一种火箭点火控制系统的制作方法

本发明属于火箭点火装置技术领域，特别是一种安全、可靠的火箭点火控制系统。

背景技术：

火箭点火技术是在各类战术火箭、导弹和炮弹中应用广泛应用的固体推进火箭的重要内容。

火箭尾部点火由于具有安装、检测方便等优点，在自由装填、端面燃烧装药的固体火箭发动机中获得了广泛的应用。其中电点火的原理是通入一定电流后，点火电阻产生热量，使点火药不断升温并发生放热化学反应，进一步加速点火药的升温，直到点火药点着。这种点火方式具有质量轻，体积小，散热快，升温快等优点。

但是，由于现有技术对点火头两端的电阻值缺乏实时测量，点火倒计时功能不完备，使得由于静电、瞬间上电以及硬件初始化阶段均可能导致点火电路误动作，点火控制工作不可靠，常导致的误点火或发出点火指令却无法点火的现象，引起事故，严重危害人员及设备的安全。

因此，现有技术存在的问题是：火箭点火控制可靠性差，点火不安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种火箭点火控制装置，安全性好、可靠性高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种火箭点火控制装置，包括：

逻辑电路单元，用于切换和控制电阻测量单元和倒计时控制单元的工作状态，并实现急停和电路保护；

电阻测量单元，用于测量点火头两端的电阻值；

倒计时控制单元，用于设定点火倒计时及控制点火头点火；

供电单元，用于为电阻测量单元和倒计时控制单元供电；

所述逻辑电路单元分别与电阻测量单元和倒计时控制单元电连接，所述供电单元分别与电阻测量单元和倒计时控制单元电连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、可靠性高：本发明在点火前实时测量点火头两端的电阻值，判断点火头是否为完整回路，提高了点火的可靠性；

2、安全性好：通过手动、自动结合的方式，通过短路保护和急停装置，保证了火箭点火的安全性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明火箭点火控制装置结构框图。

图2为图1中逻辑电路单元的电路图。

图3为图1中电阻测量单元的电路图。

图4为图1中倒计时控制单元中继电器控制电路的电路图。

图5为图1中倒计时控制单元中D触发延时电路的电路图。

图6为本发明火箭点火控制装置的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明火箭点火控制装置，包括：

逻辑电路单元1，用于切换和控制电阻测量单元2和倒计时控制单元3的工作状态，并实现急停和电路保护；

电阻测量单元2，用于测量点火头两端的电阻值；

倒计时控制单元3，用于设定点火倒计时及控制点火头点火；

供电单元4，用于为电阻测量单元2和倒计时控制单元3供电；

所述逻辑电路单元1分别与电阻测量单元2和倒计时控制单元3电连接，所述供电单元4分别与电阻测量单元2和倒计时控制单元3电连接。

所述电阻测量单元2为二个21、22，所述倒计时控制单元3为二个31、32，互为备份。

测电阻电路用来测量点火头电阻，为了防止点火头出现问题，或者连接不畅通，测电阻电路工作时还应当注意，此时流过点火头的电流不能超过10mA，防止点火头的误点。继电器控制电路用来控制点火，可以给工作人员直观的读出倒计时秒数，同时能够发出一个控制数采卡的触发信号，触发信号与点火信号的同步误差率要小于1ms。外围逻辑电路系统主要是用来对点火控制器的安全做贡献的，逻辑电路主要包括急停电路以及短路保护电路，很好的保证了点火头的安全点火，保障了点火现场工作人员的安全。

如图2所示，所述逻辑电路单元1包括主开关11、急停开关12、通道选择开关13、模式选择开关14，所述主开关11一端与外接电源相连，其另一端与急停开关12的一端相连，所述通道选择开关13的输入端与急停开关12的另一端相连，其第一输出端与第一电阻测量单元21和第一倒计时控制单元31的输入端相连，其第二输出端与第二电阻测量单元22和第二倒计时控制单元32的输入端相连，所述模式选择开关14的输入端同时与通道选择开关13的第一输出端和第二输出端相连，其输出端分别与30V功率继电器和电阻测量单元2的负端相连。

点火控制器的逻辑电路控制着各模块的工作状态，外部逻辑电路包含有众多按钮开关。由逻辑电路的无自锁的触发开关触发，内部电源模块的开关电源可以给所有继电器供电，在供电的情况下，按下逻辑电路的触发开关后，点火控制器的继电器控制模块的时间继电器会有一个倒计时显示，在倒计时完成后，点火器会发出点火信号，和数据采集的触发信号。同时这个逻辑电路还有短路保护装置和急停装置，在点火控制器出问题时可以及时停止。点火器拥有双通道的点火器，通过通道选择按钮控制选择其中任意一个通道单独工作。在一条通道损坏的情况下，仍然用另外一条通道来完成点火工作。

逻辑电路的短路保护电路是利用在点火线中增加两对常闭开关，来实现短路保护功能的。当开关闭合，将点火线短路起来，于是，就没有电流能够送到点火头上，使得即使按照操作，按下点火按钮也无法使得点火头点火。这样，在点火控制器闲置时，即使由于电路老化，或者焊接不牢导致的点火线与点火电源相连，或者因为无意的按下点火开关，都不会导致点火头的点火，大大降低了火箭发动机的误点概率，保证了场地与人员的安全。

如图3所示，所述第一电阻测量单元21包括集成电路ICL7107、第一电阻R7、第二电阻R9、第三电阻R10、第四电阻R11、第五电阻R13、第六电阻R14、第七电阻R20、第一电容C1、第二电容C3、第三电容C4、第四电容C6，

所述第一电阻R7一端接集成电路ICL7107的OSC239端，另一端接OSC140端，所述第一电容C1一端接集成电路ICL7107的OSC338端，另一端接OSC140端，

所述第三电阻R10一端接5V+电源，另一端通过第二电阻R9与集成电路ICL7107的REFF HI36相连，

所述第四电阻R11一端接集成电路ICL7107的REFF LO35端，另一端IN HI31端，所述第六电阻R14一端接集成电路ICL7107的IN HI31端，另一端一方面通过第五电阻R13接于第二电阻R9与第三电阻R10之间，另一方面与待测点火头R的一端相连，

所述第二电容C3一端接集成电路ICL7107的CREF+34端，另一端接CREF-33端，

所述第七电阻R20一端与集成电路ICL7107的BUFF28端相连，另一端通过第三电容C4与集成电路ICL7107的A-Z29端相连，

所述第四电容C6一端与集成电路ICL7107的INT27端相连，另一端接在第七电阻R20与第三电容C4之间，

所述集成电路ICL7107的COMMON32端与IN LO30端并联后与待测点火头R的另一端相连。

所述模块可以直接测量出点火具的阻值。当外围逻辑电路按下启动按钮，点火控制器带电工作，拨动开关选择测电阻模块，测电阻模块上电工作。测电阻模块电路板选用了集成电路ICL7107，这是一款运用十分广泛的集成电路，当ICL7107的输入端口30NIHI、31NI LO两个接口是的输入端有电压输入，则ICL7107直接连接的数码显示管可以将这个电压显示出来。基准电压正端36脚和输入端口31脚直接与一个100kΩ的电阻相连，而点火头电阻一般都很小，其他串联电阻的阻值都不超过1kΩ，所以我们可以认为流入基准电压正端36与输入端口31脚的电流相等，即输入到基准电压正端36脚与输入端口31脚的压差就是电路中电阻R11 1000Ω两端的电压，36端为参考电压，通过比值就可以得到所要测量的电阻阻值大小，通过调整电路中其他电阻的大小，可以让电阻阻值与其两端电压值在数值上相等，电阻单位为Ω，电压单位为mV。

为了在点火之前，出于安全考虑，检测一下点火头的电阻是不是在理想范围内，是不是没有因为外界原因而损坏，所以我们只需要保证测得的电阻阻值在一定误差范围内，不能与实际偏差太大。因此，对该测量电阻系统电路做了一些数据测量与分析，当电阻阻值不大于300Ω时，相对误差都小于5％，可以认为测得的阻值与实际阻值相符，是一个准确值，当电阻损坏或点火头连接断开时我们都可以一眼看出电阻阻值的变化，所以设计出来的测电阻电路是可以实现我们的测电阻功能的。

如图4所示，所述第一倒计时控制单元31包括继电器控制电路和D触发延时电路，

所述继电器控制电路包括第一固态继电器311、第二固态继电器312和时间继电器313，

所述第二固态继电器312的ope1端与同时与第一固态继电器311的公共端3及时间继电器313的电源负端2相连，

所述第二固态继电器312的公共端3和电源1并联后通过按钮开关S1与第一固态继电器311的公共端3相连，

所述第二固态继电器312的ck2端与时间继电器313的P端相连，

所述第二固态继电器312的公共端端与时间继电器313的控制端端相连；

如图5所示，所述D触发延时电路包括第一D触发器315、第二D触发器316、第一极性电容C11、第二极性电容C12、第一滑动变阻器CR1和第二滑动变阻器CR2，

所述第二D触发器316的C端接第一D触发器315的Q端，其R端通过第二极性电容C12接地，

所述第二滑动变阻器CR2的滑动端同时与第二D触发器316的Q端和待测点火头的一端相连，所述第二滑动变阻器CR2的一固定端与第二D触发器316的R端相连；

所述第一D触发器315的R端通过第一极性电容C11接地，

所述第一滑动变阻器CR1的滑动端与第一D触发器315的Q端相连，所述第一滑动变阻器CR1的一固定端与第一D触发器315的R端相连。

所述继电器控制电路包含时间继电器控制电路，延时复位电路，触发信号输出电路，系统供电电路和点火信号输出电路。时间继电器控制电路有时间继电器和双路继电器组成，由系统的电源电路提供12V电源；延时复位电路由两个D触发器组成，点火信号输出电路主要有电路板上的继电器和箱体底部的功率继电器组成。延时复位电路和部分时间继电器控制电路及点火触发信号电路制作焊接在pcb电路板上。时间继电器安装在箱体正面板上。点火触发信号电路控制安装在箱体底部的功率继电器。

逻辑电路中点火开关按钮是一个无自锁的常开开关，当它闭合的那一瞬间，整个电路便开始工作，时间继电器开始倒计时，计时完成后会给延时复位电路和点火电路分别发出两个高电平信号，继电器控制电路收到点火信号后，控制后续的功率继电器，使其闭合完成点火，而延时电路收到上升沿信号后，会给触发信号输出电路一个高电平信号，经过已知的一段时间后，会给之前的时间继电器控制电路送出一个复位信号。整个电路中点火开关是唯一的输入信号，输出为点火控制信号，和触发信号。点火控制信号用于控制功率继电器的通断，来实现点火，触发信号是传给计算机，用作于数据采集中坐标轴的零点。

所述电源模块包含220V交流电转为12V的直流电的开关电源，该器件安装在箱体底部，将12V电源装变为±5V的电源电路，该电路焊接在各pcb电路板上，有L7805和电容组成。用一个正电压稳压器L7805，通过输入一个+12V的电压，可以从输出端得到4.75-5.25V的电压，通过后续的两个电容组成的滤波电路，可以得到电压值为5V的直流电压，可以满足测电阻电路的需求，L7805这种正电压稳压器使用方便可靠，并且价格便宜。通过小功率极性反转电源转换器ICL7660s，输入一个由前方电路产生的+5V电压，可以获得一个-5V电压，满足了电路对电压的要求。

整个测电阻电路由点火控制器中的开关电源供电，电压为12V直流电，直接与测电阻电路的VCC12与地相连。由于测电阻电路不仅需要12V的直流电压，还需要正负5V的直流电压，设计了一个12V转5V电压的电路；以及将5V电压转换为-5V电压。两个大小分别为0.1μF和47μF的极性电容为了将开关电源中可能残留的交流信号短路掉，并且使电板不会突然断电，起到了保护电路的作用。

如图6所示，本发明的操作过程如下。

将点火控制仪正确与实验装备接线安装好后，外接供电220V，正常给点火控制器供电，打开钥匙电源开关，弹起急停开关，确保仪器处于上电状态；经通道选择开关选择启动通道，后选择工作模式，提前设定好倒计时器件和的点火倒计时时间。假设选择通道一，第一次使用时，须先测量点火头回路电阻。将通道选择开关转至通道一，测电阻电路通道一得电，通道一电阻输入接口转至电阻测量端，点火回路连接线将接至电阻输入端口，此时电阻显示窗口应有显示点火回路电阻值，若无电阻显示值(>20欧姆)，说明外接点火装置出现问题，应检查点火回路是否完好；待需要点火时，将工作模式开关切换至点火方式挡，内部电路逻辑电路控制，测量电阻电路会自动断电，调节点火延迟时间，时间继电器自带显示器，显示出通道I倒计时时间，等待点火命令；收到点火命令后，按下点火按钮，开始倒计时，计时到后进行点火。可随时按下急停按钮进行急停。通道二同理。

正向电源接入电源开关，后与急停开关串联，形成一个机械保护。正向电源流经急停开关后，经通道选择开关，通道选择是两对常开常闭开关组成，不仅实现了通道一、二的选择，同时实现两路测电阻输出的隔离。正向电源经通道选择后，进入模式选择，可选择点火模式和测量模式。在进入点火模式时，测电阻输出断开，与此同时，按下点火按钮，点火倒计时开始。短路保护是两路测电阻正输出端经通道选择隔离开后，并联接入短路保护的常开开关。另一对开关接测电阻负输出端和功率继电器30V输出端。在解除短路保护时，直接输出测电阻阻值和30V电压。但短路保护时，常开开关变为常闭，再有导线短接，形成输出端短路电路，起到隔离的功能。

该点火控制器确实能起到控制点火的作用。经测试，当测电阻电路工作时，流过点火头的电流2.73mA，符合小于10mA的要求，由于点火电压为外界直流电源提供，所以只要保证外界电源电压小于30V即可，当点火电压为30V时，点火电流为7.51A，同步误差小于1ms，即点火信号与触发信号间隔要小于1ms，符合设计要求。