挂弹钩电气试验器设计

摘 要 导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。挂单钩即悬挂导弹的机械钩，可满足在战场上的导弹正常投放、应急投放、飞机的挂弹飞行、地面导弹的运输挂弹。挂弹钩电器试验器即可检测包括挂弹钩工作电压；正常投放、应急投放、爆炸与不爆炸工作状态下的工作电流；正常投放、应急投放、挂弹、联锁、爆炸各种信号的转换显示；开钩时间的监测。 本文总体设计采用模块化设计思路，各功能部件单独设计、集成，组成系统硬件平台。试验器硬件平台采用了单片机电路，配合由各功能模块组成的外围电路和软件程序的控制，实现模拟飞机信号源的产生、对采集信号的处理、显示，达到对挂弹钩电气性能参数的检查。在确保测试性能满足要求的情况下力求做到操控的简洁化和自动化，尽可能提供使用上的便捷和良好的操作界面，提高工作效率、维护水平。 关键词 : 电流电压检测，转换显示，正常投放，应急投放 Abstract The missile is on its own power propulsion, guidance, control by the guidance system of its flight path, and guide the target weapon. Single hook is hung missile mechanical hook, to meet on the battlefield missile normal delivery, emergency delivery, aircraft flight, hanging ground missile transport hanging. Hanging hook electrical tester can detect comprises a hanging hook working voltage; normal delivery, emergency delivery, explosion and explosion working condition working current; normal delivery, emergency delivery, hanging, interlock, explosion signal conversion display; hook opening time monitoring. In this paper, the overall design of modular design, the function design, the parts individually integrated, composed system hardware platform. Tester hardware platform adopts the singlechip circuit, combined with the functional modules of the peripheral circuit and software program control, the realization of simulation aircraft signal generation, for collecting signal processing, display, the hanging hook electric performance parameters inspection. To ensure the testing performance to meet the requirements of the circumstances to achieve control of simplification and automation, to provide as much as possible use the convenient and good operation interface, improve work efficiency, maintenance level. KEYWORDS: Current and voltage detection, conversion and display, normal delivery, emergency release 目 录 １前 言 ３第1章 总体设计方案介绍 ３1.1 概述 ３1.2 主要性能技术指标 ４1.3 接口子系统 ６1.4 自检子系统 ６1.5 信号采集/处理子系统 ６1.6 显示子系统 ７1.7 电源子系统 ８第2章 系统功能检测实现原理 ８2.1 自检功能 ８2.2 额定工作电压检查 ８2.3 挂弹钩锁闭检查 ９2.4 挂弹钩开钩时间检查 １０2.5 正常/应急投放电流检查 １１第3章 各模块硬件设计 １１3.1 数码管显示驱动 １１3.1.1 显示驱动器选择 １３3.1.2 本试验器选择设计可行性方案 １４3.2 主板芯片 １４3.2.1 概述 １６3.2.2 特性 １７3.2.3 程序流程图 １８第4章 总结与展望 １９致谢 ２０参考文献 ２１附录 主板印制 前 言 导弹是“导向性飞弹”的简称，是一种依靠制导系统来控制飞行轨迹的可以指定攻击目标，甚至追踪目标动向的无人驾驶武器，其任务是把战斗部装药在打击目标附近引爆并毁伤目标，或在没有战斗部的情况下依靠自身动能直接撞击目标，以达到毁伤效果。简言之，导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。挂单钩即悬挂导弹的机械钩，可满足在战场上的导弹正常投放、应急投放、飞机的挂弹飞行、地面导弹的运输挂弹。 挂弹钩电器试验器即可检测包括挂弹钩工作电压；正常投放、应急投放、爆炸与不爆炸工作状态下的工作电流；正常投放、应急投放、挂弹、联锁、爆炸各种信号的转换显示；开钩时间的监测。挂弹钩电气试验器可满足战场、阅兵校验场的地面保障需要，保证军队作战效率，为国家国防事业做出应有的贡献。 本文总体设计采用模块化设计思路，各功能部件单独设计、集成，组成系统硬件平台。试验器硬件平台采用了单片机电路，配合由各功能模块组成的外围电路和嵌入式软件程序的控制，实现模拟飞机信号源的产生、对采集信号的处理、显示，达到对挂弹钩电气性能参数的检查。在确保测试性能满足要求的情况下力求做到操控的简洁化和自动化，尽可能提供使用上的便捷和良好的操作界面，提高工作效率、维护水平。 系统原理：该试验器由接口子系统、自检子系统、信号采集/处理子系统、显示子系统和电源子系统等五部分构成。 接口子系统直接面对检测对象，是控制其它子系统的终端执行机构。通过面板上开关的各种逻辑阵列组合、切换，实现试验器与GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩所有交联信号的终端匹配和组合，将GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩检测各环节需要的信号通过接口子系统送出，同时将GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩产生的信号送入试验器的信号采集/处理子系统，经处理之后由指示灯和数码管显示测试结果。 自检子系统是通过系统工作线路采集通道的切换来实现设备的自检。 信号采集/处理子系统将GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩送出的开关信号通过逻辑电路、限流电路和作为单片机的外部中断信号进行处理，经处理后的信号送到信号显示子系统进行显示。 电源子系统是各系统正常工作及用户使用提供条件和保障的支持性系统，主要由各电源模块组成，为系统需求提供0～30V可调直流电源、±15V和+5V直流电源。 显示子系统主要由指示灯、数码管和表头组成，用于显示检测项目的检测结果。 第1章 总体设计方案介绍 1.1 概述 挂弹钩电气试验器由接口子系统、自检子系统、信号采集/处理子系统、显示子系统和电源子系统等五部分构成。各系统关联如图1-1所示 图1-1 试验器系统关联图 1.2 主要性能技术指标 （1） 供电 0V～30V可调DC电源可通过试验器控制面板进行调整监控。 （2） 试验器测量 1）电压测量： 0～30V(直流)； 2）电流测量： 0～10A(直流)； 3）电流测量： 0～500mA(直流)。 （3） GDG-II7挂弹钩技术指标 1）额定工作电压：直流27±2.7V； 2）锁闭挂弹钩，挂弹信号指示灯应亮、联锁指示灯应灭； 3）开钩时间不大于0.05s； 4）正常投弹电流不大于6.6A； 5）应急投弹电流不大于7.9A； 6）爆炸线圈的工作电流不大于0.2A。 （4） GDG-402A挂弹钩技术指标 1）额定工作电压：直流27±2.7V； 2）锁闭挂弹钩，挂弹信号指示灯应亮、联锁指示灯应灭； 3）挂弹钩电磁释放机构作动时间不大于0.05s； 4）正常投弹电流不大于6.6A； 5）应急投弹电流不大于7.9A； 6）各电磁爆控机构电流应不大于0.5A。 1.3 接口子系统 接口子系统是整个检测系统的前向和后向通道，是实现信号处理和控制的支撑。试验器与GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩连接为两根不同的电缆，所有模拟信号的输出和信号的采集都是通过这两根电缆进行的。GDG-402A检测电缆基本原理图如图1-2所示，GDG-Ⅱ7检测电缆如图1-3 所示。图中XC18Y7ZT为挂弹钩GDG-Ⅱ7航空插头，XC22Y10KHP为挂弹钩GDG-402A航空插头。 它确保了采集的数据按操作指令的要求和逻辑正确可靠的实现，并保证检测对象的正常工作和安全。接口子系统主要任务是通过对面板上的开关和按钮进行操作，控制试验器模拟飞机输出不同的信号和对挂弹钩反馈的信号进行采集。 图1-2 GDG-402A检测电缆 图1-3 GDG-Ⅱ7检测电缆 接口子系统中还包括电源接口和表头校准/定检接口，电源接口主要将220V交流电源送入系统内部电源子系统中产生系统工作所需要的各种直流电源；表头校准/定检接口主要是为了对试验器面板上的电压表和电流表进行校验和定检，以保证其测量精度。 1.4 自检子系统 自检子系统完成试验器的完好性检查，为保证使用的可靠和测试的正确性，试验器在使用前进行自检。自检子系统采用闭环信号回路方式实现，由信号产生电路、自检切换逻辑电路和信号采集电路组成，主要对设备内部单片机的I/O电路、数码管显示电路、指示灯电路等进行检测。 由于试验器采用了模块化的设计，因此，如在自检过程中检测出设备有故障，根据出现的故障现象就能够快速准确的定位故障电路，判断故障原因，方便及时有效的排故。 1.5 信号采集/处理子系统 信号采集主要采集两个部分的信号，一个部分是来自GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩送出的电压、电流模拟信号；第二个部分是来自GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩送出的外部中断信号。试验器将采集到的电压、电流信号通过内部逻辑电路和限流电路后送到指示灯或表头进行显示；将采集到的外部中断信号作为单片机定时器的中断，经单片机计算处理后，将计算的数据通过数码管进行显示。 1.6 显示子系统 显示子系统主要由指示灯、数码管和表头显示检测项目的检测结果。指示灯包括电源指示灯、挂弹信号指示灯和联锁信号指示灯。 当接通电源开关后，电源指示灯应亮，表示电源已接通，可进行各功能检测，反之，断开电源后，指示灯应熄灭；挂弹信号指示灯是当GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩锁闭时，由挂弹钩送出的信号点亮指示灯，表明挂弹钩已闭合；联锁指示灯是当GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩闭合时，由挂弹钩断开送出的信号，指示灯应熄灭。挂弹信号指示灯的状态与联锁指示灯的状态相反，程联动关系，当挂弹信号指示灯亮起时，联锁指示灯应熄灭；当挂弹信号指示灯熄灭时，联锁指示灯应点亮。数码管主要用于显示GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩的开钩时间测试结果。显示数据是由单片机控制显示驱动器MAX7219，再由驱动器直接驱动LED数码管进行显示，原理图如图4所示 图1-4 数码管显示驱动原理图 1.7 电源子系统 本系统采用220V交流供电，由于内部集成电路需用到5～30V可调DC、5VDC，因此采用二次电源的方式将交流220V转换成5～30V可调DC和5VDC供内部电路使用。 交流220V电源通过电源开关来控制，当电源开关置于接通位置时，整个系统开始供电。供电原理图如图5所示 图1-5 试验器供电原理图 第2章 系统功能检测实现原理 2.1 自检功能 自检子系统完成试验器的完好性检查，为保证使用的可靠和测试的正确性，试验器在使用前应进行自检。自检子系统采用闭环信号回路方式实现，由信号产生电路、自检切换逻辑电路和信号采集电路组成，主要对设备内部单片机的I/O电路、数码管显示电路、指示灯电路等进行检测。 由于试验器采用了模块化的设计，因此，如在自检过程中检测出设备有故障，根据出现的故障现象就能够快速准确的定位故障电路，判断故障原因，方便及时有效的排故。 2.2 额定工作电压检查 将设备内部的二次电源5～30V可调DC输出端接到电压表头上，并通过电压调节旋钮对工作电压在27±2.7V范围内进行调节，通过电压表头上显示的电压值来判断工作电压能否正常调节。 2.3 挂弹钩锁闭检查 挂弹钩锁闭检查主要是检查GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩能否正常锁闭，锁闭是否可靠。当挂弹钩锁闭时，挂弹钩会通过其上端的XC18Y7ZT(GDG-Ⅱ7挂弹钩为XC22Y10KHP)型航空插头1脚（GDG-402A挂弹钩为5脚）送出27VDC的悬挂信号,同时断开4脚（GDG-402A挂弹钩为8脚）送出的联锁信号。试验器通过接口子系统对挂弹钩送出的悬挂信号和联锁信号进行采集，并通过内部的分压、限流和逻辑电路后，点亮试验器面板上的挂弹信号指示灯和熄灭对应的联锁信号指示灯进行指示。原理图如图2-1所示 图2-1 挂弹钩锁闭检查原理图 2.4 挂弹钩开钩时间检查 挂弹钩开钩时间检查主要是检查GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩开钩是否正常，开钩的时间是否满足技术 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 规定的要求。当挂弹钩处于锁闭状态时，按下试验器面板上的正常投放或应急投放按钮，试验器会模拟飞机通过接口子系统给挂弹钩送出一个27VDC的投放信号。同时，试验器内部的单片机系统会采集试验器送出的投放信号作为外部中断信号，触发单片机内部的定时计数器开始计数。当挂弹钩接收到试验器送出的投放信号后开始动作，挂弹钩从锁闭状态转换为断开状态。同时，试验器内部的单片机系统会采集挂弹钩悬挂信号的变化作为外部中断信号，触发单片机内部的定时计数器停止计数。单片机通过计算后，将挂弹钩断开所用时间送到数码管进行显示 。原理图如图2-2所示 图2-2 挂弹钩开钩时间检查原理图 2.5 正常/应急投放电流检查 挂弹钩正常/应急投放电流检查主要是检查GDG-Ⅱ7、GDG-402A挂弹钩进行投放时的负载电流是否正常。当挂弹钩处于锁闭状态时，按下试验器面板上的正常投放按钮或应急投放按钮，试验器会模拟飞机给挂弹钩送出27VDC的投放信号，投放信号通过试验器的电流表头后由接口子系统送入挂弹钩的检测接口（GDG-Ⅱ7挂弹钩3脚为正常投放，2脚为应急投放；GDG-402A挂弹钩4脚为正常投放，6脚为应急投放）。挂弹钩接收到投放信号后，状态由锁闭状态变为断开状态。同时，试验器面板上电流表头会显示出挂弹钩作为投放信号负载的电流值，显示的电流值即为挂弹钩的投放电流值。原理图如图2-3所示 图2-3 正常/应急投放电流检查原理图 第3章 各模块硬件设计 3.1 数码管显示驱动 3.1.1 显示驱动器选择 本系统选用的是MAXIM公司生产的串行输入共阴极显示驱动器MAX7219。MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。。它的操作很简单，MCU只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。MAX7219的外部引脚分配如图10所示及内部结构如图11所示 图3-1 MAX7219的外部引脚分配图 各引脚的功能为： DIN：串行数据输入端 DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展 LOAD：装载数据输入 CLK：串行时钟输入 DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流 SEG A~SEG G DP     7段驱动和小数点驱动 ISET：  通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流  MAX7219有下列几组寄存器： MAX7219内部的寄存器主要有：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。 分别介绍如下： （１）译码控制寄存器（X9H） MAX7219有两种译码方式：B译码方式和不译码方式。当选择不译码时，8个数据为分别一一对应7个段和小数点位；B译码方式是BCD译码，直接送数据就可以显示。实际应用中可以按位设置选择B译码或是不译码方式。 （２）扫描界限寄存器（XBH） 此寄存器用于设置显示的LED的个数（1~8），比如当设置为0xX4时，LED 0~5显示。 （３）亮度控制寄存器（XAH） 共有16级可选择，用于设置LED的显示亮度，从0xX0~0xXF （４）关断模式寄存器（XCH） 共有两种模式选择，一是关断状态，（最低位 D0=0）一是正常工作状态（D0=1）。 （５）显示测试寄存器（XFH） 用于设置LED是测试状态还是正常工作状态，当测试状态时（最低位 D0=1）各位显示全亮，正常工作状态(D0=0)。 3.1.2 本试验器选择设计可行性方案 针对实际情况，结合本设计实际需求如下： MAX7129是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。 要想与MAX7129通信，首先要先了解MAX7129的控制字。MAX7129的控制字格式如表1 表1 控制字（即地址及命令字节） D 15 D 14 D 13 D 12 D 11 D 10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X ADDRESS MSB DATA LSB 如表1所示，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。工作时序图见图3-2。由于51是8位单片机故需要分两次来送数据。 由于该芯片可直接驱动最多8位7段数字LED显示器，它与单片机的接口仅用3个引脚即可实现最高10MHz串行口。串行数据是以16位数据包的形式从Din脚串行输入，在CLK的每一个上升沿一位一位地送入芯片内部16位移位寄存器，而不管LOAD脚的状态如何。LOAD脚必须在第16个CLK上升沿出现的同时或之后，但在下一个CLK上升沿之前变为高电平，否则移入的数据将丢失。16位数据包的数据格式如表1所示。 在本系统中，MAX7219的DIN（串行数据输入）、LOAD（载入数据）、CLK（时钟序列输入端）三个端口主要由单片机的P2.5～P2.7控制，控制四位7段数字LED显示器。 图3-2 数据读写时序 3.2 主板芯片 3.2.1 概述 挂弹钩电气试验器选用P89V51RD2微处理器。P89V51RD2是Philips公司生产的一款80C51微控制器，P89V51RD2单片机是其推出的新一代基于MCS-51内核的8位单片机，内部集成64 KB Flash程序存储器和1 KB RAM数据存储器，具有自调试(SoftICE)、在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)功能，这些功能都是在RS-232 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 串口下实现。采用 P89V51RD2单片机，可以通过UART标准接口在KeilμVision编程环境下用KeilMonitor-51 Driver直接连接系统硬件来调试程序。完成调试后，在FlashMagic工具软件下进行编程。 图3-3 P89V51RD2各引脚示意图 图3-4 P89V51RD2实物图 3.2.2 特性 80C51核心处理单元； 5V的工作电压，操作频率为0～40MHz； 16/32/64kB的片内Flash程序存储器，具有ISP（在系统编程）和IAP（在 应用中编程）功能； 通过软件或ISP选择支持12时钟（默认）或6时钟模式； SPI（串行外围接口）和增强型UART； PCA（可编程计数器阵列），具有PWM和捕获/比较功能； 4个8位I/O口，含有3个高电流P1口（每个I/O口的电流为16mA）； 3个16位定时器/计数器； 可编程看门狗定时器（WDT）； 8个中断源，4个中断优先级；  2个DPTR寄存器； 低EMI方式（ALE禁能）； 兼容TTL和CMOS逻辑电平； 掉电检测； 低功耗模式 掉电模式，外部中断唤醒； 空闲模式； DIP40，PLCC44和TQFP44的封装。 3.2.3 程序流程图 本设计采用C语言编程设计软件 ，主要包括两个内容：对共阴极显示驱动器MAX7219数码管的驱动程序；信号采集部分的功能驱动。程序流程如图3-5 图3-5程序流程图 参考文献 [1] 郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.东南大学出版社,2003.6:145-149 [2] 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社,1998.12:475-450 [3] 李广弟.单片机基础.北京航空航天出版社，2001.7 [4] 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术.高等教育出版社 [5] 马忠梅等，单片机的C语言应用程序设计,北京航空航天大学出版社 [6] 模拟电子技术，童师白 [7] 袁志祥、秦锋主编，数据结构（c语言版）例题详解与课程设计指导》第二版，中国科学技术大学出版社 [8] 郭齐胜、徐享忠，计算机仿真，国防工业出版社 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