專利名稱：一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于箭載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)領域，具體涉及一種固液動力探空火箭的箭載數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術：
固液探空火箭是在近地空間進行探測和科學試驗的火箭，其主要目的在于進行空間探測或進行飛行驗證試驗，為固液動力飛行器的研制積累經驗。相較于固體、液體推進劑火箭，固液動力探空火箭的優(yōu)勢在于容易關機和重新啟動，這得益于固液火箭發(fā)動機中有獨立的開/關控制閥門，使得整個混合燃燒過程比液體和固體發(fā)動機容易控制。同時，固液火箭發(fā)動機具有很強的推力調節(jié)能力，但是固液混合火箭發(fā)動機的穩(wěn)定燃燒對氧化劑和燃料的配比更為敏感，在穩(wěn)態(tài)工作和推力調節(jié)過程中，推進劑的混合比將稍偏離最佳值，配比對發(fā)動機的燃燒效率、比沖乃至燃速都有重大影響，使發(fā)動機工作性能改變、比沖有所損失，當重新啟動點火后也可能存在一致性問題。鑒于擠壓式固液混合火箭發(fā)動機氧化劑的流量不僅取決于氧化劑貯箱擠壓壓強、供應系統(tǒng)流阻損失和氧化劑噴嘴的面積，還取決于·燃燒室壓強?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，不采取技術措施時，固-液推進劑的燃燒度很低，固液發(fā)動機燃燒不完全的損失可達百分之幾十，而液體和固體發(fā)動機的損失只有百分之幾，為使發(fā)動機工作處于最佳配比狀態(tài)，必須適當調整這些參數(shù)，可通過控制活門調節(jié)氧化劑的流量。也經多方試驗驗證，固液火箭發(fā)動機推進系統(tǒng)的故障多出現(xiàn)在供給和增壓系統(tǒng)。因此，在這一類火箭的發(fā)射過程中，對探測數(shù)據(jù)或試驗數(shù)據(jù)的采集記錄工作尤為重要，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就在這里扮演了極為重要的角色。性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集裝置，能夠為研究人員記錄優(yōu)質而豐富的研究數(shù)據(jù)，也是固液探空火箭設計過程中的重要環(huán)節(jié)。固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置應該具有研制周期短、成本低、安全可靠、適應能力強、試驗容易、發(fā)射簡單靈活等特點。但是，目前并沒有這種采集裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置。一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置，包括主電路板和核心電路，模擬電路部分構成主電路板,數(shù)字部分組成核心電路板,核心電路板直插于主電路板上；兩塊電路板間通過雙列矩形針式連接器相連接；主電路板包括總供電電路及為核心板上供電所必須的調壓電路、加速度計輸出轉換電路、電磁閥通電情況的開關量轉化電路、開關量及壓力變送器輸出信號的調理電路、轉電控制電路、濾波電路以及外圍電路；核心電路板包括以AD7656芯片為核心的數(shù)據(jù)采集電路、以25LC256芯片為核心的數(shù)據(jù)存儲電路、以MAX3485串口通信芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸電路、電源供電電路、濾波電路、核心控制電路以及外圍電路；
本發(fā)明的積極效果在于I、固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置簡單、安全、可靠、成本低、研制周期短，能夠承受惡劣的飛行力學環(huán)境。2、固液動力探空火箭 箭載數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)了對火箭發(fā)動機實際產生的推力與箭載三個軸向加速度在發(fā)動機工作階段的全程監(jiān)控、對比。3、固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)了對測量氧化劑貯箱壓力的壓力變送器和測量對氧化劑貯箱進行增壓的高壓氣瓶壓力的壓力變送器的實時監(jiān)測和控制，進而監(jiān)測故障多現(xiàn)、影響發(fā)動機性能的供給系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)，并通過壓力變送器調節(jié)氧化劑的流量，使發(fā)動機工作處于盡可能處于最佳配比狀態(tài)，高效地實現(xiàn)推力調節(jié)和多次啟動-關機等功能。4、固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)了對有箭載計算機按時序控制的三個電磁閥(增壓工況轉換電磁閥、輔路吹除自鎖電磁閥、主路吹除自鎖電磁閥)工作情況的監(jiān)控，監(jiān)測供給系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、吹除系統(tǒng)是否安全、有序地進行工作。5、固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路的模擬電路和數(shù)字電路部分是獨立供電的，數(shù)字地與模擬地分開，并遵循單點接地原則，還添加了各種濾波電路。6、固液動力探空火箭的供電有地面供電和電池供電兩種方式。當用于試驗測試時，可以外接28V電壓源為系統(tǒng)供電；當用于箭載時，采用28V電壓的電池供電。7、固液動力探空火箭在探空火箭發(fā)射之前，箭載數(shù)據(jù)采集電路的工作狀態(tài)可以通過地面設備的指示燈顯示。8、固液動力探空火箭對箭載采集電路控制芯片內程序的修改可以用于多種時序控制的探空火箭，硬件電路通用性好。


圖I :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的主電路板上的電平轉換電路圖；圖2 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的加速度計輸出轉換電路圖；圖3 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的電磁閥開關量的轉化電路圖；圖4 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的傳感器輸出信號電壓調理以及分壓電路圖；圖5:固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的轉電控制電路圖；圖6:固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的主電路板上濾波以及地面地、模擬地、數(shù)字地關系電路圖；圖7 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的主電路板上的外圍電路圖；圖8 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的以AD7656芯片為核心的加速度計數(shù)據(jù)采集電路圖；圖9 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的以25LC256芯片為核心的數(shù)據(jù)存儲電路圖；圖10 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的以MAX3485芯片為核心的串口通信電路圖；圖11:固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的核心板上的電壓供給以及濾波電路圖；圖12 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的以控制芯片STM32F103RB為核心的電路圖；圖13 :固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集電路中的核心板上的外圍電路圖；圖14 :本發(fā)明的箭載數(shù)據(jù)采集電路整體框圖。
具體實施方式
、下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明?；诠桃簞恿μ娇栈鸺难芯磕康囊约皬椵d數(shù)據(jù)采集的要求，本發(fā)明針對探空火箭三個軸向加速度以及火箭發(fā)動機的部分工作狀況進行記錄的彈載數(shù)據(jù)裝置進行了設計并工程實現(xiàn)，旨在對固液火箭發(fā)動機的供給系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、吹除系統(tǒng)的按時序監(jiān)測和控制，從而起到對火箭發(fā)動機和箭載計算機部分功能工作情況的全程記錄作用，并根據(jù)存儲信息推算出固液探空火箭的實際推力，與當時的火箭加速度進行比較。最終完成的彈載數(shù)據(jù)采集裝置，能夠滿足固液動力探空火箭數(shù)據(jù)采集的各項性能要求，滿足彈上電氣設備的環(huán)境要求，穩(wěn)定性強，可靠性好，能夠順利完成預定的數(shù)據(jù)采集任務。同時，所設計的箭載數(shù)據(jù)采集電路簡單、成本低，通過高低溫、振動、沖擊、過載等環(huán)境試驗，并且經過多次飛行驗證，能夠實現(xiàn)固液探空火箭飛行過程中的實際推力的監(jiān)控、測量，電路性能安全、可靠。本發(fā)明是一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置，涉及彈載數(shù)據(jù)采集領域，主要完成三路單軸加速度計、測量儲箱壓力的壓力變送器、測量高壓氣瓶壓力的壓力變送器以及增壓工況轉換電磁閥、輔路吹除自鎖電磁閥、主路吹除自鎖電磁閥輸出信號的采集、處理、監(jiān)測和存儲。探空火箭的箭載數(shù)據(jù)采集電路設計時應考慮如下原則(I)數(shù)據(jù)采集電路的部件設計及元器件選用時，應盡量考慮小型化、輕量化。這是因為箭體結構緊湊和有效空間小從而使箭上設備的體積、重量受到嚴格限制，要求各部件安排緊湊；(2)設計時保證可靠性的前提下，充分考慮經濟性。這是因為固液動力探空火箭用于科學實驗和常規(guī)探測時，要求批量較大；(3)在電路設計是，必須充分考慮固液動力探空火箭比較惡劣的飛行力學環(huán)境(包括振動、沖擊、過載等)。這是因為狹小的空間造成儀器設備安裝密度大，設備工作時散熱環(huán)境較差，發(fā)動機工作和彈上火工品引爆所形成的機械激勵、聲激勵和飛行時彈體氣動效應使各種設備處于劇烈的震蕩、沖擊和噪聲環(huán)境中，同時，火箭服役的環(huán)境存在著濕熱、煙霧、霉菌、風沙、雨雪和高、低氣壓及核輻射等多種自然環(huán)境和特殊環(huán)境的有害影響。本發(fā)明的一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)采集電路板由兩塊電路板組成。如圖14所示，模擬電路部分構成主電路板,數(shù)字部分組成核心電路板,核心電路板直插于主電路板上。兩塊電路板間通過雙列矩形針式連接器相連接。這樣一方面可以將大功率器件與重要芯片隔離，可在保證系統(tǒng)散熱的基礎上保證各芯片的正常工作；另一方面，將數(shù)字電路與模擬電路隔離開來，可以有效防止數(shù)字電路與模擬電路之間的相互干擾。所述的主電路板主要包括總供電電路及為核心板上供電所必須的調壓電路、加速度計輸出轉換電路、電磁閥通電情況的開關量轉化電路、開關量及壓力變送器輸出信號的調理電路、轉電控制電路、濾波電路以及外圍電路。裝置總供電電路及為核心板上供電所必須的調壓電路如圖I所示，總供電電路的電壓來源于地面28V和電池28V。地面28V、電池28V分別連接一個快速二極管FR307的正極輸入，兩個FR307的負極端形成合并端,輸出后合并為一個+28V的電壓，電壓信號輸入至電平轉換芯片WRB2405LD-5WN1的I引腳。電容RKFl (R)=Fl=IOOuF)的一端連接合并端，另一端連接WRB2405LD-5WN1芯片的2引腳。WRB2405LD-5WN1的4引腳為地面地，6引腳輸出轉換后的VCC (VCC=+5V)，4、6引腳間并聯(lián)兩個電容F2和F6 (F2=F6=22uF)。一路+28V的電壓通過電平轉換芯片PWA2415MD-6W調壓生成± 12V電壓。PWA2415MD-6W的22,23引腳接+28V，9、16引腳接模擬地，2、3引腳接地面地，14、11引腳輸出±12V電壓。為模擬恒壓源電壓5V，+12V電壓輸入電平轉換芯片REGl117-5的IN端口，2個OUT端口并聯(lián)輸出5V電壓，其中一個OUT支路與GND端口通過C5 (C5=10,以下未注明單位電容C的單位均為pF)電容相連。一路+28V電壓輸入電平轉換芯片L7824的IN端口，其GND和OUT支路間并聯(lián)一個C28 (C28=10)電容和一個C29 (C29=0. I)電容。OUT端輸出+24V電壓，為壓力變送器供電。一路+28V電壓輸入電平轉換芯片L7820的IN端口，其GND和OUT支路間也并聯(lián)·一個 C26 (C26=10)電容和一個 C27 (C27=0. I)電容，同時，GND 和 IN 端通過 C24 (C24=CapPOL 3. 3uF)電容相連。OUT端輸出+20V，為加速度傳感器供電。加速度計輸出轉換電路如圖2所示，為將加速度計集中于+2. 5V的±4V差分輸出轉換為集中于O. OV的單端輸出，故設計以微分控制器為核心的加速度計輸出轉換電路。該電路共有4個相同的微分控制器組成，其中3個供加速度計輸出轉換使用，一個為備用。其中在差分路徑中出現(xiàn)的任意噪聲都會對線路造成相同的影響，由于噪聲為是共模信號，因此運算放大器將阻止信號的進入，從而能夠起到抑制加速度計的接地電流電壓因讀數(shù)錯誤而造成的共模噪聲等作用。為使加速度計中達到最高的分辨率和最低的噪聲性能，應當將加速度計的AOP和AON輸出信號通過一個微分控制器，再連接到電壓測試器件上。其中一個微分控制器的連接為加速度計的輸出信號AOP經Ral (Ral=20K)電阻后分三路，一路接入微分控制器 LM158J/883 的正端口 3，一路接 Ra2 (Ra2=20K)，一路接 Cal (Cal=IOOpF),同時，后兩路的輸出端接模擬地；加速度計的輸出信號AON經Ra3 (Ra3=20K)電阻后，一路接入微分控制器LM158J/883的負端口 2，一路通過Ra4 (Ra4=20K)和Ca2 (Ca2=100pF)的并聯(lián)電路后接入微分控制器LM158J/883的輸出端。微分控制器LM158J/883的供電電壓為± 12V電壓。其他的三個微分控制器電路相同。電磁閥通電情況的開關量轉化電路如圖3所示，為實現(xiàn)對三路閥門開關量檢測，需要添加電磁閥開關量的轉化電路。對電磁閥工作狀況的記錄不需要對數(shù)據(jù)進行AD轉化，僅需記錄開關量，電磁閥本身無法輸出開關量，因此選用光電稱合器件TPL521-1來實現(xiàn)對電磁閥通電情況的轉化。其中一路閥門開關量檢測為電磁閥的正端(DHa_DY+)通過R31(R31=2K)電阻后分為3路，一路輸入TPL521-1的I端口，一路輸入R37 (R37=1M)，一路輸入C14 (C14=0. IuF);電磁閥的負端(DHa_DY_)也分為三路，一路輸入TPL521-1的2端口，一路接R37的另一端，一路接C14的另一端。TPL521-1的3端口接地面地，4端口后的一路輸出I/O量，I/O量通過控制芯片的PB
進行監(jiān)測，一路經R34 (R34=470，以下未注明單位電阻R的單位均為歐姆)接3. 3V電壓。其他的兩路閥門開關量檢測相同。開關量及壓力變送器輸出信號的調理電路如圖4所示，為將壓力變送器和電磁閥檢測輸出的電流信號轉化為電壓信號，需要信號電壓調理電路。該電路通過電阻將傳感器輸出的電流信號轉化為電壓信號，并對傳感器的信號進行分壓處理，使輸入控制芯片的電壓適合I/o端口的輸入并滿足信號的AD轉換精度。該調理電路由7個輸入支路組成，包括3路電磁閥正電流信號(DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+)和4路壓力傳感器電流信號(Ap. 01、Ap. 02、Atemp. I、Atemp. 2)。DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+、Ap. 01、Ap. 02、Atemp. I、Atemp. 2信號分別經過電阻 Rml、Rm3、Rm5、Rm7、Rm9、Rmll、Rml3 (Rml=Rm3=Rm5=Rm7=Rm9=Rmll=Rml3=200K)分壓后，引出每一路得到分壓 后的信號ARM. AD
, ARM. AD
信號隨后可以直接入控制芯片的PA
;引出的另外每一路分別經過Rm2、Rm4、Rm6、Rm8、RmlO、Rml2、Rml4(Rm2=Rm4=Rm6=Rm8=Rml0=Rml2=Rml4=20K)接數(shù)字地。轉電控制電路如圖5所示，對應于“轉電控制信號Conv_Ctrl”、“復位與緊急斷電控制信號RST_Ctrl ”、“地面供電信號Ctrl_GND”，設計了供電轉換過程的電路圖。轉電控制電路主要由光電耦合器件TLP521-1、集成在芯片74LCX74中的D觸發(fā)器和反相器、MCP1401和JZC-078型電磁繼電器組成?！稗D電控制信號Conv_Ctrl”通過R75(R75=2K7)電阻后分為
3路，一路輸入 TPL521-1 的 I 端口，一路輸入 R76 (R76=750)，一路輸入 C13 (C13=0. IuF)；“地面供電信號Ctrl_GND”也分為三路，一路輸入TPL521-1的2端口，一路接R76的另一端，一路接C13的另一端。TPL521-1的3端口接地面地，4端口輸出兩路，一路為INT信號，一路經R72 (R72=2k)接3. 3V電壓。同理，“復位與緊急斷電控制信號RST_Ctrl”經上述相同電路模塊輸出INT信號。光電耦合器輸出端的INT信號為地面供電轉為箭載電池供電信號，在它未變化前未采集并發(fā)送狀態(tài)，信號變化后為采集并存儲狀態(tài)。INT端與控制芯片的62引腳(PB9/T4C4)端口相連，高電平對控制芯片產生中斷。轉電控制電路具體為“轉電控制信號Conv_Ctrl”與“復位與緊急斷電控制信號RST_Ctrl”分別經光電耦合器和反相器連接D觸發(fā)器的時鐘脈沖端(CLK)和清零端(￡5)，其中，“轉電控制信號”支路有一個反相器，“復位與緊急斷電控制信號”支路有兩個反相器，這兩路信號分別與地面控制設備連接，由地面設備控制“轉電控制信號”、“復位與緊急斷電控制信號”、“地面供電信號”三種信號的輸出，對箭載電路進行控制。3. 3V電壓接入D觸發(fā)器的D端和§0端；同時，3. 3V電壓為D觸發(fā)器供電，D觸發(fā)器接數(shù)字地。D觸發(fā)器的Q輸出端接MCP1401芯片的IN引腳；VDD引腳接VCC電壓；GND引腳接數(shù)字地；0UT/mif引腳對應于電磁繼電器的CtrlA引腳，同時經R74 (R74=1K)電阻接入LED燈的一端，LED燈的另一端為 VCC0 JZC-078 的 CtrlB 接 VCC ;B01、B02 接地面 28V ;A1、A2 接電池 28V。濾波電路如圖6所示，為保證信號的傳輸質量，需要增設濾波電路，并說明模擬地、數(shù)字地和地面地之間的關系。3. 3V電壓和數(shù)字地間并聯(lián)電容H)l、F02, F03和FlO(F01=F02=F03=0. 1，F(xiàn)lO=IOX本發(fā)明通過AD7656芯片的6個模擬通道向芯片內部輸入模擬信號，其中ADC.VIN[1:4]為加速度計信號，ADC. VIN[5:6]為壓力變送器信號；本發(fā)明預留了一個加速度計輸出的采集通道ADC. VIN4。經微分控制器的加速度信號ADC. VIN[1:3]分別經 CvU Cv2、Cv3 (Cvl=Cv2=Cv3=30pF)接模擬地。ADC. VIN4、ADC. VIN5、ADC. VIN6 分別一端接 04、05、06，另一端接電阻 Rv5、Rv6 (Rv5=Rv6=500)o Rv4、Rv5、Rv6、Cv4、Cv5、Cv6的另一端接模擬地，地面地分別經Rgl、Rg2與模擬地、數(shù)字地相連。其中Rgl=Rg2=0，故AGND=SGND。外圍電路如圖7所示，對外圍電路進行設計。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集電路與電源、傳感器等相關外設的聯(lián)系，選用J30J-31TJW-J、J30J-25ZKW和J30J-9TJW-J連接器；為實現(xiàn)主電路板與核心板的連接，采用高密矩形連接器雙列12針式連接器和雙列10針式連接器。J30J-31TJW-J的1、2、17、18引腳接電池28V電壓，13至16引腳接地面28V電壓，28至31引腳接彈載地，7、8引腳接485端口，4、5引腳接“地面供電信號”端口，20接“轉電控制信號”端口，21接“復位與緊急斷電控制信號”，22至27引腳接電磁閥正負端。J30J-25ZKW 的 I 至 6 引腳接模擬地，7、8、9 接 20V 電壓，10、11 接 24V 電壓，12、13、24、25為壓力傳感器信號(Ap. OUAp. 02、Atemp. UAtemp. 2)的輸入端，14至21引腳為加速度計信號(Α0Ρ [1:4]和A0N[1:4])的輸入端，22、23為預留接口 (Α0Ρ [5:6])。J30J-9TJW-J的9、6、7、8引腳定義為串行時鐘線(SCLK )、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線(MIS0)、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和eeROM，分別經過RplA、PplB, RplC(RpIA=PpIB=Rp 1C=33)電阻對應于下述的核心板上的25LC256芯片的這、SCK、S0、SI引腳，同時，SCK支路上的RplC電阻兩端同時又接Cpl、Cp2 (Cpl=Cp2=100pF)電容，電容的另一 端接數(shù)字地；其1、2引腳接數(shù)字地，4、5引腳接3. 3V電壓。 雙列12針式連接器Header 12X2 ()的1、3引腳分別接VCC、3. 3V電壓，2、24弓丨腳接數(shù)字地，5、7、9引腳接電磁閥經光電耦合器后的I/O監(jiān)測量；11、13、15、17引腳對應于下述核心板上的25LC256芯片的6、7、8、9引腳；19引腳接INT信號;21、23引腳分別接控制芯片的TEST,RST引腳;4、6、8引腳接USART的TEN、485A、485B端口，同時，485B通過R26(R26=2K)電阻接3. 3V電壓，485A通過R25 (R25=2K)電阻接數(shù)字地；10至22的偶數(shù)引腳接控制芯片的PA
引腳。雙列10針式連接器HeaderlO X 2的I至19的奇數(shù)引腳均接模擬地，2至12的偶數(shù)引腳接AD采集芯片的ADC. VIN[1:6]引腳，16引腳接5V模擬電壓。核心電路板主要包括以AD7656芯片為核心的數(shù)據(jù)采集電路、以25LC256芯片為核心的數(shù)據(jù)存儲電路、以MAX3485串口通信芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸電路、電源供電電路、濾波電路、核心控制電路以及外圍電路。數(shù)據(jù)采集電路如圖8所示，由于微控制器芯片自帶的ADC無法實現(xiàn)加速度計2210050輸出的采集精度達到O. 01%和10次/秒的采集速度，故設計AD7656芯片為核心的加速度計采集電路。在該電路中，由控制芯片的PAlO引腳控制AD轉換開啟控制端JfIF;H/S SEL引腳直接與數(shù)字地相連，芯片工作在硬件選擇模式下，由控制芯片來選擇AD芯片的工作模式；ser/PM引腳與數(shù)字地相連，使數(shù)據(jù)口選擇并行接口模式；數(shù)據(jù)傳輸方式的控制引腳恧、RdJ^rZrefEN/麗引腳分別于控制芯片的PB6、PB7、PA8引腳相連，由控制芯片向這三個管腳寫入數(shù)據(jù)，從而控制AD芯片數(shù)據(jù)口的讀寫狀態(tài)。即當這和WR為0，RH狀態(tài)任意時，轉換結果輸出在并行數(shù)據(jù)總線上，當當和M為O WI狀態(tài)任意時，DB[15:0]寫數(shù)據(jù)入片上控制寄存器；字/字節(jié)輸入選擇引腳職/B引腳與數(shù)字地直接相連;AD芯片直接利用并行數(shù)據(jù)線DB[15:0]與控制芯片的16路I/O接口接收轉換數(shù)據(jù)，用于16位加速度計輸出信號的傳輸，模數(shù)轉換后的數(shù)據(jù)以并行方式傳輸?shù)娇刂菩酒校?個CONVST引腳相連并與控制芯片的PA9引腳直接相連，當引腳從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，所選ADC對的取樣保持開關從采樣切換到保持，然后便啟動轉換，由控制芯片控制六個模擬通道VIN[1:6]，VIN[1:6]弓I腳的輸入量為經上述主電路板輸出轉換以及濾波后的加速度計輸入信號ADC. VIN[1:6]()同時進行采樣；由于REFIN/REF0UT引腳接地,麗/ REFen/麗與控制芯片PB8引腳相連，模擬輸入范圍選擇引腳RANGE引腳與控制芯片的PA8引腳相連，由控制芯片分時控制AD芯片的內部基準電壓(2. 5V)或芯片的讀寫狀態(tài)，得到下一次轉換的模擬輸入范圍為±5V或±10V ；RESET引腳經R21(R21=100k)電阻接數(shù)字地，與控制芯片的一個I/O 口相連，通過控制芯片給ADC. RST引腳一個高電平的復位信號，從而實現(xiàn)對AD芯片的復位操作；REF IN/OUT、REFCAPA、REFCAPB、REFACPC 引腳分別經 C6、C7、C8、C9 (C6=C7=C8=C9=1. 0)電容接模擬地。所有的ADGND引腳均接模擬地，VGND引腳接數(shù)字地，所有的AVCC均接模擬電壓，VDD、VSS引腳分別接入±12V電壓，DVcc引腳輸入數(shù)字電壓，Vdriver引腳輸入3. 3V電壓。如圖9所示，核心板上的EEPROM電路設計選用Microchip公司生產的25LC256芯片。25LC256芯片的恧、SCK、S0、SI引腳與控制芯片PB[12 :15]引腳直接相連，由控制芯片直接提供存儲芯片的時鐘輸入、控制存儲芯片的輸入輸出以及片選線。芯片的vcc、nm^.和WP引腳與3. 3V電源相連，VSS接數(shù)字地。芯片上電后一直保持高電平，因此在對存儲芯片的讀寫過程中，不會暫停通信去響應其他中斷。在本裝置中，EEPROM芯片用于系統(tǒng)調試、 測試過程中的數(shù)據(jù)存儲。在實際彈上使用時，EEPROM芯片將會移除，SPI總線通過對外接口與彈上黑匣子相連，從而實現(xiàn)系統(tǒng)在彈上的數(shù)據(jù)存儲功能。如圖10所示，為實現(xiàn)控制芯片與上位機的串口通信，通過串口芯片MAX3485進行電平轉換，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的遠程傳輸。串口通信芯片MAX3485與控制芯片的USART接口相連接。具體而言，控制芯片的PB10、PB11管腳的復用功能為TXD3、RXD3，將這兩個引腳連接到MAX3485芯片的R0、DI管腳，作為數(shù)據(jù)的輸入和輸出線；麗和DE引腳經100K電阻接數(shù)字地，控制當前串口通信的輸出選擇；GND引腳接數(shù)字地汸和豆引腳作為USART. 485接口經R25(R25=120)電阻相連。如圖11所示，為核心板上的電源供電以及濾波電路。VCC輸入電平轉換芯片WRA0512CS-2W(M0RNSUN)得到 ±12 電壓，其中 WRA0512CS_2W(M0RNSUN)的 2 引腳，I 引腳接數(shù)字地，且2引腳與I引腳通過C19 (C19=10)相連；6、8引腳分別輸入±12電壓，7引腳接模擬地。同時，±12電壓分別經過C16、C17 (C16=C17=1. 0)電容接模擬地。+12V電壓輸入電平轉換芯片MC78M12BDTRK的IN引腳，輸出+IOV電壓，-12V電壓輸入電平轉換芯片MC79M12BDT的IN引腳，輸出-IOV電壓。MC78M12BDTRK和MC79M12BDT的GND端都接模擬地。同時，+12V電壓輸入電平轉換芯片REG1117-5輸出5V模擬電壓。REGl117-5的IN引腳接+12V，兩個OUT輸出端口并聯(lián)輸出5V模擬電壓，同時OUT端口與GND端口通過C5 (C5=10)電容相連。將5V模擬電壓通過核心電路板上的LC網(wǎng)絡向AD芯片提供ADC內核電源電壓AVCC、DVcco在LC濾波電路中，5V電壓經LI (Ll=22uH)電感輸出輸出兩路，一路為DVCC，一路經C18(C18=l. 0)電容接數(shù)字地；5V電壓經L2 (L2=22uH)電感輸出輸出兩路，一路為AVCC，一路經C11、C12、C13 (C11=C12=C13=1. 0)電容并聯(lián)后接模擬地。同時，AVCC 經 F9 (F9=0. IuF)電容接模擬地。從而保證在直流電壓下模擬5V電壓源的電壓與AVCC、DVCC相同，且各電壓源之間的交流紋波不會相互影響，保證了 AVCC和DVCC的電壓穩(wěn)定性。一路VCC輸入電平轉換芯片REGl 117-3. 3輸出3. 3V電壓。REGl 117-3. 3的IN引腳和GND引腳通過CO (CO=IO)電容相連，2個OUT引腳并聯(lián)后分為兩路，一路輸出3. 3V電壓，一路經C4 (C4=10)接數(shù)字地。3. 3V電壓和數(shù)字地之間并聯(lián)8個0. IuF的電容。
如圖12所示，控制芯片的直接控制的端口包括壓力和電磁閥傳感器的信號輸入、AD采樣芯片的數(shù)據(jù)接口及AD芯片的控制端、EEPROM的連接端、串口通信芯片的連接端、JTAG連接端、晶振輸入連接端、USART連接端。芯片的復位操作均由控制芯片進行控制。控制芯片的復位引腳為MST，采用RC電路作為系統(tǒng)的復位電路可以有效防止寄生復位，該引腳同時與雙列12針式連接器相連，又經R4 (R4=10K)電阻接3. 3V數(shù)字電壓，又經C3(C3=0. I)電容接數(shù)字地。在實際電路運行中,NIST引腳在連接器上空置時,Hi這T引腳通過上拉電阻保證復位端處于高電位；當需要對控制芯片進行復位操作時，MgT引腳通過連接器與數(shù)字地相連，從而實現(xiàn)對控制芯片的復位操作。本系統(tǒng)共使用四片數(shù)字芯片，分別為控制芯片STM32F103RB、AD芯片AD7656、串口 通信芯片MAX3485以及調試使用的存儲設備25LC256。其中，控制芯片、AD芯片和存儲設備均需要時鐘輸入。本系統(tǒng)中，控制芯片選用外部時鐘輸入，其余芯片均直接由控制芯片輸入時鐘。在本系統(tǒng)中，控制芯片的外部時鐘輸入端口的OSCIN、OSCOUT分別接入6MHz晶振否認兩端，作為單片機的外部晶振。存儲芯片25LC256的SCK引腳為外部時鐘輸入引腳，控制芯片的SPI. SCK引腳與之相連，為存儲芯片提供時鐘輸入。微控制器可使用自帶功能對外部晶振輸入進行倍頻處理，從而提高系統(tǒng)晶振頻率。復位時，芯片內部的8MHz的RC振蕩器被選為默認時鐘，隨后可以切換為外部的、具失效監(jiān)控的時鐘；當檢測到外部時鐘失效時，系統(tǒng)將自動隔離外部時鐘，并切換到內部的RC振蕩器。同時，微控制器可使用自帶功能對外部晶振輸入進行倍頻處理，從而提高晶振頻率。串行EEPROM芯片25LC256的最大時鐘速率為10MHz，其SCK引腳為外部時鐘輸入引腳，控制芯片的PB13引腳與之相連，為存儲芯片提供時鐘輸入。如圖13所示，核心板上的外圍電路包括外圍電路包括主電路板和核心板之間的連接器以及JTAG接口。核心板上的矩形連接器雙列12針式連接器和雙列10針式連接器與主電路板上的連接器相對應。標準的JTAG接口是4線TMS、TCK、TDI、TDO分別為模式選擇、時鐘輸入、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出，與控制芯片的PA13、PA14、PA15、PB3引腳相連。在本電路中，除以上四個接口外，還有JTAG的接口與控制芯片Μ§ 引腳相連，作復位之用；一個接數(shù)字地的引腳；一個經R20 (R20=100K)電阻接3. 3V電壓的引腳。在本裝置實際運用過程中，先采用地面供電，當轉為箭載供電時，由控制芯片給出一個高電平的轉電信號，轉電信號使得光電耦合器件導通，此時D觸發(fā)器的時鐘端輸入一個上升沿信號，D觸發(fā)器的Q端將輸出高電平，高電平信號輸入到MCP1401中，從而輸出500mA的驅動電流，驅動電磁繼電器將地面供電與電池供電進行切換，最終實現(xiàn)對本裝置供電的轉電控制。加速度傳感器輸出信號由電連接器J30J-25ZKW傳入主電路板，經加速度計輸出轉換電路，由16位的AD轉化芯片AD7656進行數(shù)據(jù)采集。AD7656芯片的三個CONVST引腳聯(lián)系在一起，允許對所有6個ADC進行同步采樣，在CONVST上升沿時，所選的ADC對的采樣保持放大器進入保持模式，并開始轉換。達到CONVST上升沿后，BUSY信號變?yōu)楦唠娖?，表示正在進行轉換。轉換采用內部時鐘，轉換時間為3μ S。只要BUSY信號恢復低電平表示轉換結束。在BUSY下降沿的時候，采樣保持放大器返回跟蹤模式。數(shù)據(jù)可通過接口 DB[15:00]輸出至控制芯片的PC
引腳，緩存于控制芯片的寄存器內。壓力傳感器輸出信號由J30J-25ZKW電連接器傳入主電路板，經過信號電壓調理以及分壓電路，輸入控制芯片的PA[3 6]由控制芯片將壓力變送器的模擬信號轉換為12位數(shù)字信號，然后放入控制芯片的16位寄存器。
電磁閥輸出信號由J30J-31TJW-J電連接器傳入主電路板。由于三個電磁閥的正負輸出與光電耦合器中發(fā)光二級管的兩端相連，當電磁閥兩端輸出電壓差無法點亮發(fā)光二級管時，另一端的PN節(jié)截止，DHa端電壓為高電平；當正負兩端電壓差達到一定值時，發(fā)光二級管導通，光電子打到另一端的PN節(jié)上，PN節(jié)導通，DHa端通過PN節(jié)與地相連，為低電平。控制芯片的I/O端口采用TTL電氣特性，從而可以將電磁閥的輸出轉化為高低電平的開關量，實現(xiàn)對電磁閥開關狀態(tài)的檢測。將此I/O檢測量經過信號電壓調理以及分壓電路，輸入控制芯片的模擬輸入端口 PA
，由控制芯片將壓力變送器的模擬信號轉換為12位數(shù)字信號，然后放入控制芯片的16位寄存器。
權利要求
1.一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括主電路板和核心電路，模擬電路部分構成主電路板，數(shù)字部分組成核心電路板，核心電路板直插于主電路板上；兩塊電路板間通過雙列矩形針式連接器相連接； 主電路板包括總供電電路及為核心板上供電所必須的調壓電路、加速度計輸出轉換電路、電磁閥通電情況的開關量轉化電路、開關量及壓力變送器輸出信號的調理電路、轉電控制電路、濾波電路以及外圍電路； 總供電電路及為核心板上供電所必須的調壓電路具體為總供電電路的電壓來源于地面28V和電池28V ;地面28V、電池28V分別連接一個快速二極管FR307的正極輸入，兩個FR307的負極端形成合并端,輸出后合并為一個+28V的電壓，電壓信號輸入至電平轉換芯片WRB2405LD-5WN1的I引腳；電容FO、Fl的一端連接合并端，F(xiàn)O=FI=IOOuF,另一端連接WRB2405LD-5WN1芯片的2引腳；WRB2405LD_5WN1的4引腳為地面地，6引腳輸出轉換后的VCC, VCC=+5V，4、6 引腳間并聯(lián)兩個電容 F2 和 F6，F(xiàn)2=F6=22uF ； 一路+28V的電壓通過電平轉換芯片PWA2415MD-6W調壓生成± 12V電壓；PWA2415MD-6W的22,23引腳接+28V，9、16引腳接模擬地，2、3引腳接地面地，14、11引腳輸出±12V電壓；為模擬恒壓源電壓5V，+12V電壓輸入電平轉換芯片REGl117-5的IN端口，2個OUT端口并聯(lián)輸出5V電壓，其中一個OUT支路與GND端口通過C5電容相連，C5=10uF ；一路+28V電壓輸入電平轉換芯片L7824的IN端口，其GND和OUT支路間并聯(lián)一個C28電容和一個C29電容，C28=10pF, C29=0. IpF ；0UT端輸出+24V電壓，為壓力變送器供電；一路+28V電壓輸入電平轉換芯片L7820的IN端口，其GND和OUT支路間也并聯(lián)一個C26電容和一個C27電容，C26=10pF, C27=0. IpF,同時，GND和IN端通過C24電容相連，C24=CapP0L 3. 3uF ；0UT端輸出+20V，為加速度傳感器供電； 加速度計輸出轉換電路具體為電路共有4個相同的微分控制器組成，其中3個供加速度計輸出轉換使用，一個為備用；將加速度計的AOP和AON輸出信號通過一個微分控制器，再連接到電壓測試器件上；其中一個微分控制器的連接為加速度計的輸出信號AOP經Ral電阻后分三路，Ral=20K，本發(fā)明中未注明單位的電阻的單位為歐姆，一路接入微分控制器LM158J/883的正端口 3，一路接Ra2，Ra2=20K，一路接Cal，Cal=IOOpF,同時，后兩路的輸出端接模擬地；加速度計的輸出信號AON經Ra3電阻后，Ra3=20K，一路接入微分控制器LM158J/883的負端口 2，一路通過Ra4和Ca2的并聯(lián)電路后接入微分控制器LM158J/883的輸出端，Ra4=20K, Ca2=100pF ;微分控制器LM158J/883的供電電壓為±12V電壓； 電磁閥通電情況的開關量轉化電路具體為采用用光電耦合器件TPL521-1來實現(xiàn)對電磁閥通電情況的轉化；其中一路閥門開關量檢測為電磁閥的正端DHa_DY+通過R31電阻后分為3路，R31=2K，一路輸入TPL521-1的I端口，一路輸入R37，R37=1M，一路輸入C14，C14=0. IuF ；電磁閥的負端DHa_DY-也分為三路，一路輸入TPL521-1的2端口，一路接R37的另一端，一路接C14的另一端；TPL521-1的3端口接地面地，4端口后的一路輸出I/O量，I/O量通過控制芯片的PB
進行監(jiān)測，一路經R34接3. 3V電壓，R34=470 ;其他的兩路閥門開關量檢測相同； 開關量及壓力變送器輸出信號的調理電路具體為該調理電路由7個輸入支路組成，包括3路電磁閥正電流信號DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+，和4路壓力傳感器電流信號 Ap. 01、Ap. 02、Atemp. I、Atemp. 2 ;DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+、Ap. 01、Ap. 02、Atemp. I、Atemp. 2 信號分別經過電阻 Rml、Rm3、Rm5、Rm7、Rm9、Rmll、Rml3 分壓后，Rml=Rm3=Rm5=Rm7=Rm9=Rmll=Rml3=200K，引出每一路得到分壓后的信號ARM. AD
，ARM. AD
信號隨后直接入控制芯片的PA
;引出的另外每一路分別經過Rm2、Rm4、Rm6、Rm8、RmlO、Rml2、Rml4 接數(shù)字地，Rm2=Rm4=Rm6=Rm8=Rml0=Rml2=Rml4=20K ； 轉電控制電路具體為由光電耦合器件TLP521-1、集成在芯片74LCX74中的D觸發(fā)器和反相器、MCP1401和JZC-078型電磁繼電器組成；“轉電控制信號Conv_Ctrl”通過R75電阻后分為3路，R75=2K7，一路輸入TPL521-1的I端口，一路輸入R76，R76=750，一路輸入C13，C13=0. IuF 地面供電信號Ctrl_GND”也分為三路，一路輸入TPL521-1的2端口，一路接R76的另一端，一路接C13的另一端；TPL521-1的3端口接地面地，4端口輸出兩路，一路為INT信號，一路經R72接3. 3V電壓，R72=2k ;同理，“復位與緊急斷電控制信號RST_Ctrl”經上述相同電路模塊輸出INT信號；光電耦合器輸出端的INT信號為地面供電轉為箭載電池供電信號，在它未變化前未采集并發(fā)送狀態(tài)，信號變化后為采集并存儲狀態(tài)；INT端與控制芯片的62引腳PB9/T4C4端口相連，高電平對控制芯片產生中斷； 轉電控制電路具體為“轉電控制信號Conv_Ctrl”與“復位與緊急斷電控制信號RST_ Ctrl ”分別經光電耦合器和反相器連接D觸發(fā)器的時鐘脈沖端CLK和清零端CU,其中，“轉電控制信號”支路有一個反相器，“復位與緊急斷電控制信號”支路有兩個反相器，這兩路信號分別與地面控制設備連接，由地面設備控制“轉電控制信號”、“復位與緊急斷電控制信號”、“地面供電信號”三種信號的輸出，對箭載電路進行控制；3. 3V電壓接入D觸發(fā)器的D端和IE端；同時，3. 3V電壓為D觸發(fā)器供電，D觸發(fā)器接數(shù)字地；D觸發(fā)器的Q輸出端接MCP1401芯片的IN引腳；VDD引腳接VCC電壓；GND引腳接數(shù)字地；0UT/OTf引腳對應于電磁繼電器的CtrlA引腳，同時經R74電阻接入LED燈的一端，R74=1K，LED燈的另一端為VCC JZC-078的 CtrlB 接 VCC ；B01、B02 接地面 28V ；A1、A2 接電池 28V ； 濾波電路具體為3. 3V電壓和數(shù)字地間并聯(lián)電容R)l、F02, F03和F10，F(xiàn)01=F02=F03=0. LFlO=IO ;本發(fā)明通過AD7656芯片的6個模擬通道向芯片內部輸入模擬信號，其中ADC.VIN[1:4]為加速度計信號，ADC. VIN[5:6]為壓力變送器信號；本發(fā)明預留了一個加速度計輸出的采集通道ADC. VIN4 ;經微分控制器的加速度信號ADC. VIN[1:3]分別經 Cvl、Cv2、Cv3 接模擬地，Cvl=Cv2=Cv3=30pF ；ADC. VIN4、ADC. VIN5、ADC. VIN6 分別一端接Cv4、Cv5、Cv6,另一端接電阻 Rv5、Rv6，Rv5=Rv6=500 ;Rv4、Rv5、Rv6、Cv4、Cv5、Cv6 的另一端接模擬地，地面地分別經Rgl、Rg2與模擬地、數(shù)字地相連；其中Rgl=Rg2=0，故AGND=SGND ；外圍電路具體為選用J30J-31TJW-J、J30J-25ZKW和J30J-9TJW-J連接器；采用高密矩形連接器雙列12針式連接器和雙列10針式連接器； J30J-31TJff-J的I、2、17、18引腳接電池28V電壓，13至16引腳接地面28V電壓，28至31引腳接彈載地，7、8引腳接485端口，4、5引腳接“地面供電信號”端口，20接“轉電控制信號”端口，21接“復位與緊急斷電控制信號”，22至27引腳接電磁閥正負端； J30J-25ZKW的I至6引腳接模擬地，7、8、9接20V電壓，10、11接24V電壓，12、13、24、25為壓力傳感器信號Ap. OUAp. 02> Atemp. UAtemp. 2的輸入端，14至21引腳為加速度計信號AOP [1:4]和A0N[1:4]的輸入端，22、23為預留接口 AOP [5:6]； J30J-9TJW-J的9、6、7、8引腳定義為串行時鐘線SCLK、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MIS0、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和eeROM，分別經過RplA、PplB, RplC電阻對應于核心板上的25LC256芯片的履、SCK、SO、SI引腳，RpIA=PpIB=Rp 1C=33,同時，SCK支路上的RplC電阻兩端同時又接Cpl、Cp2電容，Cpl=Cp2=100pF,電容的另一端接數(shù)字地；其1、2引腳接數(shù)字地，4、5引腳接3. 3V電壓； 雙列12針式連接器Header 12X2的1、3引腳分別接VCC、3. 3V電壓，2、24引腳接數(shù)字地，5、7、9引腳接電磁閥經光電耦合器后的I/O監(jiān)測量；11、13、15、17引腳對應于下述核心板上的25LC256芯片的6、7、8、9引腳；19引腳接INT信號;21、23引腳分別接控制芯片的TEST、RST引腳；4、6、8引腳接USART的TEN、485A、485B端口，同時，485B通過R26電阻接、3.3V電壓，R26=2K，485A通過R25電阻接數(shù)字地，R25=2K ；10至22的偶數(shù)引腳接控制芯片的PA
引腳； 雙列10針式連接器HeaderlO X 2的I至19的奇數(shù)引腳均接模擬地，2至12的偶數(shù)引腳接AD采集芯片的ADC. VIN[1:6]引腳，16引腳接5V模擬電壓； 核心電路板包括以AD7656芯片為核心的數(shù)據(jù)采集電路、以25LC256芯片為核心的數(shù)據(jù)存儲電路、以MAX3485串口通信芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸電路、電源供電電路、濾波電路、核心控制電路以及外圍電路； 數(shù)據(jù)米集電路具體為在該電路中，由控制芯片的PAlO引腳控制AD轉換開啟控制端STBf-MfS SEL引腳直接與數(shù)字地相連，芯片工作在硬件選擇模式下，由控制芯片來選擇AD芯片的工作模式；SER/M1 SEL引腳與數(shù)字地相連，使數(shù)據(jù)口選擇并行接口模式；數(shù)據(jù)傳輸方式的控制引腳SI、頁0、胃/REFenybii引腳分別于控制芯片的PB6、PB7、PA8引腳相連，由控制芯片向這三個管腳寫入數(shù)據(jù)，從而控制AD芯片數(shù)據(jù)口的讀寫狀態(tài)；即當SI和WI為O,哀Π.狀態(tài)任意時,轉換結果輸出在并行數(shù)據(jù)總線上,當履和茚為O，WE狀態(tài)任意時，DB[15:0]寫數(shù)據(jù)入片上控制寄存器；字/字節(jié)輸入選擇引腳#/B引腳與數(shù)字地直接相連；AD芯片直接利用并行數(shù)據(jù)線DB [15:0]與控制芯片的16路I/O接口接收轉換數(shù)據(jù)，用于16位加速度計輸出信號的傳輸，模數(shù)轉換后的數(shù)據(jù)以并行方式傳輸?shù)娇刂菩酒校?個CONVST引腳相連并與控制芯片的PA9引腳直接相連，當引腳從低電平變?yōu)楦唠娖綍r，所選ADC對的取樣保持開關從采樣切換到保持，然后便啟動轉換，由控制芯片控制六個模擬通道ADC. VIN [1:6]同時進行采樣；由于REFIN/REF0UT引腳接地，WI/ REFES/slf與控制芯片PB8弓丨腳相連，模擬輸入范圍選擇引腳RANGE引腳與控制芯片的PA8引腳相連，由控制芯片分時控制AD芯片的內部基準電壓2. 5V或芯片的讀寫狀態(tài)，得到下一次轉換的模擬輸入范圍為±5V或±10V ；RESET引腳經R21電阻接數(shù)字地，R21 = 100k，與控制芯片的一個I/O 口相連，通過控制芯片給ADC. RST引腳一個高電平的復位信號，從而實現(xiàn)對AD芯片的復位操作；REFIN/OUT、REFCAPA, REFCAPB、REFACPC 引腳分別經 C6、C7、C8、C9 電容接模擬地，C6 = C7=C8 = C9 = I. O ;所有的ADGND引腳均接模擬地，VGND引腳接數(shù)字地，所有的AVCC均接模擬電壓，VDD, VSS引腳分別接入±12V電壓，DVcc引腳輸入數(shù)字電壓，Vdriver引腳輸入、3.3V電壓； 數(shù)據(jù)存儲電路采用25LC256芯片，25LC256芯片的西、SCK、S0、SI引腳與控制芯片PB[12:15]引腳直接相連，由控制 芯片直接提供存儲芯片的時鐘輸入、控制存儲芯片的輸入輸出以及片選線；芯片的VCC、H0E5和WP引腳與3. 3V電源相連，VSS接數(shù)字地；芯片上電后一直保持高電平，在對存儲芯片的讀寫過程中，不會暫停通信去響應其他中斷； 數(shù)據(jù)傳輸電路具體為采用MAX3485串口通信芯片為核心，通過串口芯片MAX3485進行電平轉換，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的遠程傳輸；串口通信芯片MAX3485與控制芯片的USART接口相連接，控制芯片的PB10、PB11管腳的復用功能為TXD3、RXD3，將這兩個引腳連接到MAX3485芯片的RO、DI管腳，作為數(shù)據(jù)的輸入和輸出線；麗和DE引腳經IOOK電阻接數(shù)字地，控制當前串口通信的輸出選擇；GND引腳接數(shù)字地汸和1引腳作為USART. 485接口經R25電阻相連，R25 = 120 ； 電源供電以及濾波電路具體為VCC輸入電平轉換芯片WRA0512CS-2W得到±12電壓，其中WRA0512CS-2W的2引腳，I引腳接數(shù)字地，且2引腳與I引腳通過C19相連，C19=10 ；·6、8引腳分別輸入±12電壓，7引腳接模擬地；同時，±12電壓分別經過C16、C17電容接模擬地，C16 = C17 = I. 0 ；+12V電壓輸入電平轉換芯片MC78M12BDTRK的IN引腳，輸出+IOV電壓，-12V電壓輸入電平轉換芯片MC79M12BDT的IN引腳，輸出-IOV電壓；MC78M12BDTRK和MC79M12BDT的GND端都接模擬地；同時，+12V電壓輸入電平轉換芯片REGl117-5輸出5V模擬電壓；REG1117-5的IN引腳接+12V，兩個OUT輸出端口并聯(lián)輸出5V模擬電壓，同時OUT端口與GND端口通過C5電容相連，C5=10，未表明單位的電容的單位均為pF ； 將5V模擬電壓通過核心電路板上的LC網(wǎng)絡向AD芯片提供ADC內核電源電壓k\c、DVcc;在LC濾波電路中，5V電壓經LI電感輸出輸出兩路，Ll=22uH，一路為DVCC，一路經C18電容接數(shù)字地，C18=l. 0 ；5V電壓經L2電感輸出輸出兩路，L2=22uH，一路為AVCC，一路經C11、C12、C13電容并聯(lián)后接模擬地，C11=C12=C13=1.0 ;同時，AVCC經F9電容接模擬地，F(xiàn)9=0. IuF ； 一路VCC輸入電平轉換芯片REGl117-3. 3輸出3. 3V電壓；REG1117_3. 3的IN引腳和GND引腳通過CO電容相連，C0=10，2個OUT引腳并聯(lián)后分為兩路，一路輸出3. 3V電壓，一路經C4接數(shù)字地，C4=10 ； · 3.3V電壓和數(shù)字地之間并聯(lián)8個0. IuF的電容； 控制芯片的直接控制的端口包括壓力和電磁閥傳感器的信號輸入、AD采樣芯片的數(shù)據(jù)接口及AD芯片的控制端、EEPROM的連接端、串口通信芯片的連接端、JTAG連接端、晶振輸入連接端、USART連接端； 芯片的復位操作均由控制芯片進行控制；控制芯片的復位引腳為W1ST,采用RC電路作為系統(tǒng)的復位電路，該引腳同時與雙列12針式連接器相連，又經R4電阻接3. 3V數(shù)字電壓，R4=10K，又經C3電容接數(shù)字地C3=0. I ;在實際電路運行中，Hlf引腳在連接器上空置時,WlST引腳通過上拉電阻保證復位端處于高電位；當需要對控制芯片進行復位操作時，WlSf引腳通過連接器與數(shù)字地相連，從而實現(xiàn)對控制芯片的復位操作； 本發(fā)明共使用四片數(shù)字芯片，分別為控制芯片STM32F103RB、AD芯片AD7656、串口通信芯片MAX3485以及調試使用的存儲設備25LC256 ;其中，控制芯片、AD芯片和存儲設備均需要時鐘輸入；本發(fā)明中，控制芯片選用外部時鐘輸入，其余芯片均直接由控制芯片輸入時鐘； 在本發(fā)明中，控制芯片的外部時鐘輸入端口的OSCIN、OSCOUT分別接入6MHz晶振否認兩端，作為單片機的外部晶振；存儲芯片25LC256的SCK引腳為外部時鐘輸入引腳，控制芯片的SPI. SCK引腳與之相連，為存儲芯片提供時鐘輸入；微控制器可使用自帶功能對外部晶振輸入進行倍頻處理，從而提高系統(tǒng)晶振頻率；復位時，芯片內部的8MHz的RC振蕩器被選為默認時鐘，隨后能夠切換為外部的、具失效監(jiān)控的時鐘；當檢測到外部時鐘失效時，系統(tǒng)將自動隔離外部時鐘，并切換到內部的RC振蕩器；同時，微控制器可使用自帶功能對外部晶振輸入進行倍頻處理，從而提高晶振頻率；串行EEPROM芯片25LC256的最大時鐘速率為10MHz，其SCK引腳為外部時鐘輸入引腳，控制芯片的PB13引腳與之相連，為存儲芯片提供時鐘輸入； 核心板上的外圍電路包括外圍電路包括主電路板和核心板之間的連接器以及JTAG接口 ；核心板上的矩形連接器雙列12針 式連接器和雙列10針式連接器與主電路板上的連接器相對應；標準的JTAG接口是4線TMS、TCK、TDI、TD0分別為模式選擇、時鐘輸入、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出，與控制芯片的PA13、PA14、PA15、PB3引腳相連；在本電路中，除以上四個接口夕卜，還有JTAG的接口與控制芯片Wlif引腳相連，作復位之用；一個接數(shù)字地的引腳；一個經R20電阻接3. 3V電壓的引腳，R20=100K。
全文摘要
本發(fā)明是一種固液動力探空火箭箭載數(shù)據(jù)采集裝置，主要完成三路單軸加速度計、測量氧化劑儲箱壓力的壓力變送器、測量對氧化劑貯箱進行增壓的高壓氣瓶壓力的壓力變送器以及增壓工況轉換電磁閥、輔路吹除自鎖電磁閥、主路吹除自鎖電磁閥輸出信號的采集、處理、監(jiān)測和存儲。箭載數(shù)據(jù)采集電路通過控制芯片實現(xiàn)包括對數(shù)據(jù)采集裝置的時序控制、數(shù)據(jù)采集、信號調理、開關量的轉化、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)群诵墓δ?，圍繞其核心功能還需具有穩(wěn)壓、保護、電源供電、轉電控制、時鐘輸入等其他功能。本發(fā)明實現(xiàn)固液火箭發(fā)動機實際產生的推力與火箭三個軸向加速度在發(fā)動機工作階段的全程監(jiān)控、對比。
文檔編號G05B19/042GK102736541SQ20121020947
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2012年6月19日
發(fā)明者孔德帥, 宋佳, 蔡國飆, 辛潔, 陳辰 申請人:北京航空航天大學