[發(fā)明專利]一種基于FPGA的中小型火箭地面發(fā)射控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410520141.6
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104296605A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋佳;蔡國飆;施文杰;李小川;王倫
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F42B15/01
• 分類號: F42B15/01
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地面測試發(fā)射控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的中小型火箭地面發(fā)射控制裝置。

背景技術(shù)

FPGA(Field－Programmable?Gate?Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

地面發(fā)射控制系統(tǒng)是飛行器控制系統(tǒng)的重要組成部分，具有在飛行器測試過程中保護彈上設(shè)備、在發(fā)射前進行系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)定以及發(fā)射點火控制等功能，其性能直接決定了該飛行器的飛行效果。同時，作為飛行器地面發(fā)射控制裝置，要求其具有較高的可靠性、實時性、安全性等特點，從而保證飛行器的順利發(fā)射和人員安全。

現(xiàn)有的飛行器地面發(fā)射控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，不易移動，不能適應(yīng)機動發(fā)射的條件，在專利公開號CN102042122A的《便攜式火箭發(fā)動機地面試驗測量與控制系統(tǒng)》中介紹的火箭發(fā)動機地面控制系統(tǒng)，主要針對無制導(dǎo)系統(tǒng)火箭實現(xiàn)了火箭發(fā)動機地面試驗過程中的壓力、溫度、推力等試驗參數(shù)的采集，但對具有制導(dǎo)系統(tǒng)的火箭進行彈載控制系統(tǒng)檢測控制、彈上電氣系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、彈上設(shè)備供電時序控制、發(fā)動機控制、安全控制、系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸隔離控制等控制功能并不完善，且由于采用NIUSB數(shù)據(jù)采集和控制卡，難以對目標(biāo)進行可靠的遠程控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)發(fā)射控制系統(tǒng)體積大、測試功能單一、效率低、信號間干擾大、測試精度差等問題，提出一種基于FPGA的中小型火箭地面發(fā)射控制裝置。

一種基于FPGA的中小型火箭地面發(fā)射控制裝置，包括主控計算機，地面控制盒，以FPGA為核心的信號調(diào)理控制機箱和彈上設(shè)備。

其中，主控計算機包括人機交互界面和CP-134U-I/DB9M板卡，通過RS422通信接口接收和反饋信號，實現(xiàn)人機交互；地面控制盒主要包括兩個硬件開關(guān)S1和S2，用于系統(tǒng)的硬件控制；信號調(diào)理控制機箱包括PCB板和電源組合；PCB板包括以FPGA為核心的電平隔離轉(zhuǎn)換電路，系統(tǒng)復(fù)位電路，上電時序控制電路，電壓AD采集電路，RS422隔離轉(zhuǎn)換電路，RS422中繼電路和總供電電路中的電平轉(zhuǎn)換電路及相應(yīng)的濾波電路；電源組合在發(fā)射前為彈上設(shè)備提供地面供電。彈上設(shè)備包括彈上配電器，彈上電池組合和彈上電氣設(shè)備；要實現(xiàn)的功能有彈上設(shè)備地面供電、彈上電池激活、轉(zhuǎn)電、斷電、泄壓閥門控制及點火控制。

主控計算機通過RS422中繼電路與彈上電氣設(shè)備實現(xiàn)RS422通訊，完成對彈上電氣設(shè)備的監(jiān)測和電氣系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控。

PCB板中FPGA采用XC3S250E-5TQ144C芯片，通過ADM2582芯片接收主控計算機的指令并解析，通過以74LVC164245芯片為核心的電平隔離轉(zhuǎn)換電路完成對外圍控制電路的驅(qū)動，實現(xiàn)相應(yīng)的控制任務(wù)；系統(tǒng)復(fù)位電路主要由芯片LTC2904/5完成，能夠在系統(tǒng)上電瞬間產(chǎn)生復(fù)位信號，完成對XC3S250E-5TQ144C芯片的復(fù)位功能。

上電時序控制電路采用以XC3S250E-5TQ144C為主控芯片，主要由AQY275和AQY282芯片組成，通過主控計算機向FPGA發(fā)送彈上設(shè)備地面供電、彈上電池激活、轉(zhuǎn)電、斷電、開啟泄壓閥門輸出以及點火輸出的控制指令，F(xiàn)PGA對指令進行解析后，通過外圍控制電路，完成相對應(yīng)的功能。

電壓AD采集電路主要由光耦繼電器組、RC濾波電路、運放、AD采集芯片、電平隔離轉(zhuǎn)換芯片組成；以AD7895-10采集芯片為核心，包括AQY215芯片、TL061BCD芯片、ADR381芯片和ADuM1412芯片，完成對彈上電池的輸出電壓的采集功能；光耦繼電器采用AQY282芯片；

具體是由主控計算機向FPGA發(fā)出彈上電池電壓采集指令，通過FPGA控制光耦繼電器組的通斷把待測電池電壓引入采集電路，通過控制AD采集芯片完成對待測電壓AD轉(zhuǎn)換，并把采集結(jié)果輸出給FPGA，F(xiàn)PGA把采集結(jié)果通過RS422總線送給主控計算機顯示，完成對彈上電池電壓的AD采集和顯示。

RS422中繼電路共兩路，分別采用不同的設(shè)計方案。第一種RS422中繼電路設(shè)計方案采用以MAX490和ADuM1201芯片為核心，第二種RS422中繼電路設(shè)計方案采用以MAX490、ADuM2582芯片為核心。兩種方案都無須主控芯片參與，能夠由硬件自動完成主控計算機與彈上設(shè)備的RS422通信轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)主控計算機與彈上電氣設(shè)備的通信。