专利名称：一种固液动力探空火箭的箭上控制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于箭载控制系统领域，具体涉及一种固液动力探空火箭的箭上控制电路。
背景技术：
固液动力探空火箭是一种新型的探空火箭，其采用固液火箭发动机作为动力装置，通过调节液体氧化剂流量，改变推进剂的燃烧速率，从而实现探空火箭的变推力控制。在固液动力探空火箭飞行过程中液体氧化剂流量的调节需要由可靠的箭上控制电路控制完成，但是针对固液动力探空火箭流量调节控制的研究十分缺乏。因此，对固液动力探空火箭箭上控制电路的设计和研究具有重要意义。固液动力探空火箭箭上控制电路的设计依据参考文献宋忠保《探空火箭设计》，宇航出版社，1993. 12中记载所设计的探空火箭箭上控制电路的设计特点和设计原则，设计原则如下(I)探空火箭箭体直径小，要求各部件安排紧凑，所以控制电路的部件设计及元器件选用时，尽量考虑小型化、轻量化；(2)探空火箭用于科学实验和常规探测时，要求批量较大，所以控制电路设计时保 证其可靠性的前提下，应充分考虑其经济性；(3)对于探空火箭比较恶劣的飞行力学环境(包括振动、冲击、过载等)，在控制电路设计中必须充分注意；(4)探空火箭因其发射点分布比较广，发射季节和发射时间为全天后，控制电路设计应尽量满足对气候环境的适应性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，所设计的固液动力探空火箭的箭上控制电路满足探空火箭箭上控制电路的设计原则，主要完成以下两项功能一是对箭上控制电路所需要的电源为由地面供电电源提供转为由箭上锂电池提供。固液动力探空火箭在发射之前，箭上控制电路所需的电源由地面提供；在固液动力探空火箭飞行过程中，箭上控制电路仍然要工作，因此，在固液动力探空火箭发射前，箭上控制电路的供电源必须转为箭上锂电池。在供电转换电路中，转电控制信号、复位控制信号控制D触发器(54LS74)的输出，D触发器(54LS74)的输出信号经过达林顿管(ULN2003)驱动继电器常闭触点断开、常开触点吸合，使得地面电源和锂电池共同供电；地面供电电源和箭上锂电池的输出经过电压转换器，转换为箭上控制电路需要的5V电源(即5V的电源接口 Vcc)；在断开地面电源供电时，由箭上锂电池单独供电。其中，转电控制信号为D触发器(54LS74)的脉冲端(CLK)提供脉冲信号，复位控制信号为D触发器(54LS74)的清零端(CD)提供信号，控制D触发器(54LS74 )的输出是否强制复位清零。
二是按控制时序，精确控制三个阀门的动作。在固液动力探空火箭飞行过程中，要实现发动机变推力、吹除辅路通道的氧化剂残留和吹除主路通道的氧化剂残留就需要按照控制的要求依次开启增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门。三个阀门的动作由89C51单片机的三路输出信号控制，三路输出控制信号经过3-8译码器(54LS138)后，再由达林顿管分别驱动三个继电器常闭触点断开、常开触点吸合，进而使得三个阀门按时序动作。增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电的电压经分压和隔离后分别反馈到单片机，如果单片机没有监测到此电压，则单片机会重新发出触发信号，直至电压产生。每个阀门的供电两端均与相应继电器的一对常闭触点相连，因此，在达林顿管(ULN2003)驱动继电器动作之前每个阀门供电的两端均是短路的，避免由于干扰阀门误开启。其中，阀门开启的电源由箭上锂电池提供，增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门均采用的是电磁阀。复位芯片MAX810与单片机的RESET端口相连，在电路上电、掉电及异常时产生一个复位信号，实现89C51单片机的复位。89C51单片机进行延时控制所需的一些数据(包括总时间、当前时间和控制状态)都存储在铁电存储器FM25640中，供89C51单片机读取和存储。
本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，包括供电转换电路、单片机控制阀门动作电路、控制阀门电压的反馈电路、单片机复位和存储电路。所述的供电转换电路具体为复位控制信号的RST_C0L端串联电阻A后与光耦B的引脚a相连，光耦B的引脚a和引脚b之间并联电容A和电阻B，光耦B的引脚b还与C0L_GND信号端相连；光耦B的引脚c接地，电源接口串联电阻C后与光耦B的引脚d相连，光耦B的引脚d还连接反向器A的引脚C，反向器A的引脚d连接反向器B的引脚e，反向器A的引脚O和引脚p分别连接电源接口和接地端，反向器B的引脚f与D触发器11的引脚a相连接。转电控制信号的ZD_C0L信号端串联电阻D后与一个光I禹A的引脚a相连,光率禹A的引脚a和引脚b之间并联电容B和电阻F，光耦A的引脚b与C0L_GND信号端相连；光耦A的引脚c接地，电源接口串联电阻G之后与光耦A的引脚d相连，光耦A的引脚d连接反向器C的引脚a，反向器C的引脚b与D触发器的引脚c相连；电源接口串联电阻H后分别与D触发器的引脚b和引脚d相连，D触发器的引脚n和引脚g分别连接电源接口与接地；D触发器的引脚e连接达林顿管的引脚IN3和引脚IN4，达林顿管的引脚0UT3连接继电器A19的控制端CtrlA，继电器A19的另一个控制端CtrlB连接电源接口 ；达林顿管的引脚0UT4连接继电器B的一个控制端CtrlA，继电器B的另一个控制端CtrlB连接电源接口。继电器A的常闭触点BOl连接箭上锂电池的正极，A2端子连接电池接通端的二极管A的正极，二极管A的负极与二极管B的负极相连，地面供电电源的正极连接二极管B的正极，向二极管B22输入地面供电信号，地面供电电源的负极与箭上锂电池的负极相连接，箭上锂电池的负极与电压转换器的输入负极相连，二极管B的负极与电压转换器的输入正极相连，电压转换器的输入正极、负极之间并联两个电容，电压转换器的输出正极为5V的电源接口端和接地端，并在电源接口端和接地端之间并联五个电容。继电器B的A端连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；常开触点BO连接箭上锂电池的负极，继电器B的A端和BC端是一对常闭触点，常闭触点BC连接增压阀供电正端。
所述的单片机控制阀门动作电路具体为单片机的引脚EA/VP和引脚Vcc连接电源接口单片机的引脚GND接地GND ;晶振两端并联电容H和电容I后接地，单片机的引脚P20、引脚P21、引脚P22分别连接3-8译码器的引脚A、引脚B、引脚C，单片机的引脚ALE/P连接3-8译码器的使能端引脚E3，反向器A9的引脚4连接3_8译码器的使能端引脚f端和引脚石端，单片机的引脚P27连接光耦A12的引脚d ;3-8译码器的引脚Vcc、引脚GND分别连接电源接口和接地端，3-8译码器的引脚YO通过反向器D与达林顿管的引脚IN5连接，达林顿管的引脚0UT5连接继电器C的一个控制端CtrlA，继电器C的另一个控制端连接电源接口 ；3-8译码器的引脚Y2通过反相器E连接达林顿管的引脚IN6，达林顿管的引脚0UT6连接继电器D的一个控制端CtrlA，继电器D的另一个控制端连接电源接口 ；3-8译码器的引脚Y4通过反相器F连接达林顿管的引脚IN7，达林顿管的引脚0UI7连接继电器E的一个控制端CtrlA，继电器E的另一个控制端连接电源接口 ；达林顿管的引脚COM和引脚GND分别连接电源接口和接地端。继电器C的A端连接主路吹除阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电器C的常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；继电器D的A端连接辅路吹除阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电 器D常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；继电器E A端连接增压阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电器E的A端和BC端是一对常闭触点，常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端。控制阀门电压的反馈电路具体为增压阀的供电正端与电阻I串联后连接光耦C的引脚a，光耦C的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端，光耦C的引脚c连接接地端，电源接口与电阻L连接后，连接光耦C的引脚d，光耦C的引脚d与单片机的引脚P23相连接；辅路吹除阀的供电正端与电阻J串联后连接光耦D的引脚a，光耦D的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端，光耦D的引脚c连接接地端，电源接口与电阻M连接后，连接光耦D的引脚d，光耦D的引脚4与单片机的引脚P24相连接；主路吹除阀的供电正端与电阻K串联后连接光耦E的引脚a，光耦E的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端光耦E的引脚c连接接地端，电源接口与电阻N连接后，连接光耦E的引脚d，光耦E的引脚4与单片机的引脚P25相连接。所述的单片机复位和存储电路具体为复位芯片的引脚GND接地，复位芯片的引脚RESET串联电阻0后连接单片机的复位引脚RESET，复位芯片的引脚GND和引脚RESET之间并联电阻P，复位芯片引脚Vcc与电源接口相连接，并且电源接口串联电容J后接地，铁电存储器的引脚/CS、引脚S0、引脚SI、引脚SCK分别连接单片机的引脚P12、引脚P13、引脚P11、引脚P10，铁电存储器的引脚/VDD、引脚HOLD、引脚/WP连接电源接口 Vcc，铁电存储器的引脚VSS接地。本发明的优点在于I、本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，箭上控制电路控制实现了固液动力探空火箭飞行过程中的变推力。2、本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，箭上控制电路实现固液动力探空火箭飞行过程中吹除氧化剂输送管路的辅助通道和主路通道中的液体氧化剂残留，
保障输送系统安全。3、本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，箭上控制电路控制阀门动
作之前，阀门的供电控制端是短路的，避免了由于干扰造成阀门的误开启。4、本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，对箭上控制电路单片机程
序的修改可以用于不同时序控制的探空火箭。5、本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，控制电路简单、安全、可
靠、成本低、研制周期短，能够承受恶劣的飞行力学环境。
图I :固液动力探空火箭箭上控制电路中的供电转换电路图；图2 :固液动力探空火箭箭上控制电路中的单片机控制阀门动作电路图；图3 :固液动力探空火箭箭上控制电路中的控制阀门电压的反馈电路图；图4 :固液动力探空火箭箭上控制电路中的单片机复位和存储电路图；图5 :固液动力探空火箭箭上控制电路供电转换的控制时序图；图6 :固液动力探空火箭箭上控制电路对二个阀门的控制时序图。图中
权利要求
1.一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于包括供电转换电路、单片机控制阀门动作电路、控制阀门电压的反馈电路、单片机复位和存储电路； 所述的供电转换电路具体为复位控制信号的RST_COL端串联电阻A后与光耦B的引脚a相连，光耦B的引脚a和引脚b之间并联电容A和电阻B，光耦B的引脚b还与COL_GND信号端相连；光耦B的引脚c接地，电源接口串联电阻C后与光耦B的引脚d相连，光耦B的引脚d还连接反向器A的引脚C，反向器A的引脚d连接反向器B的引脚e，反向器A的引脚ο和引脚P分别连接电源接口和接地端，反向器B的引脚f与D触发器11的引脚a相连接； 转电控制信号的ZD_COL信号端串联电阻D后与一个光稱A的引脚a相连,光稱A的引脚a和引脚b之间并联电容B和电阻F，光耦A的引脚b与COL_GND信号端相连；光耦A的引脚c接地，电源接口串联电阻G之后与光耦A的引脚d相连，光耦A的引脚d连接反向器C的引脚a，反向器C的引脚b与D触发器的引脚c相连；电源接口串联电阻H后分别与D触发器的引脚b和引脚d相连，D触发器的引脚η和引脚g分别连接电源接口与接地；D触发器的引脚e连接达林顿管的引脚IN3和引脚IN4，达林顿管的引脚0UT3连接继电器A19的控制端CtrlA，继电器A19的另一个控制端CtrlB连接电源接口 ；达林顿管的引脚0UT4连接继电器B的一个控制端CtrlA，继电器B的另一个控制端CtrlB连接电源接口 ； 继电器A的常闭触点BOl连接箭上锂电池的正极，A2端子连接电池接通端的二极管A的正极，二极管A的负极与二极管B的负极相连，地面供电电源的正极连接二极管B的正极，向二极管B22输入地面供电信号，地面供电电源的负极与箭上锂电池的负极相连接，箭上锂电池的负极与电压转换器的输入负极相连，二极管B的负极与电压转换器的输入正极相连，电压转换器的输入正极、负极之间并联两个电容，电压转换器的输出正极为5V的电源接口端和接地端，并在电源接口端和接地端之间并联五个电容； 继电器B的A端连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；常开触点BO连接箭上锂电池的负极，继电器B的A端和BC端是一对常闭触点，常闭触点BC连接增压阀供电正端； 所述的单片机控制阀门动作电路具体为单片机的引脚EA/VP和引脚Vcc连接电源接口单片机的引脚GND接地GND ；晶振两端并联电容H和电容I后接地，单片机的引脚P20、引脚P21、引脚P22分别连接3-8译码器的引脚A、引脚B、引脚C，单片机的引脚ALE/P连接38译码器的使能端引脚E3，反向器A9的引脚4连接3-8译码器的使能端引脚耳端和引脚1ζ端，单片机的引脚Ρ27连接光耦Α12的引脚d ；3-8译码器的引脚Vcc、引脚GND分别连接电源接口和接地端，3-8译码器的引脚YO通过反向器D与达林顿管的引脚IN5连接，达林顿管的引脚0UT5连接继电器C的一个控制端CtrlA，继电器C的另一个控制端连接电源接口 ；3-8译码器的引脚Y2通过反相器E连接达林顿管的引脚IN6，达林顿管的引脚0UT6连接继电器D的一个控制端CtrlA，继电器D的另一个控制端连接电源接口 ；3-8译码器的引脚Y4通过反相器F连接达林顿管的引脚IN7，达林顿管的引脚0UT7连接继电器E的一个控制端CtrlA，继电器E的另一个控制端连接电源接口 ；达林顿管的引脚COM和引脚GND分别连接电源接口和接地端； 继电器C的A端连接主路吹除阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电器C的常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；继电器D的A端连接辅路吹除阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电器D常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端；继电器E A端连接增压阀的供电正端，常开触点BO连接箭上锂电池的正极，继电器E的A端和BC端是一对常闭触点，常闭触点BC连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端; 控制阀门电压的反馈电路具体为增压阀的供电正端与电阻I串联后连接光耦C的引脚a，光耦C的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端，光耦C的引脚c连接接地端，电源接口与电阻L连接后，连接光耦C的引脚d，光耦C的引脚d与单片机的引脚P23相连接；辅路吹除阀的供电正端与电阻J串联后连接光耦D的引脚a，光耦D的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端，光耦D的引脚c连接接地端，电源接口与电阻M连接后，连接光耦D的引脚d，光耦D的引脚4与单片机的引脚P24相连接；主路吹除阀的供电正端与电阻K串联后连接光耦E的引脚a，光耦E的引脚b连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的公共的供电负端光耦E的引脚c连接接地端，电源接口与电阻N连接后，连接光耦E的引脚d，光耦E的引脚4与单片机的引脚P25相连接； 所述的单片机复位和存储电路具体为复位芯片的引脚GND接地，复位芯片的引脚RESET串联电阻O后连接单片机的复位弓丨脚RESET，复位芯片的引脚GND和引脚RESET之间并联电阻P，复位芯片引脚Vcc与电源接口相连接，并且电源接口串联电容J后接地，铁电存储器的引脚/CS、引脚S0、引脚SI、引脚SCK分别连接单片机的引脚P12、引脚P13、引脚P11、引脚P10，铁电存储器的引脚/VDD、引脚HOLD、引脚/WP连接电源接口 Vcc，铁电存储器的引脚VSS接地。
2.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的达林顿管的型号为ULN2003。
3.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的电压转换器的型号为VRB2405LD-15W。
4.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的3-8译码器34的型号为54LS138。
5.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的单片机的型号为89C51。
6.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的复位芯片的型号为MAX810。
7.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的铁电存储器的型号为FM25640。
8.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的增压阀、辅路吹除阀和主路吹除阀均是电磁阀。
9.根据权利要求I所述的一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，其特征在于所述的地面电源和箭上锂电池的输出电压均是28V，并且输出的负极是公共端。
全文摘要
本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，属于箭载控制系统领域。该箭上控制电路包括供电转换电路、单片机控制阀门动作电路、控制阀门电压的反馈电路、单片机复位和存储电路,主要完成固液动力探空火箭箭上控制电路的供电转换和按时序精确控制三个阀门动作，并把三个阀门的供电电压信号反馈给单片机。本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，箭上控制电路控制实现了固液动力探空火箭飞行过程中的变推力，且箭上控制电路实现固液动力探空火箭飞行过程中吹除氧化剂输送管路的辅助通道和主路通道中的液体氧化剂残留，保障输送系统安全。且箭上控制电路控制阀门动作之前，阀门的供电控制端是短路的，避免了由于干扰造成阀门的误开启。
文档编号F02K9/80GK102767446SQ20121018410
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者孔德帅, 宋佳, 王虹玥, 蔡国飙, 陈辰 申请人:北京航空航天大学