一种模型火箭用多路无线点火控制器的制作方法

1.本实用新型属于固体火箭发动机点火装置的技术领域，具体涉及一种模型火箭用多路无线点火控制器。


背景技术：

2.模型火箭通常采用专用小型固体火箭发动机作为飞行的动力，当用于引燃模型火箭发动机药柱的点火头通过一定值的电流后，模型火箭发动机药柱则被引燃并产生高温、高压、高速燃气，从而推动模型火箭飞行。通常的模型火箭点火装置是由手持点火器通过点火线与模型火箭发动机内的点火头相连，当插入保险销并按下点火按钮后，电流通过点火线流过模型火箭发动机点火头，从而完成模型火箭点火。但这种点火器存在以下弊端：
3.(1)点火器通过点火线与模型火箭相连，为保证操作人员安全，点火线通常较长，且当需要发射多枚模型火箭时，需要多套点火线和点火器，不便于携带；
4.(2)当点火线长度过长时，点火线自身的阻值则不容忽视，当阻值过大时，流过点火头的电流可能不足，可能导致模型火箭发动机不能正常点火；
5.(3)一只点火器不能完成多枚模型火箭的点火控制，多枚火箭的点火则需要多人手持多只点火器才能完成；
6.(4)由于点火器是人为手动操作控制，当多枚模型火箭需要同时点火或间隔一定时间点火时，不同操作人员之间的人为操作误差不可避免，降低了模型火箭发射的观赏性。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种模型火箭用多路无线点火控制器，能够克服现有模型火箭有线点火控制器的缺点，提供一种体积小、重量轻且能够由一人完成多枚模型火箭点火控制的远距离无线点火控制器。
8.实现本实用新型的技术方案如下：
9.一种模型火箭用多路无线点火控制器，包括一个手持控制器与若干点火控制器，手持控制器通过无线收发模块与任一点火控制器进行通信。
10.进一步地，所述手持控制器包括主控单片机u1、触摸屏lcd、无线收发模块u2、三端稳压器u3以及外围电路；
11.手持控制器电路各部分连接关系如下：
12.触摸屏的背光控制线lcd_bl与主控单片机u1的一个i/o口连接；触摸屏的片选信号线lcd_cs与主控单片机u1的fsmc_ne4对应端口连接；触摸屏的命令/数据标志线lcd_rs与主控单片机u1的fsmc_a10对应端口连接；触摸屏的写数据线lcd_wr与主控单片机u1的fsmc_nwe对应端口连接；触摸屏的读数据线lcd_rd与主控单片机u1的fsmc_noe对应端口连接；触摸屏的16位数据线d0～d15分别与主控单片机u1的fsmc_d0～fsmc_d15对应端口连接；
13.无线收发模块的串口接收端usart_rx与主控单片机u1的串口发送端usart_tx对
应端口连接；无线收发模块的串口发送端usart_tx与主控单片机u1的串口接收端usart_rx对应端口连接；无线收发模块的模式选择线mod0、mod1分别与主控单片机u1的两个i/o口连接；
14.外部晶振y的两端分别通过两个谐振电容c2和c3接地后再接入主控单片机u1的os_in和os_out口；
15.电阻r1、电容c1和按键k1组成带rc滤波的外部复位按键后接入主控单片机u1的/reset端；
16.外部电源vin并联电容c4后接入三端稳压器u3的输入端，稳压后的电压vcc并联电容c5后由三端稳压器u3的输出端输出，为单片机、触摸屏、串口收发模块及外围电路供电；手持控制器电路的负端共地，均为gnd。
17.进一步地，任一点火控制器包括主控单片机u1_n、无线收发模块u2_n、8位拨码开关k3_n电路、高亮rgb三色led电路、短路保护继电器k1_n电路、点火继电器k2_n电路、点火电源v_n和可调限流电组rv_n；
18.点火控制器电路各部分连接关系如下：
19.无线收发模块的串口接收端usart_rx与单片机的串口发送端usart_tx对应端口连接；无线收发模块的串口发送端usart_tx与单片机的串口接收端usart_rx对应端口连接；无线收发模块的模式选择线mod0、mod1分别与单片机的两个i/o口连接；
20.8位拨码开关一端均并联接地gnd，另一端分别通过上拉电阻r1_n～r8_n上拉至电源vcc后接入单片机的八个i/o口；
21.光耦u4_n的输入正端串接限流电阻r16_n后接入单片机的一个i/o口，负端接地，输出集电极端接电源vcc，发射极串接限流电阻r17_n后与三极管q2_n基极相连，三极管q2_n发射极接地，集电极与点火继电器k2_n的线包串联接入电源vcc，并在线包两端反向并联续流二极管d2_n以消除反峰电压；
22.光耦u5_n的输入正端串接限流电阻r18_n后接入单片机的一个i/o口，负端接地，输出集电极端接电源vcc，发射极串接限流电阻r19_n后与三极管q1_n基极相连，三极管q1_n发射极接地，集电极与短路保护继电器k1_n的线包串联接入电源vcc，并在线包两端反向并联续流二极管d1_n以消除反峰电压；
23.三极管q3_n的基极通过限流电阻r10_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r13_n和rgb三色led红灯r_n后与电源vcc相连；
24.三极管q4_n的基极通过限流电阻r11_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r14_n和rgb三色led绿灯g_n后与电源vcc相连；
25.三极管q5_n的基极通过限流电阻r12_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r15_n和rgb三色led蓝灯b_n后与电源vcc相连；
26.外部晶振y_n的两端分别通过两个谐振电容c4_n和c5_n接地后再接入单片机的os_in和os_out口；
27.电阻r9_n、电容c1_n和按键k1_n组成带rc滤波的外部复位按键后接入单片机的/reset端；
28.外部电源vin并联电容c2_n后接入三端稳压器u3_n的输入端，稳压后的电压vcc并联电容c3_n后由三端稳压器u3_n的输出端输出，为单片机、串口收发模块、高亮rgb三色
led、继电器线包及外围电路供电；点火控制器电路的负端共地，均为gnd。
29.有益效果：
30.(1)本实用新型的无线点火控制器与模型火箭之间为无线通信，省去了传统点火器使用的点火线，可远距离无线控制模型火箭点火，方便、安全且便于携带；
31.(2)本实用新型的无线点火控制无需考虑点火线的阻值，且点火控制器可通过可调限流电阻调节点火电流，提高了不同型号模型火箭发动机点火控制的兼容性；
32.(3)本实用新型无需多人操作，仅由一人便可控制多枚模型火箭的点火，提高了多枚模型火箭点火的可操作性；
33.(4)本实用新型的多枚模型火箭的点火控制由点火控制器的单片机完成，可消除传统点火器人为手动操作按钮带来的点火时刻的误差，提高了模型火箭点火发射时刻的精度。
附图说明
34.图1为本实用新型结构示意图。
35.图2为本实用新型手持控制器硬件电路原理图。
36.图3为本实用新型点火控制器硬件电路原理图。
具体实施方式
37.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
38.本实用新型提供了一种模型火箭用多路无线点火控制器，如图1所示，包括一个手持控制器与若干点火控制器，手持控制器通过无线收发模块与任一点火控制器进行通信。
39.手持控制器以触摸屏作为人机交互的输入输出设备，通过触摸屏可选择需要控制的模型火箭，设置所选择模型火箭的点火延时时间，同时可以控制模型火箭点火保险的打开和关闭以及模型火箭的点火发射。
40.每一枚模型火箭配备一只点火控制器，每只点火控制器可事先由板载的8位拨码开关设置所连接模型火箭的编号。手持控制器与点火控制器之间的无线收发模块工作在透明广播模式，当手持控制器发送相应编号模型火箭的参数设置指令后，只有编号匹配的点火控制器才做出响应并存储当前设置的参数。
41.参数设置之前，点火控制器板载的高亮rgb三色led红灯常亮且点火保险关闭，模型火箭发动机处于短路保护状态；当接收到手持控制器发送的
“”
参数设置”指令并完成参数设置之后，高亮rgb三色led蓝灯闪烁；当接收到手持控制器发送的“打开点火保险
””
指令后，模型火箭发动机短路保护解除，高亮rgb三色led绿灯常亮；当接收到手持控制器发送的“点火
””
指令后，点火控制器控制模型火箭点火发射；当接收到手持控制器发送的“中止发射
””
指令后，模型火箭发动机恢复短路保护状态，高亮rgb三色led红灯常亮。
42.图2所示为手持控制器的电路原理图，手持控制器电路主要由主控单片机(u1，arm cortex
‑
m3内核mcu)、触摸屏(lcd)、无线收发模块(u2)、三端稳压器(u3)以及外围电路组成。
43.手持控制器电路各部分连接关系如下：
44.a)触摸屏的背光控制线(lcd_bl)与单片机的一个i/o口连接；触摸屏的片选信号
线(lcd_cs)与单片机的fsmc_ne4对应端口连接；触摸屏的命令/数据标志线(lcd_rs)与单片机的fsmc_a10对应端口连接；触摸屏的写数据线(lcd_wr)与单片机的fsmc_nwe对应端口连接；触摸屏的读数据线(lcd_rd)与单片机的fsmc_noe对应端口连接；触摸屏的16位数据线(d0～d15)分别与单片机的fsmc_d0～fsmc_d15对应端口连接；
45.b)无线收发模块的串口接收端(usart_rx)与单片机的串口发送端(usart_tx)对应端口连接；无线收发模块的串口发送端(usart_tx)与单片机的串口接收端(usart_rx)对应端口连接；无线收发模块的模式选择线(mod0、mod1)分别与单片机的两个i/o口连接；
46.c)外部晶振(y)的两端分别通过两个谐振电容(c2和c3)接地后再接入单片机的os_in和os_out口；
47.d)电阻r1、电容c1和按键k1组成带rc滤波的外部复位按键后接入单片机的/reset端；
48.e)外部电源vin并联电容c4后接入三端稳压器(u3)的输入端，稳压后的电压vcc并联电容c5后由三端稳压器(u3)的输出端输出，为单片机、触摸屏、串口收发模块及外围电路供电；手持控制器电路的负端共地，均为gnd。
49.触摸屏的操作界面主要由“模型火箭编号选择”下拉菜单、“点火延时参数设置”栏、“参数设置”按钮、“打开点火保险”按钮、“点火”按钮、“中止发射”按钮组成。通过触摸屏的相关操作即可无线发送点火控制参数和控制指令。
50.图3所示为点火控制器的电路原理图，不同点火控制器对应编号为n＝1～256，各点火控制器电路均相同，仅通过板载的8位拨码开关的不同状态区分不同点火控制器的编号(即所连接火箭模型的编号)。点火控制器(编号为n)电路主要由主控单片机(u1_n，arm cortex
‑
m3内核mcu)、无线收发模块(u2_n)、8位拨码开关(k3_n)电路、高亮rgb三色led(rgb_led_n)电路、短路保护继电器(k1_n)电路、点火继电器(k2_n)电路、点火电源(v_n)、可调限流电组(rv_n)组成，r_n为所连接的模型火箭发动机点火头。
51.点火控制器电路各部分连接关系如下：
52.a)无线收发模块的串口接收端(usart_rx)与单片机的串口发送端(usart_tx)对应端口连接；无线收发模块的串口发送端(usart_tx)与单片机的串口接收端(usart_rx)对应端口连接；无线收发模块的模式选择线(mod0、mod1)分别与单片机的两个i/o口连接；
53.b)8位拨码开关一端均并联接地(gnd)，另一端分别通过上拉电阻(r1_n～r8_n)上拉至电源vcc后接入单片机的八个i/o口；
54.c)光耦(u4_n)的输入正端串接限流电阻r16_n后接入单片机的一个i/o口，负端接地，输出集电极端接电源vcc，发射极串接限流电阻r17_n后与三极管q2_n基极相连，三极管q2_n发射极接地，集电极与点火继电器k2_n的线包串联接入电源vcc，并在线包两端反向并联续流二极管d2_n以消除反峰电压；
55.d)光耦(u5_n)的输入正端串接限流电阻r18_n后接入单片机的一个i/o口，负端接地，输出集电极端接电源vcc，发射极串接限流电阻r19_n后与三极管q1_n基极相连，三极管q1_n发射极接地，集电极与短路保护继电器k1_n的线包串联接入电源vcc，并在线包两端反向并联续流二极管d1_n以消除反峰电压；
56.e)三极管q3_n的基极通过限流电阻r10_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r13_n和rgb三色led红灯(r_n)后与电源vcc相连；
57.f)三极管q4_n的基极通过限流电阻r11_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r14_n和rgb三色led绿灯(g_n)后与电源vcc相连；
58.g)三极管q5_n的基极通过限流电阻r12_n与单片机的一个i/o口相连，发射极接地，集电极串接限流电阻r15_n和rgb三色led蓝灯(b_n)后与电源vcc相连；
59.h)外部晶振(y_n)的两端分别通过两个谐振电容(c4_n和c5_n)接地后再接入单片机的os_in和os_out口；
60.i)电阻r9_n、电容c1_n和按键k1_n组成带rc滤波的外部复位按键后接入单片机的/reset端；
61.j)外部电源vin并联电容c2_n后接入三端稳压器(u3_n)的输入端，稳压后的电压vcc并联电容c3_n后由三端稳压器(u3_n)的输出端输出，为单片机、串口收发模块、高亮rgb三色led、继电器线包及外围电路供电；点火控制器电路的负端共地，均为gnd。
62.由于每只点火控制器电路中均设计了一只8位拨码开关，当每一位拨码开关拨钮处于不同位置时，均对应相应单片机i/o口的高电平与低电平状态，因此，8位拨码开关可实现8个i/o口n＝28＝256种状态，即对应编号为n＝1～256的火箭模型。因此，通过手持控制器触摸屏的“模型火箭编号选择”下拉菜单即可选择需要设置参数的模型火箭编号。
63.通过触摸屏“点火延时参数设置”栏可设置相应编号模型火箭的点火延时参数，本设计可由点火控制器单片机定时器实现m＝0～1000s的点火延时时间。
64.当完成模型编号选择和点火延时时间设置后，点击“参数设置”按钮即可将所选模型火箭的编号数据和点火延时时间参数通过手持控制器的无线模块广播发送至所有点火控制器，只有编号与之对应的点火控制器才响应参数设置指令，并完成参数设置。参数设置之前，控制驱动点火控制器高亮rgb三色led红灯(r_n)的i/o口输出高电平，三极管(q3_n)导通，红灯常亮，控制短路保护继电器(k1_n)的i/o口输出低电平，光耦截止，三极管(q1_n)截止，短路保护继电器(k1_n)触点位于2点，模型火箭发动机处于短路保护状态；当接收到手持控制器发送的
“”
参数设置”指令并完成参数设置之后，控制驱动点火控制器高亮rgb三色led红灯(r_n)的i/o口输出低电平，三极管(q3_n)截止，红灯熄灭，同时控制驱动点火控制器高亮rgb三色led蓝灯(b_n)的i/o口输出高低电平变化的方波，三极管(q5_n)周期性导通，高亮rgb三色led蓝灯闪烁，同时点火控制器通过无线模块向手持控制器发送参数设置完成的指令，手持控制器触摸屏在“参数设置”按钮上方显示“n号火箭参数设置完成”的字样，表示编号为n的模型火箭参数设置完成。
65.依次完成编号为1～n的模型火箭参数设置后，所有模型火箭点火器的高亮rgb三色led均为蓝灯闪烁状态，点击手持控制器触摸屏的“打开点火保险”按钮后，手持控制器通过板载的无线模块透明广播发送“打开点火保险”指令，所有点火器接收到“打开点火保险”指令后，控制短路保护继电器(k1_n)的i/o口输出高电平，光耦导通，三极管(q1_n)导通，短路保护继电器(k1_n)触点位于1点，模型火箭发动机短路保护解除，同时，控制驱动点火控制器高亮rgb三色led蓝灯(b_n)的i/o口输出低电平，三极管(q5_n)截止，蓝灯熄灭，控制驱动点火控制器高亮rgb三色led绿灯(g_n)的i/o口输出高电平，三极管(q4_n)导通，高亮rgb三色led绿灯常亮，表示模型火箭发动机的短路保护已解除，可以进行点火发射。
66.此时，点击手持控制器触摸屏的“点火”按钮，手持控制器通过板载的无线模块透明广播发送“点火”指令，所有点火器接收到“点火”指令后，根据先前设置的点火延时时间
参数，在延时ms(m＝0～1000s)后控制点火继电器(k2_n)的i/o口输出100ms高电平脉冲，光耦导通100ms，三极管(q2_n)导通100ms，点火继电器(k2_n)触点由1点切换至2点并保持100ms，点火电源v_n为相连接的模型火箭发动机点火头提供100ms的点火电流(点火电流大小可事先根据模型火箭发动机点火头对发火电流的要求调节可调限流电阻rv_n实现)，从而完成n枚模型火箭的点火发射；当编号为n的模型火箭完成点火发射后，相应的点火控制器均恢复至参数设置前的状态，等待下次点火参数的设置与发射控制。
67.若在点火指令发出之前遇到紧急情况，可点击手持控制器触摸屏的“中止发射”按钮，手持控制器通过板载的无线模块透明广播发送“中止发射”指令，所有点火器接收到“中止发射”指令后，立刻控制短路保护继电器(k1_n)的i/o口输出低电平，光耦截止，三极管(q1_n)截止，短路保护继电器(k1_n)触点由1点切换回2点，模型火箭发动机恢复短路保护状态；同时控制驱动点火控制器高亮rgb三色led绿灯(g_n)的i/o口输出低电平，三极管(q4_n)截止，高亮rgb三色led绿灯熄灭，控制驱动点火控制器高亮rgb三色led红灯(r_n)的i/o口输出高电平，三极管(q3_n)导通，红灯常亮，表示模型火箭发动机处于短路保护状态；待紧急情况排除后即可重新打开模型火箭发动机的点火保险，并完成点火发射。
68.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。