[发明专利]一种双余度浮空器测控装置

说明书

技术领域

本发明涉及空中平台测控系统技术领域，尤其是一种双余度浮空器测控装置。

背景技术

系留气球作为一种通用的空中平台，可搭载雷达、光电、通信及侦查等多种载荷，具有滞空时间长、研制周期短，使用费效比高等特点，受到越来越多的青睐。

系留气球测控装置用于采集气球风速、压力、拉力及位置坐标等传感数据，通过软件处理、补偿后作为系留气球控制策略的输入条件，根据测控条件、工作模式及应急处理等任务需求，在特定情况下控制球上风机、阀门等所有执行机构的开关动作，使得气球压力状态自动保持在理想的状态，维持系统可靠安全地工作。目前，随着系留气球的推广，对测控装置的系统可靠性提出了更高的要求：处理余度大、实时性强、稳定性好、基本可靠性和任务可靠性高。要求测控装置的设计须从效率低的控制模式向高集成度控制方向转变，电路模块选择也趋向高度集成和专用集成电路。

随着对系留气球任务平台的重量、功耗及可靠性的高需求，传统的控制采用单一的计算机架构，由于缺乏可编程逻辑器件FPGA，无法根据现场需求灵活控制，同时也不具备高可靠的双冗余设计，因此传统的控制计算机及技术已经无法适应用户对航空平台测控指标要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用双冗余测控技术，根据监测两路CPU之间的心跳线信号，完成双模块的任务切换；通过CPU+FPGA+外围接口电路实现飞控计算机插件的通用化和系列化，满足浮空器平台的测量与控制要求的双余度浮空器测控装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种双余度浮空器测控装置，包括主控CPU和辅控CPU,二者均通过仲裁器与FPGA芯片双向通讯，FPGA芯片分别与差分接口电路、并行接口电路双向通讯，并行接口电路与继电器互锁电路双向通讯，差分接口电路、继电器互锁电路均与外部关键执行机构双向通讯，所述FPGA芯片的输入端与模拟接口电路的输出端相连，模拟接口电路的输入端分别接用于采集系留气球的电压的电压传感器、用于采集系留气球电流的电流传感器；所述控CPU、辅控CPU和多串口卡三者之间通过ISA总线进行数据通讯，多串口卡通过防浪涌电路与外部传感器双向通讯。

所述差分接口电路包括第一差分驱动器D1，其RX+端口和RX-端口接收外部关键执行机构的差分数据，第一差分驱动器D1的RX+端口连接上拉电阻R1，第一差分驱动器D1的RX-端口连接下拉电阻R3，匹配电阻R2跨接在第一差分驱动器D1的RX+端口和RX-端口上，第一差分驱动器D1输出电平为5V的Rx信号，经过第一电平转换器D2转换成3.3V电平输出至FPGA芯片的第一输入端，FPGA芯片输出使能信号分别至第一差分驱动器D1和第二差分驱动器D3，FPGA芯片输出Tx串口控制信号至第二差分驱动器D3，第二差分驱动器D3的Tx+端口和Tx-端口分别输出Tx+、Tx-差分信号至外部关键执行机构，第二差分驱动器D3的Tx+端口连接上拉电阻R4，第二差分驱动器D3的Tx-端口连接下拉电阻R6，匹配电阻R5跨接在第二差分驱动器D3的Tx+端口和Tx-端口上。

所述并行接口电路包括第二电平转换器D4，所述FPGA芯片输出TTL输出信号至第二电平转换器D4的输入端，第二电平转换器D4的输出端与继电器互锁电路的输入端相连，继电器互锁电路的输出端与第三电平转换器D5的输入端相连，第三电平转换器D5的输出端输出TTL输入信号至FPGA芯片的第二输入端；所述第二电平转换器D4的输入端上还分别连接上拉电阻R7和下拉电阻R8，所述第三电平转换器D5的输入端还分别连接上拉电阻R9和下拉电阻R10。