CN110989761A - 一种高空气球软领解锁控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空气球软领解锁控制装置，所述装置包括电源模块、压差传感器和压差信号处理模块，压差传感器自动感知压差，将其转化为电压信号；从所述压差传感器输出的电压信号依次经过RC滤波电路和电压跟随电路；然后再进入比较电路，与阈值电压进行比较，当电压信号超过阈值电压时，所述比较电路输出高电平给所述切割驱动电路；再驱动后级切割电路制动，实现对软领的切割。上述装置使用电路控制代替纯机械气压开关，精度高、使用方便，解决了现有机械式气压开关的不足。

Description

一种高空气球软领解锁控制装置

技术领域

本发明涉及电子控制技术领域，尤其涉及一种高空气球软领解锁控制装置。

背景技术

高空气球是一种可以在平流层飞行的无动力浮空器，因其具有成本低、飞行高度高、易于灵活实施等优点而被广泛应用于物理学以及天文学等多种学科的实验研究领域。

高空气球发放前需在其内部充入氢气或氦气，由于氢气和氦气的密度小于空气，气球借助浮力升空，高空空气稀薄，气压较低，随着气球的升空体积会变大，一般几十万立方米体积的气球，在地面只需充几百立方米的浮升气，远小于气球的体积。因此在气球升空前，为了不使这些气体在气球内部随意窜动影响气球正常发放，需要利用软领将它们控制在气球内的较小范围里，气球升空后，软领的作用就完成了，为了不影响气球的正常膨胀，在气球到达300m的高空时，需自动触发切割装置，切割软领。软领解锁控制电路用于完成自动触发任务。

现有技术中的软领解锁控制装置采用机械式气压开关，机械式压力开关为纯机械形变导致微动开关动作，气球在发放前需要将机械式气压开关内部压强调整为发放地压强，并进行密封处理；随着气球的升空，机械式气压开关随气球一同升空，这时外界气压逐渐减小，开关内外压差变大，使得传感压力的元器件(膜片)发生形变，向上移动，预计到达300米左右时，膜片移动距离到达额定值，使开关启动，输出电信号，然后切割软领。这种开关存在以下问题：

1.使用不便。不同地区地面大气压强不同，因此在不同地区发放高空气球前，需要重新调整开关内部压强。

2.精度低。机械式气压开关利用膜片的形变控制切割，而膜片形变受材质、初始压强等因素的影响，无法精确控制，造成切割高度不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种高空气球软领解锁控制装置，该装置使用电路控制代替纯机械气压开关，精度高、使用方便，解决了现有机械式气压开关的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高空气球软领解锁控制装置，所述装置包括电源模块、压差传感器和压差信号处理模块，其中：

所述电源模块用于为所述压差传感器和压差信号处理模块提供所需电源；

所述压差传感器自动感知压差，并将感知到的压差转化为电压信号；

所述压差信号处理模块进一步包括RC滤波电路、电压跟随电路、滞回比较电路以及切割驱动电路，其中：

从所述压差传感器输出的电压信号进入所述RC滤波电路进行滤波处理，用于平滑外界冲击对压差的扰动；

滤波处理后的电压信号再进入所述电压跟随电路进行运放处理，用于减少电路间直接连接所带来的影响，隔离、保护传感器并增强驱动能力；

经过所述电压跟随电路处理后的电压信号再进入所述滞回比较电路，当该电压信号大于所述滞回比较电路的阈值电压时，所述滞回比较电路输出高电平给所述切割驱动电路；

所述切割驱动电路在接收到高电平后，控制后级继电器开关吸合，驱动后级切割电路制动，实现对软领的切割。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置使用电路控制代替纯机械气压开关，精度高、且使用方便，解决了现有机械式气压开关的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的高空气球软领解锁控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述电源模块的一种实现电路示意图；

图3为本发明实施例所述滞回比较电路的一种实现电路示意图；

图4为本发明实施例所述切割驱动电路的一种实现电路示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的高空气球软领解锁控制装置的结构示意图，所述装置主要包括电源模块、压差传感器和压差信号处理模块，其中：

所述电源模块用于为所述压差传感器和压差信号处理模块提供所需电源；

所述压差传感器自动感知压差，并将感知到的压差转化为电压信号；

所述压差信号处理模块进一步包括RC滤波电路、电压跟随电路、滞回比较电路以及切割驱动电路，其中：

从所述压差传感器输出的电压信号进入所述RC滤波电路进行滤波处理，用于平滑外界冲击对压差的扰动；

滤波处理后的电压信号再进入所述电压跟随电路进行运放处理，用于减少电路间直接连接所带来的影响，隔离、保护传感器并增强驱动能力；

经过所述电压跟随电路处理后的电压信号再进入所述滞回比较电路，当该电压信号大于所述滞回比较电路的阈值电压U_T时，所述滞回比较电路输出高电平给所述切割驱动电路；当该电压信号未超过所述滞回比较电路的阈值电压U_T时，所述滞回比较电路输出低电平；

所述切割驱动电路在接收到高电平后，控制后级继电器开关吸合，驱动后级切割电路制动，实现对软领的切割。

具体实现中，上述压差传感器的选取应满足以下要求：

1、所选取的压差传感器精度小于传统机械式气压开关的精度5％；

2、由于300m的高空与地面的压差为3kpa，因此所选取的压差传感器的量程大于3kpa(高度每上升1m，大气压下降10pa)。

另外，所选取的压差传感器可以为大电压输出，在后续信号处理电路中无需使用放大电路对其进行放大。满足以上要求的压差传感器均可以用于本发明，例如可以选用型号为MPXV5004DP的压差传感器。

如图2所示为本发明实施例所述电源模块的一种实现电路示意图，该电源模块由三端稳压电源芯片U2及配套的用于稳定该芯片内部放大器工作状态的电容C2、改善电压调整的过度响应的电容C4和负载电路退耦电容C5组成，实现将供电电压7.4VDC转为控制电路所需的5VDC，同时还设置有供电指示灯D3，以及电路板预留的连接外接电源的接口P1。

如图3所示为本发明实施例所述滞回比较电路的一种实现电路示意图，所述滞回比较电路包括运算放大器U1B和电阻R2、R3、R4、R5，其中，电阻R4和R5连接在滞回比较电路的负端，电阻R2、R3构成反馈回路，用于防止输入电压由于内部或外部原因不稳定使滞回比较电路的输出电压在高电平和低电平之间来回转变，所述滞回比较电路的阈值电压U_T由电阻R2、R3、R4和R5的阻值决定，具体计算公式为：

其中，R2、R3、R4、R5单位为欧姆；V_in为滞回比较电路负端的外接电压，单位为v；

当滞回比较电路正端输入电压DiffPres大于阈值电压时，滞回比较电路输出高电平，否则输出低电平。

如图4所示为本发明实施例所述切割驱动电路的一种实现电路示意图，所述切割驱动电路由继电器K1、二极管D1和三极管Q1组成，其中：

继电器K1作为集电极负载连接到三极管Q1集电极和正电源之间，在继电器K1两端并联二极管D1，防止继电器K1断电时，继电器K1的线圈存储的能量释放损坏线圈以及相邻的元器件；

P2为电路板预留的与外部切割装置连接的接口，连接在继电器K1开关与地之间，作为解锁电路的输出；

当所述滞回比较电路输出值Sgnal1为高电平时，三极管Q1导通，继电器K1的开关吸合；

当所述滞回比较电路输出值Sgnal1为低电平时，三极管Q1截止，继电器K1的开关保持打开。

另外，所述装置还可包括切割指示灯，如图4中的发光二极管D2以及配套的保护电阻R7，该发光二极管D2以及电阻R7与所述后级继电器K1连接，当后级继电器K1开关吸合时，所述发光二极管D2发亮，表示后级切割电路制动，进行软领切割；当后级继电器K1开关打开时，所述发光二极管D2保持熄灭状态，表示未制动后级切割电路。

该装置在高空气球上的使用方法具体为：

在高空气球升空前，在该装置的电源模块中预留的P1接口处外加7.4V锂电池，电压信号处理模块中预留的P2接口处连接外部切割装置，当高球气球发放升空，该装置与气球一同升空，下面分继电器开关打开和闭合两种状态进行说明：

当压差传感器感知的压差小于PH(根据高空气球软领切割高度来设定)时，其输出电压DiffPres小于阈值电压U_T，滞回比较电路的输出值Sgnal1为低电平；此时，三极管截止，继电器(K1)开关打开，测试用指示灯(D2)保持熄灭状态，未进行切割。

当压差传感器感知的压差大于PH(根据高空气球软领切割高度来设定)时，其输出电压DiffPres大于阈值电压U_T，滞回比较电路的输出值Sgnal1为高电平；此时，三极管导通，继电器(K1)开关吸合，使得测试用指示灯(D2)亮且驱动后级切割电路制动，完成切割。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，所述装置包括电源模块、压差传感器和压差信号处理模块，其中：

所述电源模块用于为所述压差传感器和压差信号处理模块提供所需电源；

所述压差传感器自动感知压差，并将感知到的压差转化为电压信号；

所述压差信号处理模块进一步包括RC滤波电路、电压跟随电路、滞回比较电路以及切割驱动电路，其中：

从所述压差传感器输出的电压信号进入所述RC滤波电路进行滤波处理，用于平滑外界冲击对压差的扰动；

滤波处理后的电压信号再进入所述电压跟随电路进行运放处理，用于减少电路间直接连接所带来的影响，隔离、保护传感器并增强驱动能力；

经过所述电压跟随电路处理后的电压信号再进入所述滞回比较电路，当该电压信号大于所述滞回比较电路的阈值电压时，所述滞回比较电路输出高电平给所述切割驱动电路；

所述切割驱动电路在接收到高电平后，控制后级继电器开关吸合，驱动后级切割电路制动，实现对软领的切割。

2.根据权利要求1所述高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，

在所述滞回比较电路中，当电压信号未超过所述滞回比较电路的阈值电压时，所述滞回比较电路输出低电平。

3.根据权利要求1所述高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，所述滞回比较电路包括运算放大器U1B和电阻R2、R3、R4、R5，其中：

电阻R4和R5连接在滞回比较电路的负端，电阻R2、R3构成反馈回路，用于防止输入电压由于内部或外部原因不稳定使滞回比较电路的输出电压在高电平和低电平之间来回转变，所述滞回比较电路的阈值电压U_T由电阻R2、R3、R4和R5的阻值决定，具体计算公式为：

其中，V_in为滞回比较电路负端的外接电压，单位为v；

当滞回比较电路正端输入电压大于阈值电压时，滞回比较电路输出高电平，否则输出低电平。

4.根据权利要求1所述高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，所述切割驱动电路由继电器K1、二极管D1和三极管Q1组成，其中：

继电器K1作为集电极负载连接到三极管Q1集电极和正电源之间，在继电器K1两端并联二极管D1，防止继电器K1断电时，继电器K1的线圈存储的能量释放损坏线圈以及相邻的元器件；

P2为电路板预留的与外部切割装置连接的接口，连接在继电器K1开关与地之间，作为解锁电路的输出；

当所述滞回比较电路输出高电平时，三极管Q1导通，继电器K1的开关吸合；

当所述滞回比较电路输出低电平时，三极管Q1截止，继电器K1的开关保持打开。

5.根据权利要求1所述高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，所述装置还包括切割指示灯，所述切割指示灯由发光二极管以及对发光二极管起保护作用的电阻组成，该发光二极管以及电阻与所述后级继电器连接，当后级继电器开关吸合时，所述发光二极管发亮，表示后级切割电路制动，进行软领切割；当后级继电器开关打开时，所述发光二极管保持熄灭状态，表示未制动后级切割电路。

6.根据权利要求1所述高空气球软领解锁控制装置，其特征在于，所述压差传感器的选取应满足以下要求：

1、所选取的压差传感器精度小于传统机械式气压开关的精度5％；

2、所选取的压差传感器的量程大于3kpa。

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