CN112576412A - 一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，控制装置包括电源控制模块、终端控制模块、CPU模块、升压电路、点火电路以及数字通信电路。该装置的电源控制模块可控制内部电池的通断，且断电可实现一级误触发保护；该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，且点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。
Description
技术领域
本发明涉及多级推进飞行器发动机控制技术领域，特别是涉及一种小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置。
背景技术
多级推进器对飞行器的助推及航向修正有着至关重要的作用，尤其是二级至多级推进点火时序控制直接影响了飞行器的航行轨迹，对于飞行器的精准轨迹控制起关键作用，因此多级推进飞行器的点火控制装置就成为飞行器发射的一个非常重要的环节。
专利申请号为“CN201811346277”，专利名为“用于人雨火箭弹的电子安全保险电路”，发明涉及用于人雨火箭弹的电子安全保险电路。用于人雨火箭弹的电子安全保险电路包括一级点火电路、二级点火电路、三级点火电路、断路信号电路。本发明的二级点火控制信号与二级点火电路之间设计常开信号开关，信号开关使能脚EN通过导线在发动机点火位置附近接地，如果发动机点火成功，发动机产生的高温火焰将导线融化断开，常开信号开关获得断路高电平信号而闭合，二级点火控制信号可直达二级起爆电路，保险解除，如果发动机点火不成功，常开信号开关将一直处于常开状态，二级控制信号将不能到达二级点火电路，点火被阻止。但该专利重点公开的是如何进行多级点火安全问题，并未涉及点火时序精准可控设置，尤其利用终端控制模块通过RS422数字通信电路传输参数信息，进行指令控制，能够快速有效改变点火时序参数，，CPU对Flash进行数据的读写，可应用到不同场合中去。
专利申请号为“CN201410674896”，专利名为“一种飞行器的助推器点火控制电路”，发明涉及飞行器点火控制领域，具体涉及一种飞行器的助推器点火控制电路。包括点火供电控制电路A、点火信号控制电路和点火供电控制电路B，点火信号控制电路发送点火信号给点火供电控制电路B，点火供电控制电路B接通点火电源线路，点火供电控制电路A接通点火线路到助推器点火。本发明的有益效果在于：提高了载机飞行安全性及飞行器任务可靠性。本发明在载机控制信号C1、C2任意一个未发出的情况下，即使飞行器误发出助推器点火信号，也无法完成助推器5点火，保证了载机的安全。但是该专利重点公开的是如何保证载机的安全性，其利用继电器辅助点火信号传递，其稳定性和精确性较差，并不能精确控制点火时序。
本发明公开了一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，控制装置包括电源控制模块、终端控制模块、CPU模块、升压电路、点火电路以及数字通信电路。该装置的电源控制模块可控制内部电池的通断，可实现一级误触发保护；该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，发送控制信号；该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数；CPU模块根据控制信号控制升压电路工作，为点火电容充电，CPU检测到外部发控信号后根据逻辑向点火电路输出点火状态，点火电路根据CPU模块所发送的点火信号控制启动，点燃一级发动机，点火成功后根据点火时序控制二级点火操作。点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。
发明内容
为了弥补传统推进器二级点火设备延时点火时序控制不精确、点火时序参数无法在线及时有效设置、控制装置不可重复利用等的缺点，本发明公开了一种面向小型肩抗多级推进器的二级点火控制装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，控制装置包括电源控制模块、终端控制模块、CPU模块、升压电路、点火电路以及数字通信电路。该装置的电源控制模块可控制内部电池的通断，可实现一级误触发保护；该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，发送控制信号；该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数；CPU模块根据控制信号控制升压电路工作，为点火电容充电，CPU检测到外部发控信号后根据逻辑向点火电路输出点火状态，点火电路根据CPU模块所发送的点火信号控制启动，点燃一级发动机，点火成功后根据点火时序控制二级点火操作。点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)电源管理模块具有控制内部供电电源开断的功能，可及时有效地做出电源管理，具有防误触发作用。
(2)该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，发送控制信号，可利用终端控制模块快直接发送指令信息控制装置动作，以检测控制程序的功能。
(3)该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数。
(4)CPU模块根据控制信号控制升压电路工作，为点火电容充电，CPU检测到外部发控信号后根据逻辑向点火电路输出点火状态，点火电路根据CPU模块所发送的点火信号控制启动，点燃一级发动机，点火成功后根据点火时序控制二级点火操作。点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。本发明提供的6个模块，通过最终的点火试验效果反馈，及时有效进行多次点火试验，实现高精度时序控制，具有控制时序精度高，可实时在线控制，点火电路过载能力强的优点。
附图说明
图1为一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置应用流程图；
图2为小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置应用方式框图；
图3为升压电路的具体电路原理图；
图4为点火隔离电路具体的电路原理图。
具体实施方式
本发明公开了一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，控制装置包括电源控制模块、终端控制模块、CPU模块、升压电路、点火电路以及数字通信电路。该装置的电源控制模块可控制内部电池的通断，可实现一级误触发保护；该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，发送控制信号；该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数；CPU模块根据控制信号控制升压电路工作，为点火电容充电，CPU检测到外部发控信号后根据逻辑向点火电路输出点火状态，点火电路根据CPU模块所发送的点火信号控制启动，点燃一级发动机，点火成功后根据点火时序控制二级点火操作。点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。
本发明所述的一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，所采用的控制模块如下所述：
电源控制模块：该模块可控制内部电池的通断，可实现一级误触发保护。
终端控制模块：利用自行编写的控制软件，实现通过422串口通信对下位机进行参数写入及在线控制指令输出。
CPU模块，利用一块单片机控制整个点火装置，实现实时对点火信号检测，点火时序控制，对升压电路和点火电路进行实时控制。
升压电路，检测CPU发出电压信号，对输入电压进行电压的升幅处理，且有输出短路保护(自恢复)功能，确保二级点火装置安全有效运行。
点火电路，该电路对CPU输入信号进行动作，利用点火电容的电源进行有序放电操作。
本发明所述的一种面向小型肩抗多级推进器的二级点火控制装置，模拟电源输入7.4V电压通过电源电路转化为3.3V电压给CPU供电，升压电路输入4-8V电压，通过升压电路形成12V充电电压，来给二路点火开关充电端电容充电，二路点火开关控制端通过CPU控制，从而实现CPU控制二级点火。且二级点火充放电电路进行隔离设计，保护控制电路免受大电流的冲击，保证点火性能稳定实现。
所实现的具体功能如下：
1，利用电源管理模块启动点火装置内部电源，通电后内部电源对控制装置供电，内部芯片CPU开始对各个模块进行自检并进行初始化设置，使点火控制装置处于待机状态，并实时监测发射信号，同时对升压电路和点火电路发送响应信号，对点火电容进行充电。此外，触发装置配备检测口，可用来检测电源接通情况是否正常。
2，终端控制模块与CPU通信，输入控制参数，进行发射试验。在利用终端控制模块进行控制参数输入和实时控制发射状态试验时，利用422通信串口向点火装置发送实时控制指令，CPU接收到上位机发送的指令后进行指令解读，根据解读出来的信息开始动作。上位机通过RS_422串口通信，与下位机实现数据传输，通过改变每帧数据的特定位的值，实现更改点火持续时间、间隔时间。上位机通信波特率为115200，数据位8位，停止位1，奇偶校验位NONE；传输数据通过上位机传输协议设置为12位一帧，利用程序对数据的检测，控制装置进行不同的动作，从而实现通过上位机控制下位机的工作状态，具体传输协议如下表：
表1通信协议
3，当终端控制模块发送数据到CPU后，数据被保存到内部flash中，可以实现当CPU上电后，不需要外部输入控制信号，脱机单独运行，CPU读取内部Flash参数，进行参数赋值，实现CPU自动程控点火控制。
4，CPU模块控制升压电路，CPU判断二级点火程序初始化条件，通过I/O口输出信号，使控制升压电路模块输入VIN+、VIN-两端接通4-8V电压，待电压输入后。将电压升到标定值输出，为点火电容充电，确保点火电容处于充满电状态。点火电容的容值不同，充放电时间便不同，电容容值与充、放电时间成正比关系。升压电路使用的是LT3581dc/dc转换器，源于BUCK-BOOST电路，加入隔离变压器，可以隔离电压，保护电路。该器件具集成的故障保护功能，用于在输出短路、输入/输出过压和过热情况下提供短路自保护，不需使用输出滤波电感，能有效保护电路安全，且因输入电压变化对占空比影响相对较小，更容易实现宽输入电压范围时的电压变换，被广泛应用于宽输入、小功率的场合。图3表示升压电路正常提供输出电压和额定功率的基本条件。在2.5v至22v的范围内工作，最高瞬态值为40v开关频率高达2.5mhz可非常容易地配置为升压型、sepic、负输出或反激式转换器用户可配置的欠压闭锁低vceast开关：在2.75a时为250mv(典型值)可同步至外部时钟可同步至其它开关稳压器高增益shdn引脚可接受慢速变化的输入信号14引脚4mm x 3mm dfn和16引线mse封装。
5，发控模块发送发射信号控制点火装置工作，在程序中写入误触发设定，只有在充电完成即达到设定的充电时间后外部发控装置才能发挥作用。当外设发控装置接通高电平时，外设发控装置通过I/O口向CPU模块发送点火信号，CPU在每个定时器中断不断地读取并判断I/O口的状态，当为高电平时便执行相应的程序，根据预先设定的点火间隔时间，CPU输出点火状态，通过两路点火开关控制放电端输出，从而实现二级点火功能。
点火电路收到CPU模块点火信号，进行自动点火操作：停止对一二级点火电容充电，利用一级充电电容进行瞬间放电，形成大电流直接工作到一级点火炬上，点燃点火炬，进而对飞行器进行一级点火。CPU根据程序设定，利用内部定时器进行计时，可以精准控制间隔时间。待满足设定的一级点火延迟时间后二级点火自动进行，利用二级充电电容进行瞬间放电，形成大电流直接工作到二级点火炬上，点燃点火炬，进而对飞行器进行二级点火。控制端输入电压3.3V；充电端输入电压12V；控制端与充电端之间为隔离设计，隔离电压500V，从而有效保护控制端及整个电路免受输出大电流的冲击。
本发明主要应用在微小型多级推进飞行器二级发射控制领域；本发明能够弥补传统多级推进飞行器二级点火控制设备，点火时序控制不精确、点火时序参数设置不方便、点火电路抗高过载能力较弱、控制装置不可重复利用等缺点，本发明公开了一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，具有控制时序精度高，可实时在线控制，点火电路过载能力强的优点。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，其特征在于：控制装置包括电源控制模块、终端控制模块、CPU模块、升压电路、点火电路以及数字通信电路。该装置的电源控制模块可控制内部电池的通断，可实现一级误触发保护；该装置利用RS422数字通信电路，使用终端控制模块与CPU模块进行信息交换，精确设置点火时序，发送控制信号；该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数；CPU模块根据控制信号控制升压电路工作，为点火电容充电，CPU检测到外部发控信号后根据逻辑向点火电路输出点火状态，点火电路根据CPU模块所发送的点火信号控制启动，点燃一级发动机，点火成功后根据点火时序控制二级点火操作。点火充放电电路进行隔离设计，设有电源管理模块，避免了误触发等危险情况，可广泛应用于一般推多级进飞行器二级点火控制实验。
2.根据权利要求1所述的一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，其特征在于：电源管理模块具有控制内部供电电源开断的功能，可及时有效地做出电源管理，具有防误触发作用。
3.根据权利要求1所述的一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，其特征在于：终端控制模块利用RS422数字通信串口与CPU通信，输入控制参数，进行发射模拟试验。在利用终端控制模块进行控制参数输入和实时控制发射状态试验时，利用RS422数字通信串口发送实时控制指令，CPU接收到上位机发送的指令后进行指令解读，根据解读出来的信息开始动作终端控制模块通过RS_422串口通信，与CPU实现数据传输，更改误触发时间、点火持续时间和二级点火延迟时间。
终端控制模块通信波特率为115200，传输数据为12位一帧，可通过终端控制模块发送控制指令控制下位机工作状态，具体传输协议如下表：
表1通信协议。
4.根据权利要求1所述的一种面向小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，其特征在于：该装置利用CPU内部Flash直接将从RS422传输过来的数据进行存储，以供该装置脱机运行，CPU可直接读取内部Flash参数，进行参数赋值，CPU再根据参数设置一级点火误触发时间，设置一、二级点火延迟时间等参数。
5.根据权利要求1所述的一种面向无小型肩抗多级推进飞行器的二级点火控制装置，其特征在于：CPU模块控制升压电路；CPU控制升压电路启动，将电压升到标定值，为点火电容充电，确保点火电容处于充满电状态。该电容容值不同充放电时间不同，容值与充放电时间成正比关系。点火电路进行发射点火动作，点火电路收到CPU模块点火信号，进行自动点火操作：利用充电电容进行瞬间放电，形成大电流直接工作到点火炬上，点燃点火炬，进而对推进器进行点火。二级点火在一级点火延迟后开始，延时时间精准可控，点火过程同一级点火。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210330 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |