CN110687850A - 控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，包括多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块、状态存储模块和供电模块，控制模块分别与多个气压传感器、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，供电模块分别与多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接。实现控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计可适用于控制各类救生伞开伞，可广泛应用于大型飞机的乘员离机时使用，保证电子开伞器电路工作正常。

Description

控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路

技术领域

本发明涉及一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路。

背景技术

目前控制救生伞开伞通常采用机械式开伞器。机械式开伞器体积大，重量重，而目前大型飞机设计中对体积、重量要求特别严格，采用机械式开伞器难以满足使用要求。须设计一种体积小、重量轻、高可靠性的电路来控制救生伞开伞，并能对电路各部分进行自检，保证电路可靠工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，实现控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计可适用于控制各类救生伞开伞，可广泛应用于大型飞机的乘员离机时使用，保证电子开伞器电路工作正常。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，包括多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块、状态存储模块和供电模块，控制模块分别与多个气压传感器、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，供电模块分别与多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接。

按照上述技术方案，控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块的个数均为2个，并分成两组，每组中控制模块分别与相应组的检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，每个气压传感器分别与两个控制模块连接。

按照上述技术方案，点火输出模块的输出端与救生伞的切割器连接。

按照上述技术方案，控制模块包括LC8051F500-A型8位微处理器。

按照上述技术方案，气压传感器为BMP280数字压力传感器。

按照上述技术方案，气压传感器的个数为3个。

按照上述技术方案，采用控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路实施的开伞方法，包括以下步骤：

1)控制模块执行初始化并上电自检，读取状态存储模块中设定的开伞延时时间和开伞高度；

2)进入控制模块的监测程序，按下自检按钮，若控制模块采集到的电压值小于指定电压值，则进入自检状态，否则进入控制开伞状态；

3)进入控制开伞状态后，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度，判断开伞延时时间及当前高度是否满足开伞条件，若满足开伞条件则开伞，若不满足开伞条件则等待至满足开伞条件开伞；

4)控制开伞后判断落速，若连续3s落速小于0.5m/s，则判定电子开伞器已落地。

按照上述技术方案，在所述的步骤3)中，开伞条件为：当前高度降落至3000m以下，且上电后连续3s落速不小于6m/s。

按照上述技术方案，气压传感器的高度为3个，在所述的步骤3)中，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度的具体过程为：若三路气压传感器的静压值两两之差的绝对值均小于阈值，取该三路气压传感器数据的平均值为压力有效值的方式采集高度信息，三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有两组小于阈值，一组大于阈值，取该三路气压传感器数据的中间值为压力有效值；若三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有一组差值小于阈值，二组差值大于等于阈值，输出静压为差值小于阈值的二路压力信号的平均值；若三路气压传感器静压值之间的三组差值均大于等于阈值，取该三路气压传感器数据的最大值作为有效值。

按照上述技术方案，在所述的步骤1)中，开伞延时时间为3s，开伞高度为3000m。

本发明具有以下有益效果：

通过本发明实现控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计可适用于控制各类救生伞开伞，可广泛应用于大型飞机的乘员离机时使用，同时设定的高度、时间可调，可根据实际需要对高度、时间进行调整；记录跳伞过程中的信息，便于电子开伞器出故障时进行数据分析；并对电路各部分进行在线检测，便于保证电子开伞器电路工作正常。

附图说明

图1是本发明实施例中控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路的原理示意图；

图2是本发明实施例中控制模块与检测电路的连接电路框图；

图3是本发明实施例中气压传感器的电路框图；

图4是本发明实施例中状态存储模块的电路框图；

图5是本发明实施例中点火输出模块的电路框图；

图6是本发明实施例中供电模块的电路框图；

图7是本发明实施例中控制模块的内置软件外部接口图；

图8是本发明实施例中开伞方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图8所示，本发明提供的一个实施例中的一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，包括多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块、状态存储模块和供电模块，控制模块分别与多个气压传感器、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，供电模块分别与多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接。

进一步地，控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块的个数均为2个，并分成两组，每组中控制模块分别与相应组的检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，每个气压传感器分别与两个控制模块连接。

进一步地，供电模块分别与多个气压传感器、两个控制模块、两个检测电路、两个点火输出模块和两个状态存储模块连接。

进一步地，每个控制模块均连接有检测口。

进一步地，点火输出模块的输出端与救生伞的切割器连接。

进一步地，控制模块包括LC8051F500-A型8位微处理器。

进一步地，气压传感器为BMP280数字压力传感器。

进一步地，气压传感器的个数为3个。

进一步地，采用控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路实施的开伞方法，包括以下步骤：

1)控制模块执行初始化并上电自检，读取状态存储模块中设定的开伞延时时间和开伞高度；

2)进入控制模块的监测程序，按下自检按钮，若控制模块采集到的电压值小于指定电压值(此处控制模块电压采集接口为控制模块与供电模块连接采集口)，则进入自检状态，否则进入控制开伞状态；

3)进入控制开伞状态后，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度，判断开伞延时时间及当前高度是否满足开伞条件，若满足开伞条件则开伞，若不满足开伞条件则等待至满足开伞条件开伞；

4)控制开伞后判断落速，若连续3s落速小于0.5m/s，则判定电子开伞器已落地。

进一步地，在所述的步骤2)中，进入自检状态的自检过程为：气压传感器值在26kPa～110kPa之间，则判断气压传感器工作正常；因控制模块的P3.3口电压值小于0.5V，则判断储能模块、升压模块工作正常；采集控制模块的P3.2口电压值在2～3V之间，则电池、稳压电路工作正常，此时控制模块的P3.0、P3.1口输出脉冲信号，采集控制模块的P3.4口电压值不小于0.2V，则控制模块、点火输出模块及切割器工作正常，通过以上在线检测，则电子开伞器电路各部分工作正常。

进一步地，在所述的步骤3)中，开伞条件为：当前高度降落至3000m以下，且上电后连续3s落速不小于6m/s。

进一步地，在所述的步骤3)中，判断是否满足开伞条件的具体过程为：判断开伞延时时间从上电计时起到此刻是否到3s，时间到，则判断高度是否满足3000m；时间不到，则等待至时间到3s；再判断当前高度是否大于3000m。大于3000m，则等待降落至3000m，且上电后连续3s落速不小于6m/s，则控制救生伞开伞；不大于3000m，且上电后连续3s落速不小于6m/s，则控制救生伞开伞。且控制开伞后，分别将开伞时高度存入EEPROM中。

进一步地，气压传感器的高度为3个，在所述的步骤3)中，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度的具体过程为：若三路气压传感器的静压值两两之差的绝对值均小于阈值(阈值为3kPa)，取该三路气压传感器数据的平均值为压力有效值的方式采集高度信息，三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有两组小于阈值，一组大于阈值，取该三路气压传感器数据的中间值为压力有效值；若三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有一组差值小于阈值，二组差值大于等于阈值，输出静压为差值小于阈值的二路压力信号的平均值；若三路气压传感器静压值之间的三组差值均大于等于阈值，取该三路气压传感器数据的最大值作为有效值；采用查表法将气压值换算成高度，分别采集将换算的高度信息存入状态存储模块EEPROM中。

进一步地，在所述的步骤1)中，开伞延时时间为3s，开伞高度为3000m。

图2中，J1为控制模块与气压传感器模块、状态存储模块、点火输出模块、供电模块的接口，J4为烧录程序的接口及TTL电平通讯的接口。由于小型化设计要求，在满足功能要求的情况下，体积、重量应尽可能减小，考虑到自检数据采集需要3路A/D，因此选用LC8051F500-A型8位微处理器。LC8051F500-A只需少量外围电路便可组成数据采集、控制和通信功能于一体的单片机系统，可以有效减小电路板尺寸，从而减小整个处理器单元体积。

图3中，J2为气压传感器模块与控制模块、供电模块的接口；高度信息是控制救生伞开伞的关键参数之一。本发明通过气压传感器模块感受当前气压，并通过一定的换算关系得出高度，进而判断是否控制救生伞开伞。考虑到小型化电路设计，选择BMP280数字压力传感器，自带温度补偿，采用I2C总线传输数据。

图4中，J3为状态存储模块与控制模块、供电模块的接口。状态存储模块用于存储控制芯片的数据，包括跳伞延迟时间、开伞高度；最近3次自检状态记录；最新一次跳伞时的高度、开伞时高度、总滞空时间、开伞后下落时间。状态存储模块与控制模块之间采用SPI接口通讯。

图5中，J4为点火输出模块与控制模块、供电模块的接口。点火控制电路由控制模块的I/O口输出的脉冲信号、积分型检波电路和晶体管开关电路、继电器组成，I/O口输出的脉冲信号经检波电路检出使两个开关晶体管分别导通，继电器工作，控制点火信号输出。两个继电器触点端采取串联方式，避免因开关晶体管短路导致输出点火信号异常。

图6中，J6为供电模块与控制模块、气压传感器模块、状态存储模块、点火输出模块接口。因控制模块、气压传感器模块、状态存储模块工作电压为3.3V，因此需要采用稳压电路将电池电压7.2V转换为3.3V供电。因切割器激发能量为200uf电容，充电至15V对切割器两极直接放电，而电池电压为7.2V，因此设计升压电路及电容充电电路，升压电路及电容充电电路统称为储能模块。考虑到产品工作温度范围宽，储存、使用年限长，同时考虑到电路小型化设计，采用锂亚硫酰氯一次电池作为电源，电池额定电压为7.2V。

本发明的工作原理：

控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计，当电子开伞器上电执行初始化及上电自检，并读取EEPROM内部储存的开伞时间及开伞高度后，进行系统监测。判断是控制开伞，则从上电计时延时，判断是否到达开伞高度开伞，同时判断出机后连续3s落速不小于6m/s。上电后开始连续采集高度信息，控制开伞后，同时判断落速，若连续3s落速小于0.5m/s，则判断电子开伞器已落地。按下自检按钮后，判断微处理器的P3.3口采集到的电压值小于0.5V则进入自检状态。

控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计，包括以下步骤：

(1)电子开伞器上电并执行初始化及上电自检，读取EEPROM内部储存的开伞时间及开伞高度；

(2)进入系统监测程序，按下自检按钮，则微处理器的P3.3口采集到的电压值小于0.5V进入自检状态，否则进入控制开伞状态；

(3)进入控制开伞状态时，判断开伞延时时间及开伞高度是否已满足条件，且上电后连续3s落速是否不小于6m/s，满足条件开伞，不满足条件等待至满足条件开伞；

(4)控制开伞后判断落速，若连续3s落速小于0.5m/s，则判定电子开伞器已落地；

(5)进入自检状态，气压传感器值在【26kPa，110kPa】之间，则判断气压传感器工作正常；因P3.3口电压值小于0.5V，则判断储能模块、升压模块工作正常；采集P3.2口电压值在【2,3】V之间，则电池、稳压电路工作正常，此时P3.0、P3.1口输出脉冲信号，采集P3.4口电压值不小于0.2V，则控制模块、点火输出模块及切割器工作正常，通过以上在线检测，则电子开伞器电路各部分工作正常。

进一步地，为保证救生伞可靠开伞，控制电路各部分采用冗余设计；同时保证小型化电路设计，主要选用小型化贴片器件。

进一步地，为保证电子开伞器采集高度信息的准确性及可靠性，同时考虑到小型化设计，选择博世公司的BMP280数字式气压传感器。电路中设计为3路气压传感器，三路静压值两两之差的绝对值均小于阈值(3kPa)，取该三路数据的平均值为压力有效值的方式采集高度信息，三路静压值两两之差的绝对值有两组小于阈值，一组大于阈值，取该三路数据的中间值为压力有效值；若三路静压值两两之差的绝对值有一组差值小于阈值，二组差值大于等于阈值，输出静压为差值小于阈值的二路压力信号的平均值；若三组差值均大于等于阈值，取该三路数据的最大值作为有效值。因此，即使哪一路气压传感器出现故障，也不会影响到电子开伞器正常工作。

进一步地，为保证对电子开伞器是否正常工作进行事后分析，电子开伞器上电后，采集跳伞时的高度信息存入EEPROM；控制救生伞开伞后，采集开伞时的高度信息存入EEPROM；判断落地后，计算总滞空时间、开伞后下落时间并存入EEPROM中。

效果：电子开伞器通过在线检测保证能够可靠工作，控制救生伞开伞。

本发明提供的一个具体实施例的工作过程：

控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路设计，以开伞高度3000，延时时间3s为例，包括：

步骤1：电子开伞器上电，两组微处理器分别执行初始化及上电自检，分别读取EEPROM内部储存的开伞时间3s及开伞高度3000m；因气压传感器有3个，气压值的计算方式为：若三路静压值两两之差的绝对值均小于阈值(3kPa)，取该三路数据的平均值为压力有效值的方式采集高度信息，三路静压值两两之差的绝对值有两组小于阈值，一组大于阈值，取该三路数据的中间值为压力有效值；若三路静压值两两之差的绝对值有一组差值小于阈值，二组差值大于等于阈值，输出静压为差值小于阈值的二路压力信号的平均值；若三组差值均大于等于阈值，取该三路数据的最大值作为有效值。采用查表法将气压值换算成高度，分别采集将换算的高度信息存入EEPROM；

步骤2：进入系统监测程序，按下自检按钮，则两组微处理器的P3.3口采集到的电压值小于0.5V进入自检状态，否则进入控制开伞状态；

步骤3：进入控制开伞状态时，两组微处理器分别进行判断。判断开伞延时时间从上电计时起到此刻是否到3s，时间到，则判断高度是否满足3000m；时间不到，则等待至时间到3s；再判当前高度是否大于3000m。大于3000m，则等待降落至3000m，且上电后连续3s落速不小于6m/s，则控制救生伞开伞；不大于3000m，且上电后连续3s落速不小于6m/s，则控制救生伞开伞。且控制开伞后，分别将开伞时高度存入EEPROM中

步骤4：控制开伞后，两组微处理器分别判断落速。若连续3s落速小于0.5m/s，则判定电子开伞器已落地。分别计算总滞空时间、开伞后下落时间并存入EEPROM中。

步骤5：进入自检状态，两组微处理器分别进行自检。气压传感器值在【26kPa，110kPa】之间，则判断气压传感器模块工作正常；因P3.3口电压值小于0.5V，则判断储能模块工作正常；采集P3.2口电压值在【2,3】V之间，则电池、稳压电路工作正常，此时P3.0、P3.1口输出脉冲信号，采集P3.4口电压值不小于0.2V，则控制模块、点火输出模块及切割器工作正常。通过以上在线检测，则电子开伞器两组电路各部分工作正常。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，包括多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块、状态存储模块和供电模块，控制模块分别与多个气压传感器、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，供电模块分别与多个气压传感器、控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接。

2.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，控制模块、检测电路、点火输出模块和状态存储模块的个数均为2个，并分成两组，每组中控制模块分别与相应组的检测电路、点火输出模块和状态存储模块连接，每个气压传感器分别与两个控制模块连接。

3.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，点火输出模块的输出端与救生伞的切割器连接。

4.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，控制模块包括LC8051F500-A型8位微处理器。

5.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，气压传感器为BMP280数字压力传感器。

6.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，气压传感器的个数为3个。

7.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，采用控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路实施的开伞方法，包括以下步骤：

1)控制模块执行初始化并上电自检，读取状态存储模块中设定的开伞延时时间和开伞高度；

2)进入控制模块的监测程序，按下自检按钮，若控制模块采集到的电压值小于指定电压值，则进入自检状态，否则进入控制开伞状态；

3)进入控制开伞状态后，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度，判断开伞延时时间及当前高度是否满足开伞条件，若满足开伞条件则开伞，若不满足开伞条件则等待至满足开伞条件开伞。

8.根据权利要求7所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，在所述的步骤3)中，开伞条件为：当前高度降落至3000m以下，且上电后连续3s落速不小于6m/s。

9.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，气压传感器的高度为3个，在所述的步骤3)中，通过气压传感器实时检测当前气压值，从而计算出当前高度的具体过程为：若三路气压传感器的静压值两两之差的绝对值均小于阈值，取该三路气压传感器数据的平均值为压力有效值的方式采集高度信息，三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有两组小于阈值，一组大于阈值，取该三路气压传感器数据的中间值为压力有效值；若三路气压传感器静压值两两之差的绝对值有一组差值小于阈值，二组差值大于等于阈值，输出静压为差值小于阈值的二路压力信号的平均值；若三路气压传感器静压值之间的三组差值均大于等于阈值，取该三路气压传感器数据的最大值作为有效值。

10.根据权利要求1所述的控制救生伞可靠开伞及在线检测的小型化电路，其特征在于，在所述的步骤1)中，开伞延时时间为3s，开伞高度为3000m；

在所述的步骤3)之后，还包括以下步骤：控制开伞后判断落速，若连续3s落速小于0.5m/s，则判定电子开伞器已落地。

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