[发明专利]一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置

说明书

技术领域

本发明属于地面测试发射控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置。

背景技术

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

地面发射控制系统是飞行器控制系统的重要组成部分，具有在飞行器测试过程中保护弹上设备、在发射前进行系统状态设定以及发射点火控制等功能，其性能直接决定了该飞行器的飞行效果。同时，作为飞行器地面发射控制装置，要求其具有较高的可靠性、实时性、安全性等特点，从而保证飞行器的顺利发射和人员安全。

现有的飞行器地面发射控制系统结构复杂，体积较大，不易移动，不能适应机动发射的条件，在专利公开号CN102042122A的《便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统》中介绍的火箭发动机地面控制系统，主要针对无制导系统火箭实现了火箭发动机地面试验过程中的压力、温度、推力等试验参数的采集，但对具有制导系统的火箭进行弹载控制系统检测控制、弹上电气系统状态监控、弹上设备供电时序控制、发动机控制、安全控制、系统数据传输隔离控制等控制功能并不完善，且由于采用NIUSB数据采集和控制卡，难以对目标进行可靠的远程控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统发射控制系统体积大、测试功能单一、效率低、信号间干扰大、测试精度差等问题，提出一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置。

一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置，包括主控计算机，地面控制盒，以FPGA为核心的信号调理控制机箱和弹上设备。

其中，主控计算机包括人机交互界面和CP-134U-I/DB9M板卡，通过RS422通信接口接收和反馈信号，实现人机交互；地面控制盒主要包括两个硬件开关S1和S2，用于系统的硬件控制；信号调理控制机箱包括PCB板和电源组合；PCB板包括以FPGA为核心的电平隔离转换电路，系统复位电路，上电时序控制电路，电压AD采集电路，RS422隔离转换电路，RS422中继电路和总供电电路中的电平转换电路及相应的滤波电路；电源组合在发射前为弹上设备提供地面供电。弹上设备包括弹上配电器，弹上电池组合和弹上电气设备；要实现的功能有弹上设备地面供电、弹上电池激活、转电、断电、泄压阀门控制及点火控制。

主控计算机通过RS422中继电路与弹上电气设备实现RS422通讯，完成对弹上电气设备的监测和电气系统的状态监控。

PCB板中FPGA采用XC3S250E-5TQ144C芯片，通过ADM2582芯片接收主控计算机的指令并解析，通过以74LVC164245芯片为核心的电平隔离转换电路完成对外围控制电路的驱动，实现相应的控制任务；系统复位电路主要由芯片LTC2904/5完成，能够在系统上电瞬间产生复位信号，完成对XC3S250E-5TQ144C芯片的复位功能。

上电时序控制电路采用以XC3S250E-5TQ144C为主控芯片，主要由AQY275和AQY282芯片组成，通过主控计算机向FPGA发送弹上设备地面供电、弹上电池激活、转电、断电、开启泄压阀门输出以及点火输出的控制指令，FPGA对指令进行解析后，通过外围控制电路，完成相对应的功能。

电压AD采集电路主要由光耦继电器组、RC滤波电路、运放、AD采集芯片、电平隔离转换芯片组成；以AD7895-10采集芯片为核心，包括AQY215芯片、TL061BCD芯片、ADR381芯片和ADuM1412芯片，完成对弹上电池的输出电压的采集功能；光耦继电器采用AQY282芯片；

具体是由主控计算机向FPGA发出弹上电池电压采集指令，通过FPGA控制光耦继电器组的通断把待测电池电压引入采集电路，通过控制AD采集芯片完成对待测电压AD转换，并把采集结果输出给FPGA，FPGA把采集结果通过RS422总线送给主控计算机显示，完成对弹上电池电压的AD采集和显示。

RS422中继电路共两路，分别采用不同的设计方案。第一种RS422中继电路设计方案采用以MAX490和ADuM1201芯片为核心，第二种RS422中继电路设计方案采用以MAX490、ADuM2582芯片为核心。两种方案都无须主控芯片参与，能够由硬件自动完成主控计算机与弹上设备的RS422通信转接，实现主控计算机与弹上电气设备的通信。