环参数，进行推进剂贮箱压力的调节，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

辅助下位机根据第四下行数据包中的单元测试参数，控制相应阀门的启闭，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

步骤8)加热器工作设定时间后，加热器下位机通过硬件IO向发动机下位机发送第二启动指令；

步骤9)发动机下位机接收第二启动指令，根据所述第二下行数据包中的单元测试参数和发动机时序控制发动机工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态。

表1第一下行(加热器下位机接收)数据包解析规则

表2第二下行(发动机下位机接收)数据包解析规则

表3第三下行(闭环增压下位机接收)数据包解析规则

表4第四下行(辅助下位机接收)数据包解析规则

表5加热器数据上传协议

表6闭环增压数据上传协议

表7辅助下位机数据上传协议

表8发动机下位机数据上传协议

上表1-8中：

数值0为默认值，表示该项在数据包里无效；自定义为用户输入值。

发动机运行总时长为：

[(Onn1+Off1)×C1+(Onn2+Off2)×C2]×C3。

下位机解析数据时，根据上表1-4中内容选取所需部分，通过对相应字段内容进行读取，首先可以确定数据包由哪一台下位机进行解析，然后确定某一步进行某个阀门的打开与关闭操作，并得出每一步维持时间。当停止、急停点字段为“0”时，代表运行正常时序，该时间点没有设置急停点，如果停止、急停字段大于“0”，则代表该时间点为急停点，时序运行进入急停时序。

在下位机运行过程中实时地将阀门的反馈状态和/或自身运行状态发送给上位机，上位机通过UPD协议通讯协议接收数据，根据上表5-8对收到的数据进行解析读取，将阀门状态反馈信息和下位机自身运行状态显示在上位机界面上，从而便于操作人员及时获取阀门真实状态。

最后需要说明的是，在一些特殊情况下，上位机不需要向闭环增压下位机和辅助下位机下发数据，此时可以省去上述步骤中与闭环增压下位机和辅助下位机相关的数据传输环节。

Claims (2)

1.用于火箭发动机试验系统的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)上位机接收外部输入的单元测试参数、加热器时序和发动机时序；

2)上位机进行时序校验，检查加热器时序和发动机时序的数据格式是否符合UDP通讯协议要求；若符合要求，则

将IP地址、数据头、单元测试参数和加热器时序依次打包，得到第一下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和发动机时序依次打包，得到第二下行数据包，进入步骤3)；

否则，上位机显示时序错误提示，返回步骤1)；

所述IP地址与下位机一一对应；所述下位机包括加热器下位机和发动机下位机；

3)上位机发送第一下行数据包和第二下行数据包；

4)加热器下位机根据UDP通讯协议接收所述第一下行数据包，发动机下位机根据UDP通讯协议接收所述第二下行数据包；

5)下位机接收所述第一下行数据包和第二下行数据包：

加热器下位机根据说明书表1所示规则解析所述第一下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与加热器下位机匹配，则加热器下位机开始接收所述第一下行数据包；

发动机下位机根据说明书表2所示规则解析所述第二下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与发动机下位机匹配，则发动机下位机开始接收所述第二下行数据包；

第一下行数据包和第二下行数据包接收完成后，进入步骤6)；否则，加热器下位机和/或发动机下位机显示错误提示，返回步骤1)；

6)上位机向加热器下位机发送第一启动指令；

7)加热器下位机接收第一启动指令，根据所述第一下行数据包中的单元测试参数和加热器时序控制加热器工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

8)加热器工作设定时间后，加热器下位机通过硬件IO向发动机下位机发送第二启动指令；

9)发动机下位机接收第二启动指令，根据所述第二下行数据包中的单元测试参数和发动机时序控制发动机工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态。

2.用于火箭发动机试验系统的通信方法，其特征在于，

1)上位机接收外部输入的单元测试参数、闭环参数、加热器时序和发动机时序；

2)上位机进行时序校验，检查加热器时序和发动机时序的数据格式是否符合UDP通讯协议要求；若符合要求，则

将IP地址、数据头、单元测试参数和加热器时序依次打包，得到第一下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和发动机时序依次打包，得到第二下行数据包，

将IP地址、数据头、单元测试参数和闭环参数依次打包，得到第三下行数据包，

将IP地址、数据头和单元测试参数依次打包，得到第四下行数据包，

进入步骤3)；

否则，上位机显示时序错误提示，返回步骤1)；

所述IP地址与下位机一一对应；所述下位机包括加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和辅助下位机；

3)上位机发送第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包；

4)加热器下位机根据UDP通讯协议接收所述第一下行数据包，发动机下位机根据UDP通讯协议接收所述第二下行数据包，闭环增压下位机根据UDP通讯协议接收所述第三下行数据包，辅助下位机根据UDP通讯协议接收所述第四下行数据包；

5)下位机接收所述第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包：

加热器下位机根据说明书表1所示规则解析所述第一下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与加热器下位机匹配，则加热器下位机开始接收所述第一下行数据包；

发动机下位机根据说明书表2所示规则解析所述第二下行数据包中的IP地址和数据头，若IP地址和数据头同时与发动机下位机匹配，则发动机下位机开始接收所述第二下行数据包；

闭环增压下位机根据说明书表3所示规则解析所述第三下行数据包，若IP地址和数据头同时与闭环增压下位机匹配，则闭环下位机开始接收所述第三下行数据包；

辅助下位机根据说明书表4所示规则解析所述第四下行数据包，若IP地址和数据头同时与辅助下位机匹配，则辅助下位机开始接收所述第四下行数据包；

第一下行数据包、第二下行数据包、第三下行数据包和第四下行数据包全部接收完成后，进入步骤6)；

否则，加热器下位机、发动机下位机、闭环增压下位机和/或辅助下位机显示错误提示，返回步骤1)；

6)上位机向加热器下位机发送第一启动指令；

7)加热器下位机、闭环增压下位机和辅助下位机均接收第一启动指令，

加热器下位机根据所述第一下行数据包中的单元测试参数和加热器时序控制加热器工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

闭环增压下位机根据第三下行数据包中的闭环参数，进行推进剂贮箱压力的调节，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

辅助下位机根据第四下行数据包中的单元测试参数，控制相应阀门的启闭，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态；

8)加热器工作设定时间后，加热器下位机通过硬件IO向发动机下位机发送第二启动指令；

9)发动机下位机接收第二启动指令，根据所述第二下行数据包中的单元测试参数和发动机时序控制发动机工作，并向上位机返回自身运行状态和/或阀门状态。