[发明专利]一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置

摘要

本发明一种基于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；主控计算机通过RS422通信接口接收和反馈信号；地面控制盒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，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。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；该装置具有安全、可靠、成本低、开发周期短，速度快、效率高、实时性强等特点。

主权项

一种基于FPGA的中小型火箭地面发射控制装置，其特征在于，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、开启泄压阀门输出及点火控制；主控计算机通过RS422中继电路与弹上电气设备实现RS422的通信，完成对弹上电气设备的监测和电气系统的状态监控；FPGA采用XC3S250E‑5TQ144C芯片作为主控芯片，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，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，通过外围驱动电路，完成相对应的功能；电压AD采集电路由光耦继电器组、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中继电路分为两种，第一种采用以MAX490和ADuM1201芯片为核心，第二种采用以MAX490、ADuM2582芯片为核心；均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；RS422隔离转换电路采用74LVC164245芯片和74LVC4245芯片，完成对FPGA与外围控制电路的隔离，以及3.3V与5.0V的电平幅值转换，实现FPGA对外围控制电路的驱动；具体为初始时刻，FPGA控制相应的IO口输出为3.3V，通过隔离转换芯片74LVC164245芯片后把电压幅值转换为5.0V，达到对上电时序控制电路、AD采集电路中继电器的通断控制；另外，外围控制电路把电压对应的电平信号送给FPGA，通过74LVC4245芯片完成对外围控制电路的电平信号进行隔离及幅值转换；总供电电路中的电平转换电路主要由芯片VRB2405‑10WR2、TPS70345PWP和TPS79325DBV组成，完成一次电源的28V到5V，5V到3.3V、2.5V、1.2V的电压信号的转换，为FPGA及外围电路供电，相应的滤波电路采用电容并联的方式；电源组合是指地面供电电源、电池激活电源和地面点火电源的组合，通过FPGA对各个电源的控制，完成地面供电、电池激活以及地面点火输出的功能；地面控制盒主要由两个硬件开关组成，通过闭合相应的开关，控制FPGA实现弹上泄压阀开启和地面全断电的功能。