CN111142444A - 基于dsp和cpld的三冗余运载火箭时序控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，包括：控制单元和隔离驱动单元；所述控制单元通过总线和隔离驱动单元相连；所述控制单元能够通过三冗余设计的隔离接口电路接收控制信号；所述控制单元由DSP进行计时，并与CPLD组合发送隔离驱动模块需要的控制信号，同时由DSP发送测量信号；所述隔离驱动单元能够锁存控制单元施加的控制信号；所述隔离驱动单元能够隔离放大输出48路大功率时间指令信号，48路大功率时间指令信号的输出结构采用三取二冗余设计。本发明能够实现火箭发射空间环境要求下的隔离控制信号冗余接收，通过配套软件实现运载火箭计算机的高效精确时间指令信号发送，遥测信号发送等功能。
Description
技术领域
本发明涉及航天电子设备领域，具体地，涉及一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器。
背景技术
随着航天任务的复杂性不断提高，对运载火箭控制计算机的可靠性，时序指令实时性的要求不断提高。同时，国产高性能DSP处理器的航天应用为运载火箭计算机的安全、自主可控提供了保障。目前用于运载火箭的控制计算机普遍能力较弱，存在以下几点缺陷：1)与外部接口未实行隔离设计；2)与外部接口未实行冗余设计；3)CPU的运行数据无法传输到测量系统。因此，目前的国产运载火箭时序控制器难以满足可靠性要求日益提高的运载火箭飞行任务要求。
专利文献CN110136666A公开了一种时序控制器及时序控制板。所述时序控制器包括微控制单元、内集成电路从单元以及串行外设接口主单元。所述微控制单元用以控制所述内集成电路从单元与所述串行外设接口主单元之间的数据转换。所述时序控制器还包括一查找表，用以映射所述内集成电路从单元的逻辑地址数据至所述串行外设接口主单元的物理地址数据。该专利显然不能很好地适用于运载火箭控制计算机。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器。
根据本发明提供的一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，包括：控制单元和隔离驱动单元；所述控制单元通过总线和隔离驱动单元相连；所述控制单元能够通过三冗余设计的隔离接口电路接收控制信号；所述控制单元由DSP进行计时，并与CPLD组合发送隔离驱动模块需要的控制信号，同时由DSP发送测量信号；所述隔离驱动单元能够锁存控制单元施加的控制信号；所述隔离驱动单元能够隔离放大输出48路大功率时间指令信号，48路大功率时间指令信号的输出结构采用三取二冗余设计；所述48路大功率时间指令信号能够驱动负载；所述负载包括：一种或者多种类型的负载。
优选地，还包括：电源单元；所述电源单元与第一电流源连接；所述控制单元包括：三组控制电路；所述电源单元能够隔离输出三组+5V电源信号；所述电源单元能够能够提供二次电源给三组控制电路。
优选地，所述第一电流源采用20-40V直流电源；所述第一电流源采用三冗余设计。
优选地，所述控制单元上包括：引导模块；所述引导模块能够运行引导软件；所述引导软件能够执行任一种或者任多种行为：-硬件设备初始化；-存储区自纠自检；-应用程序软件的加载；-应用程序软件的重构。
优选地，所述控制单元上还包括：应用程序模块；所述应用程序模块能够运行应用程序软件；所述应用程序软件能够通过I/O接口电路接收已进行冗余设计的三个控制信号；所述应用程序软件能够响应冗余设计的控制信号；所述应用程序软件能够根据预先装订的数据发送时间指令控制信号，同时通过CAN总线向外传输遥测信号，执行以下任一种或者任多种行为：-总线通信协议初始化；-任务调度。
优选地，所述控制单元采用DSP处理器和CPLD芯片。
优选地，所述CPLD芯片能够运行CPLD软件；所述CPLD软件能够执行以下任一种或者任多种行为：-DSP地址线信号译码；-DSP读/写译码转接；-复位信号转接；-CAN芯片控制。
优选地，还包括：接口单元；所述接口单元包括：隔离控制信号冗余输入接口、CAN总线、48路大功率时间信号输出接口。
优选地，还包括：时钟电路、复位电路和LDO电路；所述控制单元、隔离驱动单元以及电源单元组成主处理单元；所述主处理单元分别与时钟电路、复位电路和LDO电路相连。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构合理，使用方便，对输入接口进行了隔离；
2、本发明采用了全冗余设计,电源电路三冗余设计，输入接口电路三冗余设计，控制电路三冗余设计，输出电路三冗余设计；
3、本发明中，DSP的测量信息可以通过CAN总线发送给测量系统；
4、本发明能够实现火箭发射空间环境要求下的隔离控制信号冗余接收，通过配套软件实现运载火箭计算机的高效精确时间指令信号发送，遥测信号发送等功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的结构示意图。
图2为本发明输出单元的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2所示，根据本发明提供的一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，包括：控制单元和隔离驱动单元；所述控制单元通过总线和隔离驱动单元相连；所述控制单元能够通过三冗余设计的隔离接口电路接收控制信号；所述控制单元由DSP进行计时，并与CPLD组合发送隔离驱动模块需要的控制信号，同时由DSP发送测量信号；所述隔离驱动单元能够锁存控制单元施加的控制信号；所述隔离驱动单元能够隔离放大输出48路大功率时间指令信号，48路大功率时间指令信号的输出结构采用三取二冗余设计；所述48路大功率时间指令信号能够驱动负载；所述负载包括：一种或者多种类型的负载。
优选地，还包括：电源单元；所述电源单元与第一电流源连接；所述控制单元包括：三组控制电路；所述电源单元能够隔离输出三组+5V电源信号；所述电源单元能够能够提供二次电源给三组控制电路。
优选地，所述第一电流源采用20-40V直流电源；所述第一电流源采用三冗余设计。
优选地，所述控制单元上包括：引导模块；所述引导模块能够运行引导软件；所述引导软件能够执行任一种或者任多种行为：-硬件设备初始化；-存储区自纠自检；-应用程序软件的加载；-应用程序软件的重构。
优选地，所述控制单元上还包括：应用程序模块；所述应用程序模块能够运行应用程序软件；所述应用程序软件能够通过I/O接口电路接收已进行冗余设计的三个控制信号；所述应用程序软件能够响应冗余设计的控制信号；所述应用程序软件能够根据预先装订的数据发送时间指令控制信号，同时通过CAN总线向外传输遥测信号，执行以下任一种或者任多种行为：-总线通信协议初始化；-任务调度。
优选地，所述控制单元采用DSP处理器和CPLD芯片。
优选地，所述CPLD芯片能够运行CPLD软件；所述CPLD软件能够执行以下任一种或者任多种行为：-DSP地址线信号译码；-DSP读/写译码转接；-复位信号转接；-CAN芯片控制。
优选地，还包括：接口单元；所述接口单元包括：隔离控制信号冗余输入接口、CAN总线、48路大功率时间信号输出接口。
优选地，还包括：时钟电路、复位电路和LDO电路；所述控制单元、隔离驱动单元以及电源单元组成主处理单元；所述主处理单元分别与时钟电路、复位电路和LDO电路相连。
具体地，在一个实施例中，如图1所示，根据本发明提供的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，包括：硬件产品和配套软件，其中硬件部分由电源模块，DSP+CPLD控制单元A～C、隔离驱动单元1～3组成，软件部分包括引导软件、DSP控制软件和CPLD软件。
DSP单元采用国产高可靠的DSP(中电58所的JDSP320F2812)，主要负责响应接口电路控制信号，根据内部存储的数据，计时发送时序控制指令，对通信单元进行信息组帧发送；
CPLD单元采用CPLD芯片(深圳国微的JSM系列)，主要根据DSP地址线信号译码生成隔离驱动单元选通信号，对DSP的读/写信号进行译码转接，另外还负责对CAN芯片进行控制；
通信单元包括CAN总线。
引导软件运行于DSP单元上，负责硬件设备初始化、存储区自纠自检以及应用程序软件的加载。
应用程序软件运行于DSP单元上，负责响应输入控制信号，根据存储的时序，发出时序控制信号，并通过CAN接口发送测量信息。
CPLD控制软件运行于CPLD单元上，负责执行DSP地址线信号译码、DSP读/写控制译码转接、复位控制转接、CAN芯片控制功能。
如图2所示，单个隔离输出单元最终输出接口图，由锁存器和固体继电器组成,固体继电器的输出+28V时间指令信号来自外总线连接器。
隔离输出单元每个固体继电器输出4路时间指令，每个固体继电器对应一个锁存器，相互独立。
锁存器的复位端信号来自CPLD转接的上电复位信号，对锁存器的数据进行清零，CLK信号来自CPLD译码输出CLK信号，输入信号来自DSP输出的数据总线。
固体继电器根据锁存器的锁存数据开通/关断时序，进行隔离放大输出，输出指标为长通6A，脉冲50A信号。最终输出为三取二结构，A组和B组DSP和CPLD控制两个固体继电器单元，C组控制一个固体继电器单元。
在本实施例中，固体继电器单元选用165厂的4JG7-1B，主要负责隔离放大输出48路时间指令信号；
DSP处理器的晶振选用武汉海创的温补晶振，其参数为±3ppm，保证三DSP处理器的运行同步性。
通信单元包含CAN总线。CAN接口芯片选用TI公司的芯片，兼容ISO 11898。外总线连接器使用Airborn公司的印制板连接器进行模块间互联。控制信号、电源输入端口和时序信号输出端口采用高可靠的郑州航天生产的航空插座连接。
电源模块，控制模块，隔离驱动模块1～3结构形式为半包式，结构件表面进行导电氧化处理。
本发明结构合理，使用方便，对输入接口进行了隔离；本发明采用了全冗余设计,电源电路三冗余设计，输入接口电路三冗余设计，控制电路三冗余设计，输出电路三冗余设计；本发明中，DSP的测量信息可以通过CAN总线发送给测量系统。本发明能够实现火箭发射空间环境要求下的隔离控制信号冗余接收，通过配套软件实现运载火箭计算机的高效精确时间指令信号发送，遥测信号发送等功能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，包括：控制单元和隔离驱动单元；
所述控制单元通过总线和隔离驱动单元相连；
所述控制单元能够通过三冗余设计的隔离接口电路接收控制信号；
所述控制单元由DSP进行计时，并与CPLD组合发送隔离驱动模块需要的控制信号，同时由DSP发送测量信号；
所述隔离驱动单元能够锁存控制单元施加的控制信号；
所述隔离驱动单元能够隔离放大输出48路大功率时间指令信号，48路大功率时间指令信号的输出结构采用三取二冗余设计；
所述48路大功率时间指令信号能够驱动负载；
所述负载包括：一种或者多种类型的负载。
2.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，还包括：电源单元；
所述电源单元与第一电流源连接；
所述控制单元包括：三组控制电路；
所述电源单元能够隔离输出三组+5V电源信号；
所述电源单元能够能够提供二次电源给三组控制电路。
3.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，所述第一电流源采用20-40V直流电源；
所述第一电流源采用三冗余设计。
4.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，所述控制单元上包括：引导模块；
所述引导模块能够运行引导软件；
所述引导软件能够执行任一种或者任多种行为：
-硬件设备初始化；
-存储区自纠自检；
-应用程序软件的加载；
-应用程序软件的重构。
5.根据权利要求4所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，所述控制单元上还包括：应用程序模块；
所述应用程序模块能够运行应用程序软件；
所述应用程序软件能够通过I/O接口电路接收已进行冗余设计的三个控制信号；
所述应用程序软件能够响应冗余设计的控制信号；
所述应用程序软件能够根据预先装订的数据发送时间指令控制信号，同时通过CAN总线向外传输遥测信号，执行以下任一种或者任多种行为：
-总线通信协议初始化；
-任务调度。
6.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，所述控制单元采用DSP处理器和CPLD芯片。
7.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，所述CPLD芯片能够运行CPLD软件；
所述CPLD软件能够执行以下任一种或者任多种行为：
-DSP地址线信号译码；
-DSP读/写译码转接；
-复位信号转接；
-CAN芯片控制。
8.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，还包括：接口单元
所述接口单元包括：隔离控制信号冗余输入接口、CAN总线、48路大功率时间信号输出接口。
9.根据权利要求2所述的基于DSP和CPLD的三冗余运载火箭时序控制器，其特征在于，还包括：时钟电路、复位电路和LDO电路；
所述控制单元、隔离驱动单元以及电源单元组成主处理单元；
所述主处理单元分别与时钟电路、复位电路和LDO电路相连。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200512 |