CN215893690U - 一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，其包括：电容式液位传感器、PT100铂电阻、电源模块、传感器节点转发模块、无线接收模块，所述电源模块为系统供电，所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻分别为系统提供液位信号和温度信号，所述传感器节点转发模块分别从所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻采集箭上加注系统液位、温度信号，并转发给所述无线接收模块。本实用新型实现了液体运载火箭的加注系统的无线测试，将传感器通过LORA网络连接起来，可以避免使用有线传输方式存在的诸如电缆和接插件较重、易损坏等弊端，改进效果明显。

Description

一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统

技术领域

本实用新型涉及运载火箭的无线测试领域，特别地，涉及一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统。

背景技术

随着新一代运载火箭向快速化、轻质化测发发展，无线传感测量技术应运而生。应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统是将液位、温度参数采集、处理、转发集成在一个传感器节点转发模块中，通过相应的无线接收模块实现对液位、温度的测量与控制。

与运载火箭现有的测试技术相比，应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统避免了运载火箭在发射前期准备工作量大、电缆重等弊端，降低了线缆故障率，有利于成本控制及效率提升，且在后续加注测试中具有较大的应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，简化火箭电缆网设计，减少电缆重量，进而实现火箭轻质化、快速化测发。

具体而言，本实用新型提供了一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，其包括：电容式液位传感器、PT100铂电阻、电源模块、传感器节点转发模块、无线接收模块，

所述电源模块为系统供电，所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻分别为系统提供液位信号和温度信号，所述传感器节点转发模块分别从所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻采集箭上加注系统液位、温度信号，并转发给所述无线接收模块。

进一步的是，所述传感器节点转发模块包括温度采集模块、升压模块、主控模块、和发送模块，所述温度采集模块接收所述PT100铂电阻的温度信号，实现热敏电阻至数字信号的高精度转换，所述升压模块通过电压变换输出直流电，给所述电容式液位传感器供电，所述主控模块具备数字量通信、供电转发及对其他模块使能的功能，接收分别来自所述电容式液位传感器和所述温度采集模块的箭上加注系统液位、温度信号并发送给所述发送模块，并且分别给温度采集模块和升压模块提供5V直流电，所述发送模块具备无线信号转发功能。

进一步的是，所述升压模块具备电压转换功能，对所述电源模块输入电压进行升压及稳压，将5V直流电转12V直流电，给所述电容式液位传感器供电，所述主控模块采用单片机C8051F040，所述温度采集模块使用MAX31865。

进一步的是，所述发送模块及所述无线接收模块之间通过LORA通讯模块进行信息交互，完成数据采集及合并转发，通过LORA网络实现加注液位、温度信息测量及无线通信。

进一步的是，所述传感器节点转发模块的各子模块即温度采集模块、升压模块、主控模块、和发送模块之间通过印制板安装和板间电连接器进行供电和通信。

进一步的是，所述主控模块对所述温度采集模块的温度、电容式液位传感器的液位信息进行处理、组帧，并控制所述发送模块进行转发。

进一步的是，所述无线接收模块使用印制板安装型继电器进行氧/燃箱的液位、温度信号的转发控制。

进一步的是，所述的上位机界面模块具备液位、温度参数读取、解析及显示能力，直观的获得各节点的液位、温度参数以及变化趋势，同时具备存储功能，可以实现对各节点曲线的回放。

进一步的是，所述无线接收模块主要包括无线接收电路、RS232转发电路、继电器开关输出接口、供电接口、上位机界面模块，所述RS232转发电路在印制板上采用24个继电器实现分别实现火箭1、2、3级的氧箱、燃箱液位控制。

进一步的是，所述无线接收电路采用芯片SX1278实现串口收发，通信接口采用UART，通信距离2KM以上，满足加注无线测量需求，无线接收模块接收LORA网络内无线加注液位、温度传感器节点的实时数据，并进行存储、处理、显示。

本实用新型实现了液体运载火箭的加注系统的无线测试，将传感器通过LORA网络连接起来，可以避免使用有线传输方式存在的诸如电缆和接插件较重、易损坏等弊端，改进效果明显。

附图说明

图1为本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的一实施例的架构示意图；

图2为本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的一实施例的框图；

图3为本实用新型的升压模块的一实施例的布局示意图；

图4为本实用新型的温度采集模块的一实施例的布局示意图；

图5为本实用新型的主控模块的一实施例的布局示意图；

图6为本实用新型的无线接收模块的一实施例的布局示意图；

图7为本实用新型的上位机界面模块的一实施例的布局示意图。

附图标记说明：

1：传感器节点转发模块；2：电源模块；3：电容式液位传感器；4：PT100铂电阻；5：无线接收模块；11：升压模块；111：供电输入口；112：升压电路；113：稳压电路；114：供电输出口；12：温度采集模块；121：主控模块接口；122：数字温度变换电路；123：参考电阻；124：铂电阻接口；13：主控模块；131：温度采集模块接口；132：MCU；133：升压模块接口；134：液位传感器接口；135：无线模块接口；14：转发模块；51：无线接收电路；52：RS232转发电路；53：继电器开关输出接口；54：供电接口；55：上位机界面模块；551：串口设置模块；552：读缓存区入队列模块；553：数据处理模块；554：液位显示模块；555：温度显示模块；556：创建文件模块；557：写入文本模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的具体实施方式做详细说明。

图1为本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的一实施例的架构示意图。参考图1，本发明的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统包括电容式液位传感器、PT100铂电阻、电源模块、传感器节点转发模块、无线接收模块。电源模块为系统供电。电容式液位传感器、PT100铂电阻分别为系统提供液位信号和温度信号。传感器节点转发模块分别从电容式液位传感器、PT100铂电阻采集箭上加注系统液位、温度信号，并转发给无线接收模块。

传感器节点转发模块包括温度采集模块、升压模块、主控模块、和发送模块。温度采集模块接收PT100铂电阻的温度信号，实现热敏电阻至数字信号的高精度转换。升压模块可以通过电压变换输出直流电，给电容式液位传感器供电。升压模块可以具备电压转换功能，对电源模块输入电压进行升压及稳压，可以将5V直流电转12V直流电，给电容式液位传感器供电。在该实施例当中，主控模块采用单片机C8051F040，接收分别来自电容式液位传感器和温度采集模块的箭上加注系统液位、温度信号并发送给发送模块，并且分别给温度采集模块和升压模块提供5V直流电。

无线接收模块在加注后测试模式下进行测试，将无线接收的数据USB转RS232接入RS232口，并具有24个继电器，分为Y1R1、Y1R2和Y3R3这三组，通过12V供电接口为继电器供电。

所述传感器节点转发模块具备同时进行2路液位、2路温度的模拟量采集和数字量变换能力，可用于传感器信号采集和数字信号通信，并且具备无线通信功能，可将箭上加注系统液位、温度信号无线转发给无线接收模块，具备对加注量及温度的控制。

图2为本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的实施例的框图。参考图2，本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统包含传感器节点转发模块1、电源模块2、电容式液位传感器3、PT100铂电阻4、无线接收模块5。

所述传感器节点转发模块1为方形模块结构，产品内部主要包括温度采集模块12、升压模块11、主控模块13、发送模块14。所述温度采集模块12可以使用MAX31865。所述传感器节点转发模块1的各子模块(发送模块14、主控模块13、温度采集模块12和升压模块11)之间通过印制板安装和板间电连接器进行供电和通信。所述发送模块14具备无线信号转发功能。

所述电源模块2为无线加注液位温度测量系统供电，具备反复充、放电功能，还可监视电源模块电量状态。所述电源模块2也可以是为全箭电气系统供电的电源。电源模块2还可具备USB口充电能力。

所述电容式液位传感器3实现氧箱、燃箱的液位测量，为系统提供液位参数。所述PT100铂电阻4实现氧箱、燃箱的温度测量，为系统提供温度模拟量。无线接收模块5采用SX1278实现LORA网络内的参数传输。

以上为本实用新型的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统的整体的简要概述。以下对各部分进行具体描述。

图3为本实用新型的升压模块的一实施例的布局示意图。参考图3，升压模块11包括供电输入口111、升压电路112、稳压电路113和供电输出口114。供电输入口111连接至主控模块13，接收供电。供电输出口114与电容式液位传感器3相连，为电容式液位传感器3供电。升压模块11将来自供电输入口111的输入电压通过升压电路112和稳压电路113升压和稳压，并通过供电输出口114输出电压。

供电输入口111的输入电压范围为3V-32V，输入电流最大4A，满足电源模块5V输入要求。供电输出口114输出电压范围5V-34V，实际输出电压12V。升压模块11的输入输出口均通过导线引出。

在优选实施例中，升压电路112采用XL6009芯片，具有高开关频率，可达400KHz，通过芯片内部的PWM信号控制电感通断时间实现电压调节。在优选实施例中，稳压电路113采用精密电位器与电阻串联，通过旋转电位器进行输出稳压调节，使得输出电压稳压至12V。

图4为本实用新型的温度采集模块的一实施例的布局示意图。参考图4，本实用新型实施例中，温度采集模块12包括主控模块接口121、数字温度变换电路122、参考电阻123、和铂电阻接口124等部分。

数字温度变换电路122实现热敏电阻至数字输出转换，数字信号后经主控模块接口121传输至主控模块13。在优选实施例中，在采用PT100铂电阻的情况下，参考电阻选用400Ω，ADC产生的数字输出等于RTD电阻与参考电阻的比值。

所述温度采集模块12可以为高精度温度采集模块，具有高精度温度变换等功能，并支持多路温度信号采集。在优选实施例中，温度采集模块12的核心芯片采用MAX31865，实现热敏电阻至数字输出转换，并具有高达±45V的过压保护。温度采集模块12通过SPI总线实现串行数据的输入、输出，通过CS引脚决定输入启动和终止数据传输。

图5为本实用新型的主控模块的一实施例的布局示意图。参考图5，本实用新型实施例中，主控模块13包括温度采集模块接口131、MCU 132、升压模块接口133、液位传感器接口134、无线模块接口135等部分。

所述主控模块13具备数字量通信、供电转发及对其他模块使能的功能。主控模块13对温度采集模块12的温度、电容式液位传感器3的液位信息进行处理、组帧，并控制发送模块14进行转发。

在优选实施例中，主控模块13具备总线通信及对发送模块14的控制功能，主控模块13与液位、温度传感器经过I/O口及SPI总线通信获取液位温度信息，经UART控制无线通信模块即发送模块14将数据发送至无线接收模块5。

在优选实施例中，主控模块13的核心芯片采用C8051F040单片机，具备内部模块的初始化及无线模块的睡眠和唤醒等功能。主控模块13具备对电容式液位传感器3、温度采集模块12的液位、温度信息处理、组帧能力。主控模块13具备5V及3.3V供电方式，其中3.3V主要为C8051F040单片机供电。

图6为本实用新型的无线接收模块的一实施例的布局示意图。参考图6，所述无线接收模块5主要包括无线接收电路51、RS232转发电路52、继电器开关输出接口53、供电接口54、上位机界面模块55。

传感器节点转发模块1的发送模块14及无线接收模块5之间通过LORA通讯模块进行信息交互，完成数据采集及合并转发，由此系统的前端和后端通过LORA网络实现加注液位、温度信息测量及无线通信。

无线接收电路51接收LORA网络中的液位、温度参数，并在上位机界面模块55处显示，通过USB转RS232线缆发送继电器开关信号至RS232转发电路52，通过继电器开关输出接口53将信号转发至后端总控台实现加注量控制。

无线接收模块5使用印制板安装型继电器进行氧/燃箱的液位、温度信号的转发控制。RS232转发电路52在印制板上采用24个继电器实现分别实现火箭1、2、3级的氧箱、燃箱液位控制。上位机界面模块55具备同时显示液位、温度信息的能力，采集数据速率达0.6s。

在优选实施例中，RS232转发电路52的24路继电器选用欧姆龙G6CK-1114P型磁保持继电器，继电器通断指令通过上位机界面模块55发出，可以继续或停止加注。

在优选实施例中，无线接收电路51采用芯片SX1278实现串口收发，通信接口采用UART，通信距离2KM以上，满足加注无线测量需求。无线接收模块5接收LORA网络内无线加注液位、温度传感器节点的实时数据，并进行存储、处理、显示。

供电接口54可以提供12V及3.3V输入，12V直流电为24路继电器供电，3.3V直流电位无线接收电路供电。

图7为本实用新型的上位机界面模块的一实施例的布局示意图。参考图7，上位机界面模块55包括串口设置模块551、读缓存区入队列模块552、数据处理模块553、液位显示模块554、温度显示模块555、创建文件模块556、写入文本模块557等部分。串口设置模块551主要用于选用串口；读缓存区入队列模块552将串口数据传输至队列，并通过数据处理模块553、液位显示模块554、温度显示模块555进行数据读取及显示；写入文本模块557生成存储文件，用于后续回放显示。

上位机界面模块55主要配合无线接收模块5实现温度、液位参数的接收与显示。上位机界面模块55采用LabVIEW编写。

在优选实施例中，上位机界面模块55具备液位、温度参数读取、解析及显示能力。LabVIEW的上位机界面模块55可以直观的获得各节点的液位、温度参数以及变化趋势，同时具备存储功能，可以实现对各节点曲线的回放。

上位机界面模块55还可以具备写入文本及后续回放能力。基于LabVIEW的上位机界面模块55可获得各节点的液位、温度参数以及变化趋势，数据按时间节点进行存储，事后可以实现对各节点曲线的回放。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方法，应当指出，对于本技术领域内的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，其包括：电容式液位传感器、PT100铂电阻、电源模块、传感器节点转发模块、无线接收模块，

所述电源模块为系统供电，所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻分别为系统提供液位信号和温度信号，所述传感器节点转发模块分别从所述电容式液位传感器、所述PT100铂电阻采集箭上加注系统液位、温度信号，并转发给所述无线接收模块。

2.根据权利要求1所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述传感器节点转发模块包括温度采集模块、升压模块、主控模块、和发送模块，所述温度采集模块接收所述PT100铂电阻的温度信号，实现热敏电阻至数字信号的高精度转换，所述升压模块通过电压变换输出直流电，给所述电容式液位传感器供电，所述主控模块具备数字量通信、供电转发及对其他模块使能的功能，接收分别来自所述电容式液位传感器和所述温度采集模块的箭上加注系统液位、温度信号并发送给所述发送模块，并且分别给温度采集模块和升压模块提供5V直流电，所述发送模块具备无线信号转发功能。

3.根据权利要求2所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述升压模块具备电压转换功能，对所述电源模块输入电压进行升压及稳压，将5V直流电转12V直流电，给所述电容式液位传感器供电，所述主控模块采用单片机C8051F040，所述温度采集模块使用MAX31865。

4.根据权利要求2所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述发送模块及所述无线接收模块之间通过LORA通讯模块进行信息交互，完成数据采集及合并转发，通过LORA网络实现加注液位、温度信息测量及无线通信。

5.根据权利要求2所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述传感器节点转发模块的各子模块即温度采集模块、升压模块、主控模块、和发送模块之间通过印制板安装和板间电连接器进行供电和通信。

6.根据权利要求2所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述主控模块对所述温度采集模块的温度、电容式液位传感器的液位信息进行处理、组帧，并控制所述发送模块进行转发。

7.根据权利要求1所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述无线接收模块使用印制板安装型继电器进行氧/燃箱的液位、温度信号的转发控制。

8.根据权利要求1所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述无线接收模块主要包括无线接收电路、RS232转发电路、继电器开关输出接口、供电接口、上位机界面模块，所述RS232转发电路在印制板上采用24个继电器实现分别实现火箭1、2、3级的氧箱、燃箱液位控制。

9.根据权利要求8所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述的上位机界面模块具备液位、温度参数读取、解析及显示能力，直观的获得各节点的液位、温度参数以及变化趋势，同时具备存储功能，可以实现对各节点曲线的回放。

10.根据权利要求8所述的应用于液体运载火箭的无线加注液位温度测量系统，其特征在于，所述无线接收电路采用芯片SX1278实现串口收发，通信接口采用UART，通信距离2KM以上，满足加注无线测量需求，无线接收模块接收LORA网络内无线加注液位、温度传感器节点的实时数据，并进行存储、处理、显示。

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