CN110716518A - 多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台 - Google Patents

多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台 Download PDF

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Abstract

多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，以安全控制系统控制器为核心，在安全控制系统控制器上设计1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口，安全控制系统控制器通过三种通讯接口同时接收外系统发送过来的通讯指令，当上述三种通讯接口中至少有两个通讯接口接收到相同的通讯指令时，安全控制系统控制器执行相应的火工品控制动作；当三种通讯接口中仅有一个通讯接口或没有通讯接口接收到通讯指令时，安全控制系统控制器不执行火工品控制动作。本发明通过三个接口接收三种软件指令，经综合判断后执行火工品控制，不易受干扰，提高了可靠性，同时火工品的安全控制方式不再与飞行器工作状态绑定，实现了安全控制系统的通用化和兼容性。

Description

多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台
技术领域
本发明涉及多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，属于火工品安全控制领域。
背景技术
传统的火工品安全控制一般基于硬件通路信号。最近几年随着技术发展，火工品控制方式中引入了通讯指令的控制方式。然而，由于传统的火工品安全控制系统安全控制方式与再入飞行器工作状态绑定，难以做到安全控制系统通用化和兼容性设计。同时，火工品控制方式仍以硬件通路信号为主，通讯接口单一，火工品的控制方式相对简单固定。
传统的火工品控制由于通过硬件通路实现，其抗干扰能力不高，外部输入信号的短暂异常波动可能造成火工品控制信号的误动作或不动作。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为克服上述现有技术的不足，提供多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，通过三个接口接收三种软件指令，经综合判断后执行火工品控制，不易受干扰，提高了可靠性，同时火工品的安全控制方式不再与飞行器工作状态绑定，实现了安全控制系统的通用化和兼容性。
本发明的技术解决方案是：
多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，所述火工品控制平台以安全控制系统控制器为核心，在安全控制系统控制器上设计1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口，安全控制系统控制器通过1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口同时接收外系统发送过来的通讯指令，当上述三种通讯接口中至少有两个通讯接口接收到相同的通讯指令时，安全控制系统控制器执行相应的火工品控制动作；当三种通讯接口中仅有一个通讯接口或没有通讯接口接收到通讯指令时，安全控制系统控制器不执行火工品控制动作。
通讯指令包括点火指令、电池激活指令、抛罩指令、解保指令和自毁指令，所述解保指令包括第一道解保指令、第二道解保指令、……第n道解保指令，n为安全控制系统保险道数，n＝2,3,4。
1553B通讯接口通过1553B通讯IP核模块实现，控制器的处理器采用FPGA实现，1553B通讯IP核模块在该FPGA上通过硬件描述语言实现。
1553B通讯接口还包括发送器、接收器和隔离变压器；
控制器的处理器FPGA通过多路并行地址总线、多路并行数据总线、片选信号、读写信号调用1553B通讯IP核模块；控制器的处理器FPGA将需要发送的通讯内容放到1553B通讯IP核模块发送操作相应的内部存储空间，1553B通讯IP核模块通过FPGA差分引脚向发送器发送信息，发送器将受到的信息再通过隔离变压器发送到外部1553B总线上；隔离变压器接收外系统发送的1553B通讯指令，经过隔离变压后通过接收器发送给FPGA的差分引脚，经FPGA的差分引脚进入1553B通讯IP核模块；1553B通讯IP核模块对来自FPGA差分引脚的通讯指令进行存储和处理。
1553B通讯接口各器件连接方式如下：
1553B通讯IP核模块的发送禁止引脚连接发送器的TXINHA引脚，两个发送差分引脚连接发送器的TXA和/TXA引脚，一对接收差分引脚连接接收器的RXA和/RXA引脚，接收使能引脚连接接收器的RXENA引脚；发送器的BUSA和/BUSA差分引脚与接收器的BUSA和/BUSA差分引脚对应连接，然后与隔离变压器的初级线圈两个引脚相连，隔离变压器的次级线圈连接外部的1553B数据总线。
安全控制系统控制器执行完相应的火工品控制动作时，将代表该火工品控制动作的状态变量置1，1553B通讯IP核模块读取该火工品控制动作的状态变量，将其经FPGA的差分引脚输出，依次通过发送器、隔离变压器返回至外系统。
上电后，安全控制系统控制器通过状态识别电路识别飞行器的状态，当安全控制系统控制器通过三种通讯接口接收到外系统发送过来的自毁指令时，安全控制系统控制器，根据飞行器的状态，执行相应的自毁操作。
状态识别电路通过采集安全控制系统电缆网母线电压，确定当前再入飞行器的状态。
状态识别电路由N路单状态识别电路组成，N路单状态识别电路结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、光电耦合器D1和控制器的处理器D2；
电阻R1的一端连接输入信号Uin的正端，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端以及电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端以及光电耦合器D1输入通道的正端，电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及光电耦合器D1输入通道的负端均连接输入信号Uin的负端，光电耦合器D1输出通道的正端同时与电阻R4的一端以及控制器的处理器D2的输入端连接，电阻R4的另一端连接安全控制系统数字电路电源正端，光电耦合器D1输出通道的负端接安全控制系统数字电路电源地，光电耦合器D1输出通道的正端和负端之间的电压差作为单状态识别电路的输出；
控制器的处理器D2采用FPGA实现。
第i个单状态识别电路的输入信号Uin的正端与安全控制系统电缆网第i个正母线连接，输入信号Uin的负端与安全控制系统电缆网接地端连接，i＝1,2，……N。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明给控制器设计了三种接口，1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口，通过三个接口接收三种软件指令，经综合判断后执行火工品控制，相较于传统以硬件通路信号为主的方式，扩展了通讯接口类型，保证了火工品控制过程中接收信号不易受干扰，提高了火工品控制的可靠性。
(2)本发明系统上电后，控制器首先通过状态识别电路识别飞行器的状态，根据飞行器的不同状态，执行不同的自毁操作，相较于传统设计中一种控制器固定一种自毁操作而言，本发明能够兼容多种飞行器类型，实现了安全控制系统的通用化和兼容性。
附图说明
图1为本发明控制平台示意图；
图2为单状态识别电路示意图；
图3为1553B通讯接口示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明火工品控制平台以安全控制系统控制器为核心，在安全控制系统控制器上设计1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口，安全控制系统控制器通过1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口同时接收外系统发送过来的通讯指令，当上述三种通讯接口中至少有两个通讯接口接收到相同的通讯指令时，安全控制系统控制器执行相应的火工品控制动作；当三种通讯接口中仅有一个通讯接口或没有通讯接口接收到通讯指令时，安全控制系统控制器不执行火工品控制动作。通讯指令包括点火指令、电池激活指令、抛罩指令、解保指令和自毁指令，所述解保指令包括第一道解保指令、第二道解保指令、……第n道解保指令，n为安全控制系统保险道数，n＝2,3,4。
如图3所示，1553B通讯接口包括1553B通讯IP核模块、发送器、接收器和隔离变压器；控制器的处理器采用FPGA实现，1553B通讯IP核模块在该FPGA上通过硬件描述语言实现。
控制器的处理器FPGA通过多路并行地址总线、多路并行数据总线、片选信号、读写信号调用1553B通讯IP核模块；隔离变压器接收外系统发送的1553B通讯指令，经过隔离变压后通过接收器发送给FPGA的差分引脚，经FPGA的差分引脚进入1553B通讯IP核模块；1553B通讯IP核模块对来自FPGA差分引脚的通讯指令进行存储和处理，并将输出信号通过FPGA的差分引脚输出给发送器，发送器输出的信号经隔离变压器隔离变压后输出给外系统。
1553B通讯接口各器件连接方式如下：
1553B通讯IP核模块的发送禁止引脚、接收使能引脚分别与FPGA的引脚连接，发送差分引脚、接收差分引脚分别与FPGA的差分引脚连接。
1553B通讯IP核模块的发送禁止引脚连接发送器的TXINHA引脚，两个发送差分引脚连接发送器的TXA和/TXA引脚，一对接收差分引脚连接接收器的RXA和/RXA引脚，接收使能引脚连接接收器的RXENA引脚；发送器的BUSA和/BUSA差分引脚与接收器的BUSA和/BUSA差分引脚连接在一起，然后与隔离变压器的初级线圈两个引脚相连，隔离变压器的次级线圈连接外部的1553B数据总线。
安全控制系统控制器执行完相应的火工品控制动作时，将代表该火工品控制动作的状态变量置1，1553B通讯IP核模块读取该火工品控制动作的状态变量，将其经FPGA的差分引脚输出，依次通过发送器、隔离变压器返回至外系统。
上电后，安全控制系统控制器通过状态识别电路识别飞行器的状态，当安全控制系统控制器通过三种通讯接口接收到外系统发送过来的自毁指令时，安全控制系统控制器，根据飞行器的状态，执行相应的自毁操作。
状态识别电路通过采集安全控制系统电缆网母线电压，确定当前再入飞行器的状态。
状态识别电路由N路单状态识别电路组成，N路单状态识别电路结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、光电耦合器D1和控制器的处理器D2。单状态识别电路如图2所示。
电阻R1的一端连接输入信号Uin的正端，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端以及电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端以及光电耦合器D1输入通道的正端，电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及光电耦合器D1输入通道的负端均连接输入信号Uin的负端，光电耦合器D1输出通道的正端同时与电阻R4的一端以及控制器的处理器D2的输入端连接，电阻R4的另一端连接安全控制系统数字电路电源正端，光电耦合器D1输出通道的负端接安全控制系统数字电路电源地，光电耦合器D1输出通道的正端和负端之间的电压差作为单状态识别电路的输出。
第i个单状态识别电路的输入信号Uin的正端与安全控制系统电缆网第i个正母线连接，输入信号Uin的负端与安全控制系统电缆网接地端连接，i＝1,2，……N。
当光电耦合器D1的直流传输比在100％～500％的范围内，R1的阻值取1.2k、R2的阻值取1k、R3的阻值取240Ω、R4的阻值取1.9k时，可以实现在输入信号Uin大于20V的条件下，单状态识别电路可以可靠输出低电平信号，同时在输入信号Uin低于10V条件下，单状态识别电路可以可靠输出高电平信号。通过该设计有效保证的单状态识别电路的工作可靠性和抗干扰能力。
设N＝4，此时，本发明控制器共有四路单状态识别电路，通过四路单状态识别电路的高低电平组合区分再入飞行器四种状态。
若安全控制系统电缆网第1个正母线、第2个正母线、第3个正母线均接28V供电，第4个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为0001，控制器根据已经写好的程序，执行状态0001对应的自毁操作。
若安全控制系统电缆网第2个正母线、第3个正母线、第4个正母线均接28V供电，第1个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为1000，控制器根据已经写好的程序，执行状态1000对应的自毁操作。
若安全控制系统电缆网第1个正母线、第3个正母线、第4个正母线均接28V供电，第2个正母线接0V供电，则四路单状态识别电路识别出的再入飞行器状态为0100，控制器根据已经写好的程序，执行状态0100对应的自毁操作。
根据不同的组合，四路单状态识别电路共能识别出16种再入飞行器状态。根据不同的状态执行不同的自毁操作。
本发明通过1553B通讯IP核模块实现了火工品控制平台的1553B通讯功能。该1553B通讯IP核模块运行在控制器的FPGA芯片上，搭配外围相应的发送器、接收器和隔离变压器，实现了1553B通讯的电平转换和信号传递。该设计充分利用了控制器内部的FPGA资源，通过硬件描述语言实现1553B通讯协议IP核模块，搭配外围收发器和隔离变压器电路，完全满足1553B通讯的各项需求。相比传统的FPGA加1553B通讯专用协议芯片方案，该方案具备明显的体积和成本优势。
另外，本发明通过1553B、CAN和RS422通讯接口分别接收外系统发送过来的通讯指令，三种通讯接口互为冗余，实现对通讯指令的精准判断，提高了火工品控制平台的可靠性。有效避免了由于单一通讯接口收到的通讯指令出错造成火工品误动作或不动作等后果。三种通讯接口中至少有两个通讯接口收到相同的火工品控制指令，控制器才会进行相应的火工品控制动作。通过该校验措施，提高了火工品控制平台的安全性。
本发明系统上电后，控制器首先通过状态识别电路识别飞行器的状态，根据飞行器的不同状态，执行不同的自毁操作，相较于传统设计中一种控制器固定一种自毁操作而言，本发明能够兼容多种飞行器类型，实现了安全控制系统的通用化和兼容性。
本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：所述火工品控制平台以安全控制系统控制器为核心，在安全控制系统控制器上设计1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口，安全控制系统控制器通过1553B通讯接口、RS422通讯接口和CAN通讯接口同时接收外系统发送过来的通讯指令，当上述三种通讯接口中至少有两个通讯接口接收到相同的通讯指令时，安全控制系统控制器执行相应的火工品控制动作；当三种通讯接口中仅有一个通讯接口或没有通讯接口接收到通讯指令时，安全控制系统控制器不执行火工品控制动作。
2.根据权利要求1所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：通讯指令包括点火指令、电池激活指令、抛罩指令、解保指令和自毁指令，所述解保指令包括第一道解保指令、第二道解保指令、……第n道解保指令，n为安全控制系统保险道数，n＝2,3,4。
3.根据权利要求1所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：1553B通讯接口通过1553B通讯IP核模块实现，控制器的处理器采用FPGA实现，1553B通讯IP核模块在该FPGA上通过硬件描述语言实现。
4.根据权利要求3所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：1553B通讯接口还包括发送器、接收器和隔离变压器；
控制器的处理器FPGA通过多路并行地址总线、多路并行数据总线、片选信号、读写信号调用1553B通讯IP核模块；控制器的处理器FPGA将需要发送的通讯内容放到1553B通讯IP核模块发送操作相应的内部存储空间，1553B通讯IP核模块通过FPGA差分引脚向发送器发送信息，发送器将受到的信息再通过隔离变压器发送到外部1553B总线上；隔离变压器接收外系统发送的1553B通讯指令，经过隔离变压后通过接收器发送给FPGA的差分引脚，经FPGA的差分引脚进入1553B通讯IP核模块；1553B通讯IP核模块对来自FPGA差分引脚的通讯指令进行存储和处理。
5.根据权利要求4所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：1553B通讯接口各器件连接方式如下：
1553B通讯IP核模块的发送禁止引脚连接发送器的TXINHA引脚，两个发送差分引脚连接发送器的TXA和/TXA引脚，一对接收差分引脚连接接收器的RXA和/RXA引脚，接收使能引脚连接接收器的RXENA引脚；发送器的BUSA和/BUSA差分引脚与接收器的BUSA和/BUSA差分引脚对应连接，然后与隔离变压器的初级线圈两个引脚相连，隔离变压器的次级线圈连接外部的1553B数据总线。
6.根据权利要求5所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：安全控制系统控制器执行完相应的火工品控制动作时，将代表该火工品控制动作的状态变量置1，1553B通讯IP核模块读取该火工品控制动作的状态变量，将其经FPGA的差分引脚输出，依次通过发送器、隔离变压器返回至外系统。
7.根据权利要求1所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：上电后，安全控制系统控制器通过状态识别电路识别飞行器的状态，当安全控制系统控制器通过三种通讯接口接收到外系统发送过来的自毁指令时，安全控制系统控制器，根据飞行器的状态，执行相应的自毁操作。
8.根据权利要求7所述的多种总线通讯机制高可靠兼容型火工品控制平台，其特征在于：状态识别电路通过采集安全控制系统电缆网母线电压，确定当前再入飞行器的状态。
9.根据权利要求8所述的基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，其特征在于：状态识别电路由N路单状态识别电路组成，N路单状态识别电路结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、光电耦合器D1和控制器的处理器D2；
电阻R1的一端连接输入信号Uin的正端，电阻R1的另一端同时连接电容C1的一端以及电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端以及光电耦合器D1输入通道的正端，电容C1的另一端、电阻R3的另一端以及光电耦合器D1输入通道的负端均连接输入信号Uin的负端，光电耦合器D1输出通道的正端同时与电阻R4的一端以及控制器的处理器D2的输入端连接，电阻R4的另一端连接安全控制系统数字电路电源正端，光电耦合器D1输出通道的负端接安全控制系统数字电路电源地，光电耦合器D1输出通道的正端和负端之间的电压差作为单状态识别电路的输出；
控制器的处理器D2采用FPGA实现。
10.根据权利要求9所述的基于时间窗口的再入飞行器安全控制方法，其特征在于：第i个单状态识别电路的输入信号Uin的正端与安全控制系统电缆网第i个正母线连接，输入信号Uin的负端与安全控制系统电缆网接地端连接，i＝1,2，……N。
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