本实用新型涉及装定器技术领域，尤其涉及一种无线装定器。
背景技术：
在高新技术产业飞速发展的今天，现代战争对作战武器的要求越来越高，功能单一的武器已经不能满足当今时代的要求，因此发明新型具有更强杀伤力，更高精确度，更快速度的武器成为了迫切需求。制导武器系统具有反应速度快、发射准确率高的特点，具有远距离精确打击目标的能力，可以满足当今作战需求。制导武器实现目标追击和精确打击目标的能力，需要通过无线装定器与地面控制系统进行无线通信。但现有的无线装定器由于PCB板制备问题，通信过程中经常会受到干扰，严重影响制导武器与地面控制系统之间的通信的准确性和实时性，从而影响制导武器打击目标的准确性。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种无线装定器，解决制导武器与地面控制系统之间的干扰问题，保证准确、稳定的通信，从而提高弹药武器的作战威力，实现精确打击。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种无线装定器，包括地面设备和弹载设备，所述地面设备包括第一外壳和设置于第二外壳内的第一电路板和第二电路板，所述弹载设备包括第二外壳和设置于第二外壳内的第三电路板和第四电路板，所述第一、第二、第三、第四电路板均为双层电路板，
所述第一电路板的上面一层设有电源管理模块和地面微控制单元，下面一层设有射频前端模块，所述射频前端模块包括RFID阅读器、放大器和第一无线通信天线，所述第二电路板的上面一层设有发送器、功放电路，下面一层设有第一无线供电天线，所述第一外壳上设有输入模块和显示模块；
所述第三电路板的上面一层设有弹载微控制单元，下面一层设有RFID应答器和第二无线通信天线,所述第四电路板的上面一层设有整流模块、存储模块和电压监视器，下面一层设有第二无线供电天线。
所述电源管理模块与地面微控制单元、射频前端模块、输入模块和显示模块均电连接，用于给地面微控制单元、射频前端模块、输入模块和显示模块供电；所述地面微控制单元与射频前端模块电连接，同时经通信端口外接火控系统，用于控制装定信息的传输、能量的发送以及数据的输入和显示；所述射频前端模块包括RFID阅读器、放大器和第一无线通信天线，用于通过地面微控制单元获取火控系统发送的信息，并对该信息进行编码调制后经第一无线通信天线发送出去，同时接收RFID应答器模块返回的数据；所述输入模块与地面微控制单元电连接，用于向微控制单元发送控制指令；所述显示模块与地面微控制单元电连接，用于显示地面设备的状态以及地面设备发送和接收到的数据；
所述第二无线通信天线与RFID应答器电连接，用于接收第一无线通信天线发出的信号，所述RFID应答器与弹载微控制单元电连接，用于对第二无线通信天线接收的数据信息进行解码调制后发送给弹载微控制单元；所述弹载微控制单元用于控制RFID应答器的读写操作；
所述发送器与地面微控制单元电连接，用于发出电磁波；所述功放电路与发送器电连接，用于将发送器发送的电磁波信号进行放大处理后发送至第一无线供电天线；所述第一无线供电天线与功放电路电连接，用于将放大后的电磁波发送出去；
所述第二无线供电天线接收第一无线供电天线发送的电磁波信号；所述整流信号与第二无线供电天线电连接，用于将第二无线供电天线接收的电磁波信号转换为直流输出至存储模块；所述存储模块与整流模块电连接，用于将将整流信号输出的直流信号进行存储；所述电压监视器与整流模块和存储模块均电连接，用于对存储模块的电压进行监控，并根据监控的电压数值控制存储模块充、放电。
特别地，所述第一无线通信天线、第二无线通信天线、第一无线供电天线、第二无线供电天线均设置于对应电路板的输入或输出端。
特别地，所述地面微控制单元采用MSP430F249单片机。
特别地，所述弹载微控制单元采用MSP430F2274单片机。
特别地，所述发送器采用CC1101UHF收发器及其相应的外围电路。
特别地，所述放大器采用UCC27424驱动器及其相应的外围电路。
特别地，所述功放电路采用LAM09P05F1功率放大器及其相应的外围电路。
特别地，所述电源管理模块包括整流器、滤波器和电源转换器。
特别地，所述RFID阅读器采用U2270B芯片，所述RFID应答器采用CCE5551芯片。
本实用新型提出了一种无线装定器，将用于发送接收电磁波的天线单独设置于独立的电路板上，避免其他控制元件对通信信号的干扰，解决制导武器与地面控制系统之间通信存在的干扰问题，保证制导武器与地面控制系统之间的准确、稳定的通信，从而提高弹药武器的作战威力，实现精确打击。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例1提供的无线装定器结构框图。
图2为本发明实施例1提供的电源管理模块电路原理图。
图3为本实用新型实施例1提供的串联谐振回路原理图。
图4为本实用新型实施例1提供的并联谐振回路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1所示，图1为本实用新型实施例1提供的无线装定器结构框图，本实施例中所述制导武器采用炮弹，以舰炮弹药装填过程中，炮弹出仓前对炮弹引信进行信息装定为例进行说明，该装定过程是在炮弹运动到变换轨道处稍作停留的阶段进行。
所述无线装定器包括设置于地面上的地面设备和设置于炮弹弹顶处的弹载设备。具体装定过程为：地面设备通过RS422通信接口外接火控系统，获取火控系统发送的数据通过无线通信的方式发送给弹载设备，弹载设备外接炮弹单片机，将接收的数据发送至炮弹单片机，炮弹单片机进行相关动作后控制返回相关数据。需要说明的是，整个装定过程中，需要对弹载设备进行无线供电。
为实现上述装定过程，所述地面设备包括地面无线通信单元和地面无线供电单元，所述弹载设备包括弹载无线通信单元和弹载无线供电单元。
所述地面无线通信单元包括电源管理模块、地面微控制单元、射频前端模块、输入模块和显示模块。所述电源管理模块与地面微控制单元、射频前端模块、输入模块和显示模块均电连接，用于给地面微控制单元、射频前端模块、输入模块和显示模块供电，因此，电源管理模块能够正常、稳定的工作对整个装定系统来说至关重要。地面无线通信单元各模块工作电压分别为3V、5V、12V，因此电源管理模块需要提供这些电压以满足各模块的工作要求。本实施例的优选实施方式为所述电源管理模块包括整流器、滤波器和电源转换器。如图2所示，图2为本发明实施例1提供的电源管理模块电路原理图，整流器连接外部AC220V交流电源，整流器将AC220V交流电源转换成DC12V直流电，通过二极管半波整流后将电压输入到LM1117芯片。LM1117芯片是一个低压差电压调节器，具有可调输出和固定输出两种类型，本实施例在一个固定输出5V的输出端后另接一个固定输出3.3V的，从而获得DC3.3V和DC5V两种工作电压。为了保留整流后输出电压的直流成分，滤掉脉动成分，使输出电压接近于理想的直流电压，通过滤波器将DC12V、DC3.3V和DC5V工作电压进行电容滤波，滤波后经电源转换器输出。所述地面微控制单元与射频前端模块、输入模块、显示模块均电连接，同时经通信端口外接火控系统，主要完成控制识别输入模块输入的信息，控制显示模块工作，对数据接收和发送的控制盒与火控系统通信这四个方面的工作。本实施例的优选实施方式为所述地面微控制单元采用MSP430F249单片机。TI公司的MSP430系列单片机是一种16为超低功耗的混合信号控制器，具有卓越的性能，应用广泛。本实施例所述无线装定器的有序动作都是在地面微控制单元的控制下完成的。系统上电后，在地面微控制单元的控制下，各功能模块进行初始化，初始化之后，地面微控制单元等待输入模块输入指令，或者火控系统发送指令，收到指令后，首先对数据进行LRC校验，如果收到的数据正确，首先判断要执行什么操作，确定执行的操作后，将数据通过相应的引脚传送给RFID阅读器，RFID阅读器将数据字节通过RFID发送给RFID应答器，RFID应答器执行操作后，将返回的数据回传给RFID阅读器，RFID阅读器收到数据后，在此过程中，MSP430F249单片机一直检测相应引脚的电平的变化，当检测到相应引脚有起始信号是，控制同步接收RFID阅读器返回的数据，并将数据打包处理后，通过相应的引脚传到显示模块进行显示。所述射频前端模块包括RFID阅读器、放大器和第一无线通信天线，通过地面微控制单元获取火控系统发送的信息，并对该信息进行编码调制后经第一无线通信天线发送出去，同时接收RFID应答器模块返回的数据。所述RFID阅读器与地面微控制单元电连接，经地面微控制单元接收火控系统发送的参数信息,将其发送给放大器进行发大后再经第一无线通信天线发送出去。本实施例的优选实施方式为所述RFID阅读器采用U2270B芯片，所述放大器采用UCC27424驱动器及其相应的外围电路。UCC27424驱动器是带使能端的双高速底边MOSFET驱动器，双正向UCC27424，可以在电容性负载中传送高峰值的电流，使得地面微控制单元能够更好的控制放大器的工作。所述输入模块与地面微控制单元电连接，向微控制单元发送控制指令。本实施例的优选实施方式为所述输入模块采用薄膜开关，具有结构简单、工作可靠、容易控制，使用寿命长等优点。所述显示模块与地面微控制单元电连接，将显示地面设备的状态以及地面设备发送和接收到的数据进行显示。本实施例的优选实施方式为所述显示模块采用LEC液晶显示屏。
所述弹载无线通信单元包括弹载微控制单元、RFID应答器和第二无线通信天线,所述第二无线通信天线与RFID应答器电连接，接收第一无线通信天线发出的信号，RFID应答器与弹载微控制单元电连接，对第二无线通信天线接收的数据信息进行解码调制后发送给弹载微控制单元。本实施例的优选实施方式为所述RFID应答器采用CCE5551芯片。本实施例中，为保证地面控制系统与弹载设备之间的通信质量，要使流过第一无线通信天线线圈的电流最大，并且要保证第一无线通信天线和第二无线通信天线相匹配，来给弹载无线通信装置提供工作所需的能量，故本实施例的优选实施方式为所述第一无线通信天线采用串联谐振回路。如图3所示，图3为本实用新型实施例1提供的串联谐振回路原理图，所述串联谐振回路电路简单、成本低、激励可采用第内阻的恒压源、谐振时可获得最大的回路电流的特点，可以为第一无线通信天线的线圈提供最大电流。所述弹载设备无源，为使第二无线通信天线接收到尽可能大的能量，本实施例的优选实施方式为所述第二无线通信天线采用并联谐振回路。如图4所示，图4为本实用新型实施例1提供的并联谐振回路原理图，所述并联谐振成为电流谐振，在谐振时，电感和电容支路中电流最大，即谐振回路两端可获得最大电压，这对RFID应答器的能量获取是必要的。所述弹载微控制单元控制RFID应答器的读写操作。本实施例的优选实施方式为所述弹载微控制单元采用MSP430F2274单片机。弹载设备无源，通过RFID进行供电，因此其功耗越低越好，故所述弹载微控制单元需要具有节电模式的高速微处理器。MSP430F2274单片机具有小巧、灵活、快速、低功耗的特点。
所述地面无线供电单元包括发送器、功放电路和第一无线供电天线，所述发送器与地面微控制单元电连接，发出电磁波。本实施例的优选实施方式为所述发送器采用CC1101UHF收发器及其相应的外围电路。CC1101UHF收发器为低成本真正单片的UHF收发器，专为低功耗无线应用而设计。所述功放电路与发送器电连接，将发送器发送的电磁波信号进行放大处理后发送至第一无线供电天线。本实施例的优选实施方式为所述功放电路采用LAM09P05F1功率放大器及其相应的外围电路，LAM09P05F1功率放大器增益平坦。所述第一无线供电天线与功放电路电连接，将放大后的电磁波发送出去。
所述弹载供电单元包括第二无线供电天线、整流模块、存储模块和电压监视器，所述第二无线供电天线接收第一无线供电天线发送的电磁波信号；所述整流信号与第二无线供电天线电连接，将第二无线供电天线接收的电磁波信号转换为直流输出至存储模块；所述存储模块与整流模块电连接，将整流信号输出的直流信号进行存储；所述电压监视器与整流模块和存储模块均电连接，用于对存储模块的电压进行监控，并根据监控的电压数值控制存储模块充、放电。对存储模块进行充电的充电电流与输入能量的大小严格相关，所以输出的电压是否稳定，是否能达到预计的3V，也跟输入能量的大小严格相关。而输入的能量大小又不接收到的电磁波的多少有关，接收到的电磁波大小与天线严格相关，因此选择合适的第一无线供电天线和第二无线供电天线至关重要。本实施例的优选实施方式为所述第一无线供电天线和第二无线供电天线采用尺寸为30╳40mm，增益为2.5dBi，工作频率为915MHz的PCB天线，其工作稳定，尺寸小。
参照图1将地面无线通信单元、地面无线供电单元、弹载无线通信单元、弹载无线供电单元接线，对本实施例所述无线装定器进行模拟测试。地面微控制单元接串口传输线，通过上位机装定模块调试软件发送相关指令。弹载微控制单元接串口传输线，连接另一台PC机，使用串口助手查看接收到的数据。让装定模块调试软件采取定时发送的方式，每隔500ms发送一次，一共通信2565次，误码率为零，表一为节选的部分测试结果。由此说明本实施例所述无线装定器的通信工作稳定可靠。
同时通过系统模拟测试可知，装定系统正常工作与否跟弹载设备接收的能量供给关系很大，无论在什么位置，只要RFID阅读器给RFID应答器的能量足以保证两者之间的通信，那么此次装订就可以准确无误的进行。而充电能量的获得与第一无线供电线圈和第二无线供电线圈之间的耦合效果、及充电时间都有关系，而充电的时间又直接影响一次性装定数据的时间。如果只有无线通信模块，该装定系统实现装定功能时，必须执行充电指令，花1S以上的时间给弹载设备电容充电，据测试，依次装定时间大约是2-3S。而系统使用无线供电模块后，可以不用考虑充电时间，因为充电过程与通信过程可以分开进行，互不影响，因此，依次装订时间可以缩短到二十几毫秒以内。由此可见，无线供电模块的使用大大缩短了充电时间，提高了整个装定系统的工作效率。
表1
同时，本实施例所述无线装定器的元器件布局如下：所述无线装定器包括地面设备和弹载设备，所述地面设备包括第一外壳和设置于第二外壳内的第一电路板和第二电路板，所述弹载设备包括第二外壳和设置于第二外壳内的第三电路板和第四电路板，所述第一、第二、第三、第四电路板均为双层电路板，
所述第一电路板的上面一层设有电源管理模块和地面微控制单元，下面一层设有射频前端模块，所述射频前端模块包括RFID阅读器、放大器和第一无线通信天线，所述第二电路板的上面一层设有发送器、功放电路，下面一层设有第一无线供电天线，所述第一外壳上设有输入模块和显示模块；
所述第三电路板的上面一层设有弹载微控制单元，下面一层设有RFID应答器和第二无线通信天线,所述第四电路板的上面一层设有整流模块、存储模块和电压监视器，下面一层设有第二无线供电天线。
上述布局原理如下：天线的功能是将高频电磁波转化为高频信号电流，为了避免天线受到干扰而影响武器装备与地面控制系统之间的通信，将天线与其他控制元件设置于不同电路板上，所述第一无线通信天线、第二无线通信天线、第一无线供电天线、第二无线供电天线均单独设置于独立的电路板上，避免其他控制元件对通信信号的干扰。同时为了在避免干扰的同时进一步保证将通讯过程的压降降到最低，每个天线应尽量靠近所在电路板的输入或输出端口，可以避免高频敏感信号受到干扰，保证信号的完整性。
本实用新型的技术方案，通过将用于发送接收电磁波的天线单独设置于独立的电路板上，避免其他控制元件对通信信号的干扰，解决制导武器与地面控制系统之间通信存在的干扰问题，保证制导武器与地面控制系统之间的准确、稳定的通信，从而提高弹药武器的作战威力，实现精确打击。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。