CN209070345U - 一种基于物联网的多传感器制导控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网的多传感器制导控制系统，包括若干传感器单元、测量单元和计算单元；传感器单元设置于制导客体上；测量单元包括若干A/D转换模块、若干继电器、开关量输入输出模块、串行端口、若干预处理模块、无线发射模块，每一A/D转换模块输入端与传感器单元连接，每一继电器输入端与相应A/D转换模块连接，开关量输入输出模块与继电器双向连接，每一预处理模块输入端通过串行端口与继电器输出端连接，无线发射模块与预处理模块输出端连接；计算单元包括无线接收模块、运算模块、发射模块，无线接收模块与无线发射模块无线通信连接，运算模块输入端与无线接收模块输出端连接，发射模块与运算模块输出端连接。

Description

一种基于物联网的多传感器制导控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种物联网传感器技术，特别是一种基于物联网的多传感器制导控制系统。

背景技术

传统的制导控制系统通常由不同设备供应商体统的子系统构成，这些子系统通常包含定制的功能软件和与硬件绑定的嵌入式计算机系统，因此存在以下问题：(1)数据格式不统一导致多传感器数据融合存在困难；(2)硬件和软件不兼容导致多传感器信息连接和通信存在困难；(3)对制导的客体监控和控制存在困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的多传感器制导控制系统，包括若干传感器单元、测量单元和计算单元；传感器单元至少包括红外探测传感器、雷达信号检测传感器、地磁传感器、角运动传感器、加速度传感器、定位系统，传感器单元设置于制导客体上；测量单元包括若干A/D转换模块、若干继电器、开关量输入输出模块、串行端口、若干预处理模块、无线发射模块，每一A/D转换模块输入端与传感器单元中的相应传感器连接，每一继电器输入端与相应A/D转换模块或定位系统连接，开关量输入输出模块与继电器双向连接，每一预处理模块输入端通过串行端口与继电器输出端连接，无线发射模块与预处理模块输出端连接；计算单元包括无线接收模块、运算模块、发射模块，无线接收模块与无线发射模块无线通信连接，运算模块输入端与无线接收模块输出端连接，发射模块与运算模块输出端连接。

采用上述系统，开关量输入输出模块包括开关量输入单元和开关量输出单元；开关量输入单元包括若干开关量输入电路，每一开关量输入电路包括输入隔离单元、输入光耦隔离单元、输入保护单元，输入隔离单元输入端连接传感器，输入光耦隔离单元输入端连接输入隔离单元输出端，输入保护单元输入端连接输入光耦隔离单元输出端，输入保护单元输出端连接运算单元；开关量输出单元包括若干开关量输出电路，每一开关量输出电路包括输出隔离电路、输出光耦隔离电路、输出保护电路，输出隔离电路输入端接运算单元，输出光耦隔离电路输入端接输出隔离电路输出端，输出保护电路输出端接传感器。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：(1)信息的互补性，本实用新型可以融合多种传感器，不同种类的传感器可以测量不同的物理量，这些物理量信息具有互补性；(2)信息处理的及时性，采用开关量输入输出模块控制传感器信息的传输，可以及时处理不同传感器的信息。

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图。

图2是开关量输入单元结构示意图。

图3是开关量输出单元结构示意图。

图4是运算单元核心芯片引脚图。

图5是无线接收单元核心芯片引脚图。

具体实施方式

结合图1，一种基于物联网的多传感器制导控制系统，包括若干传感器单元、测量单元和计算单元；传感器单元至少包括红外探测传感器、雷达信号检测传感器、地磁传感器、角运动传感器、加速度传感器、定位系统，传感器单元设置于制导客体上；测量单元包括若干A/D转换模块、若干继电器、开关量输入输出模块、串行端口、若干预处理模块、无线发射模块，每一A/D转换模块输入端与传感器单元中的相应传感器连接，每一继电器输入端与相应A/D转换模块或定位系统连接，开关量输入输出模块与继电器双向连接，每一预处理模块输入端通过串行端口与继电器输出端连接，无线发射模块与预处理模块输出端连接；计算单元包括无线接收模块、运算模块、发射模块，无线接收模块与无线发射模块无线通信连接，运算模块输入端与无线接收模块输出端连接，发射模块与运算模块输出端连接。

本实用新型涉及的制导控制系统针对动力推进飞行器，飞行器可以为航空器、航天器、火箭、导弹等。飞行器包括若干传感器，本实用新型中涉及的传感器包括红外探测传感器、雷达信号检测传感器、地磁传感器、角运动传感器、加速度传感器、定位系统等。

红外探测传感器利用红外辐射的热效应，吸收待测目标的红外辐射能。

雷达信号检测传感器通过特性信号的发射和回波信号的棘手确定目标的距离。

地磁传感器获取地球的地磁场来获取飞行器的大地坐标。

角运动传感器测量飞行器轴向旋转角度。

加速度传感器测量飞行器的加速度。

定位系统获取卫星的信息来获取飞行器在卫星坐标系下的坐标。

上述传感器由不同的供应商提供，有不同的数据传输形式；同时红外探测传感器和雷达信号检测传感器的目标可能一致，但是数据包含内容和模式不同，地磁传感器、定位系统之间，以及角运动传感器、加速度传感器之间也存在上述问题。因此为了能统一的使用传感器的数据，避免造成混乱，需要一个控制系统对齐有序获取且统筹处理。

A/D转换模块将各传感器获得的模拟信号转变为数字信号的电子元件，转换后的数字信号发送给CPU。由于定位系统获取的坐标为数字信号，因此定位系统直接与继电器连接。

开关量输入输出模块接收各传感器的运行状态，传递控制信号控制各传感器执行任务，通过控制继电器以开启和关闭各传感器的信号发射电路。开关量输入输出模块包括开关量输入单元和开关量输出单元，开关量输入单元包括若干路开关量输入电路，开关量输出单元包括若干路开关量输出电路，开关量输入电路和开关量输出电路的数量至少与传感器的数量相同。

每一开关量输入电路包括隔离单元、光耦隔离单元、保护单元。结合图2，以第一路开关量输入电路为例，具体包括第一输入二极管IND1、第一输入隔离电阻INR1、第一输入光耦隔离器INOC1、第一保护电阻INR101。第一输入二极管IND1阳极接传感器A输出端，第一输入二极管IND1阴极接光耦INOC1光敏二极管阳极，光敏二极管阴极接第一隔离电阻INR1第二引脚，第一隔离电阻INR1第一引脚接+24V，光耦INOC1光敏三极管集电极接第一保护电阻INR101第一引脚，光敏三极管发射极接地，第一保护电阻INR101分别接VCC和MCU(运算单元)。其余开关量输入电路的电子元器件和连接方式与第一路开关量输入电路相同。

每一开关量输出电路包括保护电路、光耦隔离电路、隔离电路。结合图3，以第一路开关量输出电路为例，具体包括第一PMOS管PMOS1、第一输出隔离电阻OR101、第二输出隔离电阻OR102，第一输出光耦隔离器OOC1、第一输出保护电阻OR1。第一PMOS管PMOS1的漏极分别接+24V和第二隔离电阻OR102的第一引脚，第一PMOS管PMOS1的源极接MCU(即运算单元)，第一PMOS管PMOS1栅极分别接第二隔离电阻OR102第二引脚和第一隔离电阻OR101第二引脚，第一隔离电阻OR101第一引脚接第一输出光耦隔离器OOC1的光敏三极管的集电极，光敏三极管发射极接地，第一输出光耦隔离器OOC1的光敏二极管阳极接VCC，光敏二极管阴极接第一输出保护电阻OR1第二引脚，第一输出保护电阻OR1第一引脚接传感器A。其余开关量输出电路的电子元器件和连接方式与第一路开关量输出电路相同。

预处理模块对传感器获取的数据和定位系统获取的数据进行预处理。为了提升预处理的速度，可以设置多个预处理模块，每一预处理模块针对相应的传感器或定位系统进行处理。红外探测传感器获取的数据预处理包括散射矫正；雷达信号检测传感器获取的数据预处理包括去噪滤波和幅值放大；地磁传感器获取数据的预处理包括滤波幅值放大；角运动传感器获取的数据预处理包括去噪滤波；加速度传感器获取的数据预处理包括去噪滤波；定位系统获得数据的预处理包括异常数据和冗余数据的去除。上述预处理过程均为现有的方法。

无线发射模块和无线接收模块之间通过无线的形式进行数据传输，两者的核心芯片均可采用nRF401芯片，nRF401是一种基于短程无线通信技术的芯片，其外围电路为现有技术，如图5所示。图1中各传感器通过无线发射器将采集的数据无线传输给无线接收模块，无线发射器可以采用共创辉公司的300-450M ASK/OOK型号发射芯片，其数据传输频率为300-450MHz，满足nRF401芯片的工作频率。

运算模块实现对红外探测信号、雷达信号、地磁信号、角运动信号、加速度信号、定位信息的运算，获得相关的数据。运算单元根据红外探测信号获取目标形状，运算单元根据雷达信号获取飞行器与目标件的距离，运算单元根据地磁信号获取飞行器的大地坐标，运算单元根据角运动信号获取飞行器的转向角度，运算单元根据加速度信号获取飞行器的加速度，运算单元根据定位信息获取飞行器在卫星坐标系下的坐标。上述数据的获取运算过程均为现有的方法，将运算过程刻录至核心芯片中即可。本实用新型的运算模块的核心芯片采用AT89C52单片机，其片内的程序存储器是工艺的，开发要求低，开发周期短。可以采用多个AT89C52单片机对不同的信号进行处理，AT89C52单片机的引脚如图4所示，其外围电路也是现有技术。AT89C52单片机有16个数据输入接口，可以适应若干传感器数据传输的目的。

无线发射模块采用卫星通信模块，将运算单元处理的信息通过卫星传输至地面接收站。本实用新型的无线发射模块可以采用天通1号卫星通信模块进行数据传输。

Claims (4)

1.一种基于物联网的多传感器制导控制系统，其特征在于，包括若干传感器单元、测量单元和计算单元；其中

传感器单元至少包括红外探测传感器、雷达信号检测传感器、地磁传感器、角运动传感器、加速度传感器、定位系统，

传感器单元设置于制导客体上；

测量单元包括若干A/D转换模块、若干继电器、开关量输入输出模块、串行端口、若干预处理模块、无线发射模块，

每一A/D转换模块输入端与传感器单元中的相应传感器连接，

每一继电器输入端与相应A/D转换模块或定位系统连接，

开关量输入输出模块与继电器双向连接，

每一预处理模块输入端通过串行端口与继电器输出端连接，

无线发射模块与预处理模块输出端连接；

计算单元包括无线接收模块、运算模块、发射模块，

无线接收模块与无线发射模块无线通信连接，

运算模块输入端与无线接收模块输出端连接，

发射模块与运算模块输出端连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，开关量输入输出模块包括开关量输入单元和开关量输出单元；其中

开关量输入单元包括若干开关量输入电路，

每一开关量输入电路包括输入隔离单元、输入光耦隔离单元、输入保护单元，

输入隔离单元输入端连接传感器，

输入光耦隔离单元输入端连接输入隔离单元输出端，

输入保护单元输入端连接输入光耦隔离单元输出端，

输入保护单元输出端连接运算单元；

开关量输出单元包括若干开关量输出电路，

每一开关量输出电路包括输出隔离电路、输出光耦隔离电路、输出保护电路，

输出隔离电路输入端接运算单元，

输出光耦隔离电路输入端接输出隔离电路输出端，

输出保护电路输出端接传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，开关量输入电路包括输入二极管、输入隔离电阻、输入光耦、输入保护电阻；其中

输入二极管阳极接传感器输出端，

输入二极管阴极接输入光耦阳极，

输入光耦阴极接输入隔离电阻第二引脚，

输入隔离电阻第一引脚接+24V，

输入光耦集电极接输入保护电阻第一引脚，

输入光耦发射极接地，

输入保护电阻第二引脚分别接VCC和运算单元。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，开关量输出电路包括PMOS管、第一输出隔离电阻、第二输出隔离电阻、输出光耦、输出保护电阻；其中

PMOS管漏极接+24V和第二输出隔离电阻第一引脚，

PMOS管源极接运算单元，

PMOS管栅极分别接第二隔离电阻第二引脚和第一隔离电阻第一引脚，

第一隔离电阻第一引脚接输出光耦集电极，

输出光耦发射极接地，

输出光耦阳极接地，

输出光耦阴极接输出保护电阻第二引脚，

输出保护电阻第一引脚接传感器。