一种基于总线的可实时配置的火工品激活装置及激活方法与流程

本发明涉及火工品激活，特别是涉及一种基于总线的可实时配置的火工品激活装置及激活方法。

背景技术：

火工品激活装置作为发射控制系统核心部件，主要负责完成飞行器上火工品激活。目前，火工品激活装置均针对不同飞行器火工品特性进行特定电路硬件设计，设计后无法更改，通用性差，可重构性差；同时激活脉冲产生均通过外接计算机进行逻辑控制，系统庞大复杂，灵活性较差。

因此，需要提供一种新型的火工品激活装置及设计方法，能够灵活配置不同的飞行器，以实现控制火工品的激活，同时该装置及设计方法需要满足结构简单通用性强的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于总线的可实时配置的火工品激活装置及激活方法，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面公开了一种基于总线的可实时配置的火工品激活装置，该装置包括：控制器、继电器电阻矩阵电路、总线接口电路和激活脉冲检测电路；

所述控制器，用于通过总线接口电路接收控制指令，基于所述控制指令控制所述继电器电阻矩阵电路通过切换继电器矩阵开关而改变火工品激活通道回路的阻值，以形成用于分别对不同飞行器中多路火工品进行激活的多个激活通道，并控制所述激活脉冲检测电路对所述多个激活通道的电压信号和电流信号进行检测。

优选地，所述继电器电阻矩阵电路包括：火工阻值配置电路和继电器控制电路，

所述继电器控制电路，用于在控制器的控制下，对所述火工阻值配置电路进行配置；

所述火工阻值配置电路，用于在所述继电器控制电路的控制下配置出火工品激活通道回路的阻值，用以实现通过不同阻值的激活通道发射不同的脉冲信号。

优选地，所述火工品激活装置还包括：用于对所述火工品激活装置进行供电的供电接口电路；

其中，通过所述供电接口电路的设备供电输入接口向所述继电器控制电路提供的电压为5vdc和28vdc；通过所述供电接口电路的激活脉冲供电输入接口向火工阻值配置电路提供的电压为28vdc。

优选地，所述火工阻值配置电路包括：第一激活通道配置继电器、第二激活通道配置继电器、第一电阻、第一阻抗配置继电器、第二阻抗配置继电器、第三阻抗配置继电器、第二电阻、第三激活通道配置继电器和第四激活通道配置继电器，

其中，所述第一激活通道配置继电器、第一电阻和第三激活通道配置继电器依次连接；所述第二激活通道配置继电器、第二电阻和第四激活通道配置继电器依次连接；所述第一阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输入端和第二电阻的输入端连接；所述第二阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输出端和第二电阻的输入端连接；所述第三阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输出端和第二电阻的输出端连接。

优选地，所述火工阻值配置电路中的第一电阻、第一阻抗配置继电器、第二阻抗配置继电器、第三阻抗配置继电器和第二电阻构成最小火工阻值配置电路，其中所述最小火工阻值配置电路可进行横向拓展和/或纵向拓展。

优选地，所述继电器控制电路控制所述第一激活通道配置继电器、所述第二激活通道配置继电器、所述第一阻抗配置继电器、所述第二阻抗配置继电器、所述第三阻抗配置继电器、所述第三激活通道配置继电器和所述第四激活通道配置继电器的通断。

优选地，所述激活脉冲检测电路包括：激活脉冲电流检测电路和激活脉冲电压检测电路，

所述激活脉冲电流检测电路，用于检测所述火工品激活装置产生的激活通道中的电流信号；

所述激活脉冲电压检测电路，用于检测所述火工品激活装置产生的激活通道中的电压信号。

优选地，所述总线接口电路进一步包括can总线接口电路和rs422总线接口电路，所述控制器包括：ad采集接口、gpio控制端口、can总线接口和rs422总线接口，

所述ad采集接口，用于与所述激活脉冲监测电路连接；

所述gpio控制端口，用于与所述继电器电阻矩阵电路连接；

所述can总线接口，用于与所述can总线接口电路连接；

所述rs422总线接口，用于与所述rs422总线接口电路连接。

本发明第二方面公开了一种基于总线的可实时配置的火工品激活方法，所述激活方法包括：

确定通用信息交互协议；

建立激活通道配置组态真值表；

使用上述任一所述火工品激活装置激活飞行器上的火工品。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案针对传统火工品激活装置存在的不足及激活脉冲装置基于总线控制及可配置的空白，设计了一种基于总线的可实时配置火工品激活装置及激活方法，通过实时接收上级控制系统总线命令，软件控制硬件实时配置火工品激活通道阻值，进而适应不同火工品激活脉冲特性需求；此装置通过软件配置方式极大的节约了硬件设计成本及人力资源投入成本。该装置基于总线控制、通用性强、可配置、实时可重构、可实现飞行器不同火工品激活，可适用于多型发射控制系统中。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出一个实施例中火工品激活装置示意图；

图2示出第一实施例的继电器电阻矩阵电路中火工阻值配置电路示意图；

图3示出第一实施例的继电器电阻矩阵电路中继电器控制电路示意图；

图4示出一个实施例中基于最小火工阻值配置电路拓展后的火工阻值配置电路示意图；

图5示出第二实施例的继电器电阻矩阵电路中继电器控制电路的激活开关部分示意图；

图6示出第二实施例的继电器电阻矩阵电路中继电器控制电路的配置开关部分示意图；

图7示出第二实施例的继电器电阻矩阵电路中火工阻值配置电路示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，在本发明中公开了一种基于总线的可实时配置的火工品激活装置，所述火工品激活装置包括：控制器1、继电器电阻矩阵电路2、can总线接口电路3、rs422总线接口电路4和激活脉冲检测电路。由所述继电器电阻矩阵电路2响应于所述控制器1的控制指令，控制继电器矩阵开关进行切换，从而改变火工品激活通道回路的阻值以形成不同的激活通道，实现不同脉冲信号的发射。can总线接口电路3和rs422总线接口电路4构成总线接口电路。所述can总线接口电路3与上级控制器进行连接，以实现与上级控制器之间进行信息交互；所述rs422总线接口电路4与上级控制器连接，能实现与上级控制器之间进行信息交互。所述激活脉冲检测电路对火工品激活装置中激活通道的电压信号和电流信号进行检测。优选地，激活脉冲监测电路包括激活脉冲电流检测电路5和激活脉冲电压检测电路6，其中利用所述激活脉冲电流检测电路5检测所述火工品激活装置产生的激活通道中的电流信号；利用所述激活脉冲电压检测电路6检测所述火工品激活装置产生的激活通道中的电压信号。所述控制器1用于通过总线接口电路接收控制指令，基于所述控制指令控制所述继电器电阻矩阵电路通过切换继电器矩阵开关而改变火工品激活通道回路的阻值，以形成用于分别对不同飞行器中多路火工品进行激活的多个激活通道，并控制所述激活脉冲检测电路对所述多个激活通道的电压信号和电流信号进行检测。

在本发明中，所述控制器1包括：ad采集接口、gpio控制端口、can总线接口和rs422总线接口，通过所述ad采集接口与所述激活脉冲监测电路连接，以实现对所述电压信号和所述电流信号的采集；通过所述gpio控制端口与所述继电器电阻矩阵电路连接，以实现对所述继电器电阻矩阵电路的控制；通过所述can总线接口与所述can总线接口电路连接；通过所述rs422总线接口与所述rs422总线接口电路连接。

在本发明中，所述继电器电阻矩阵电路2主要包括两部分：火工阻值配置电路和继电器控制电路。所述继电器控制电路，用于在控制器1的控制下，对所述火工阻值配置电路进行配置；所述火工阻值配置电路，用于在所述继电器控制电路的控制下配置出火工品激活通道回路的阻值，用以实现通过不同阻值的激活通道发射不同的脉冲信号。

由上述需要，本发明构建了一个最简单的所述火工阻值配置电路，包括：第一激活通道配置继电器、第二激活通道配置继电器、第一电阻、第一阻抗配置继电器、第二阻抗配置继电器、第三阻抗配置继电器、第二电阻、第三激活通道配置继电器和第四激活通道配置继电器，其中所述第一激活通道配置继电器、第一电阻和第三激活通道配置继电器依次连接；所述第二激活通道配置继电器、第二电阻和第四激活通道配置继电器依次连接；所述第一阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输入端和第二电阻的输入端连接；所述第二阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输出端和第二电阻的输入端连接；所述第三阻抗配置继电器的两端分别与第一电阻的输出端和第二电阻的输出端连接。由此形成可通过改变继电器的通断进行并联或串联形成不同阻值的激活通道。相应的，所述继电器控制电路用于控制所述第一激活通道配置继电器、所述第二激活通道配置继电器、所述第一阻抗配置继电器、所述第二阻抗配置继电器、所述第三阻抗配置继电器、所述第三激活通道配置继电器和所述第四激活通道配置继电器的通断。

优选地，为实现多通道多阻值的变换，由所述火工阻值配置电路中的第一电阻、第一阻抗配置继电器、第二阻抗配置继电器、第三阻抗配置继电器和第二电阻构成最小火工阻值配置电路，其中所述最小火工阻值配置电路可进行横向拓展和/或纵向拓展。

在本发明中，所述can总线接口电路3包括can总线驱动电路及信号隔离电路；所述rs422总线接口电路4，rs422总线驱动电路及信号隔离电路。所述can总线接口电路3和所述rs422总线接口电路4均用于实现火工品激活装置与上级控制系统信息交互。

在本发明中，为实现对所述火工品激活装置进行供电，该火工品激活装置还设置有供电接口电路7。其中所述供电接口电路7提供了设备供电输入接口及激活脉冲供电输入接口，通过所述供电接口电路的设备供电输入接口向所述继电器电阻矩阵电路中的继电器控制电路提供的电压为5vdc和28vdc；通过所述供电接口电路的激活脉冲供电输入接口向所述继电器电阻矩阵电路中的火工阻值配置电路提供的电压为28vdc。

进一步的，所述的激活脉冲电流检测电路5包括电流霍尔效应传感器、ldo电源模块。电流霍尔传感器采用allegro公司电流传感器ic(测量范围0～50a)，电流传感器串接于激活通道回路，采集激活电流信号，经变换输出电压信号提供至控制器1的ad采集接口，实现激活电流检测；ldo电源模块实现供电输入5vdc转3.3vdc，提供电流传感器ic供电输入。所述的激活脉冲电压检测电路6，实现激活通道激活电压采集变换并输入至控制器1的ad采集接口，进而实现电压监测。

为进一步对本发明技术方案作说明，本发明进一步公开了下述实施例。

所述继电器电阻矩阵电路2利用继电器矩阵开关切换，通过电阻串并联实现火工品激活通道回路阻值实时变化。因此，在所述继电器电阻矩阵电路中包括激活通道配置继电器、阻抗配置控制继电器、大功率小电阻、三极管、光耦及小功率电阻等器件。

如图2-3所示，在第一实施例中，对所述基于总线的可实时配置火工品激活装置中继电器电阻矩阵电路2进一步进行说明：

所述继电器电阻矩阵电路2，采用最小网络单元电路(图2中所示)时，由3个阻抗配置继电器(图3中ka、kb、kc)、光耦(图3中ua、ub、uc、uti-1、uti-2、uto-1、uto-2、uk)、激活通道配置继电器(图3中kti-1、kti-2、kto-1、kto-2)、三级管(图3中qa、qb、qc、qti-1、qti-2、qto-1、qto-2、qk)、2个大功率小电阻(图2中ra、rb)、16个小功率电阻(图3中r1～r16)和二极管(图3中v1～v8)构成，通过控制阻抗配置继电器ka、kb、kc闭合或断开实现电阻ra、rb之间的串联及并联，结合激活通道配置继电器kti-1、kti-2、kto-1、kto-2闭合或断开形成激活通道回路及通道阻值调整。如实例：当ka、kc断开，kb闭合，ra、rb实现串联，kti-1、kto-2闭合，形成一路激活通道，激活通道电阻为ra+rb；当ka、kc闭合，kb断开，ra、rb实现并联，kti-1、kti-2、kto-1、kto-2闭合，形成一路激活通道，激活通道电阻为(ra||rb)。(为便于说明电路，将所述继电器电阻矩阵电路分为两部分：火工阻值配置电路和继电器控制电路，火工阻值配置电路中的继电器以双触点形式示出并与继电器控制电路中的继电器相对应，如ka-1和ka-2共同对应ka。)

在本实施例中，所述继电器控制电路中ctrl_a_1～ctrl_h_8信号端连接控制器1的gpio控制端口，基于控制器1的gpio控制端口将高低电平施加于ctrl_a_1～ctrl_h_8信号端，控制三极管通断，进而控制光耦通断，最终实现继电器闭合或断开。

为满足实际需要，所述继电器电阻矩阵电路2中最小火工阻值配置电路(如图2所示)，通过横向拓展或纵向拓展可构建实现类似图4中所示拓展电路网络(该结构仅为一种可拓展示例，但不局限于所示网络结构)。拓展电路网络可实现多通道多组态形式，以适应多个飞行器多种多路火工品激活需求。

本发明第二方面公开了一种基于总线的可实时配置的火工品激活方法。该方法基于上述实施例中的火工品激活装置，对飞行器中的火工品进行激活，具体包括：确定上级控制器与所述火工品激活装置间的通用信息交互协议；建立火工品激活装置的激活通道配置组态真值表；采用上述实施例中的火工品激活装置激活飞行器上的火工品。

在一个实施例中，该火工品激活方法采用基于扩展后的继电器电阻矩阵电路进行说明，同时基于该继电器电阻矩阵电路确定了通用信息交互协议及激活通道配置组态真值表。其中，针对第二实施例中的通用信息交互协议，规定can总线及rs422总线命令帧格式，两种总线协议中数据域相同，仅帧头帧尾不同。数据域中包括命令字(0xaa:配置命令；0x55：激活脉冲命令)、激活开关控制状态字、配置开关控制状态字、激活脉冲宽度及校验和；针对第二实施例中的激活通道配置组态真值表，规定可配置组态形式、阻抗配置继电器控制状态、激活通道配置继电器控制状态、激活通道阻抗值。

如图5-7所示，通过第二实施例对所述火工品激活装置进一步说明：所述火工品激活装置的继电器电阻矩阵电路2中激活通道大功率电阻(r31～r34)阻值：1ω±5％，功率：4w。选型继电器触点电流最大30a。所述火工品激活装置的继电器电阻矩阵电路2中ctrl_1_1～ctrl_1_8、ctrl_2_1、ctrl_3_1～ctrl_3_8信号端连接控制器1的gpio控制端口。

所述的火工品激活装置与上级控制系统通过can总线或rs422总线实时信息交互，信息交互命令帧格式如表1所示，can总线及rs422总线帧格式数据域内容相同(详见表1)，仅帧头帧尾不同。火工品激活装置收到配置命令后，解析配置开关控制状态字节内容，实现继电器k9～k17控制。火工品激活装置收到激活脉冲命令后，解析激活开关状态控制字内容，实现继电器k1～k8控制，形成激活通道，延时10ms，按照激活脉冲宽度控制安全继电器k20闭合时间，实现激活脉冲发出。

所述的火工品激活装置，按照继电器电阻矩阵电路2，形成内部激活通道组态及继电器开关状态控制真值表(如表2所示)。用户仅需根据飞行器火工品阻抗、火工品激活特性(火工品内阻、激活电流)要求，计算激活通道阻抗值，对照表2查找选择相应组态形式即可，进而按照表1形式规定命令帧内容。

表1命令帧格式

实施例中的示例1：

飞行器上包含一组电池，电池内阻1ω，激活线路电阻0.6ω，激活电流(12a～16a)、激活脉宽200ms。激活脉冲施加电压为28vdc，因此依据激活电流范围，计算出激活通道总电阻不大于2.1ω，激活通道电阻不大于0.5ω，因此查表选择组态1形式，激活通道电阻0.25ω。jh_out1+～jh_out4+连接电池激活正端，jh_out1-～jh_out4-连接电池激活负端。根据表2组态1中开关状态按照表1命令帧格式填充。上级控制系统按照时序发送命令帧至火工品激活脉冲装置。火工品激活脉冲装置接收到命令后进行相应的执行动作，发出激活脉冲。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。