多路精密時(shí)序控制裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提出了一種多路精密時(shí)序控制裝置，包括操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元以及系統(tǒng)供電單元；操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元依次連接，系統(tǒng)供電單元分別與操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元連接。本實(shí)用新型的多路精密時(shí)序控制裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品點(diǎn)火、起爆時(shí)間和相關(guān)高速相機(jī)圖像記錄啟動(dòng)時(shí)間的精確控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多路精密時(shí)序控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種時(shí)序控制裝置，具體涉及一種精密控制火工品起爆時(shí)間及高速相機(jī)圖像記錄的時(shí)序控制裝置系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多工業(yè)和科研火工品測(cè)試領(lǐng)域，需要精密控制一系列火工品的點(diǎn)火時(shí)間，火工品點(diǎn)火時(shí)間與觸發(fā)信號(hào)間控制精度需要達(dá)到微秒級(jí)。
[0003]同時(shí)需要使用高速乃至超高速相機(jī)來(lái)拍攝被測(cè)火工品點(diǎn)火、起爆、爆炸過(guò)程，但是高速相機(jī)本身所帶存儲(chǔ)空間都十分有限，許多相機(jī)采用最高頻率(一般5000幀/秒?10000中貞/秒，最聞可達(dá)百萬(wàn)巾貞/秒以上)拍攝時(shí)，存儲(chǔ)空間只能夠記錄幾秒種，最短僅有I到2秒的時(shí)間，這就要求相機(jī)啟動(dòng)拍攝的時(shí)刻與被拍攝火工品點(diǎn)火爆炸過(guò)程精確進(jìn)行時(shí)序控制，否則相機(jī)將會(huì)錯(cuò)過(guò)需要記錄的過(guò)程。
[0004]目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有針對(duì)火工品點(diǎn)火、起爆時(shí)間和相關(guān)高速相機(jī)圖像記錄啟動(dòng)時(shí)間的精確控制系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種多路精密時(shí)序控制裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品點(diǎn)火、起爆時(shí)間和相關(guān)高速相機(jī)圖像記錄啟動(dòng)時(shí)間的精確控制。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:多路精密時(shí)序控制裝置，其特殊之處在于:包括操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元以及系統(tǒng)供電單元；所述操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元依次連接，所述系統(tǒng)供電單元分別與操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元連接。
[0007]上述主控單元包括MCU處理器以及分別與MCU處理器連接的通道選擇單元、通信接口單元、人機(jī)接口單元、存儲(chǔ)單元以及電源電路；MCU處理器實(shí)時(shí)掃描操作面板單元按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，形成配置和控制指令，對(duì)定時(shí)控制單元進(jìn)行延時(shí)時(shí)間預(yù)設(shè)、啟動(dòng)控制。
[0008]上述定時(shí)控制單元包括20路(不限于20路)延時(shí)控制模塊，其中16 (不限于16路)路用于測(cè)試設(shè)備延時(shí)啟動(dòng)控制，4路(不限于4路)路用于起爆控制，定時(shí)控制單元為通過(guò)軟件編程設(shè)計(jì)，在FPGA芯片硬件實(shí)現(xiàn)的定時(shí)控制模塊，所有各路模塊采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)頻率同源設(shè)計(jì)，這樣保證了所有通道間的時(shí)間計(jì)數(shù)統(tǒng)一，進(jìn)而保證了各通道延時(shí)的精度。定時(shí)控制單元的計(jì)數(shù)頻率來(lái)自于主控單元的高穩(wěn)定度晶振，并接收主控單元設(shè)置的定時(shí)時(shí)間用于延時(shí)計(jì)數(shù)。延時(shí)計(jì)數(shù)結(jié)束后將觸發(fā)信號(hào)外送進(jìn)行輸出控制。
[0009]上述操作面板單元包括分別與MCU處理器連接的顯示屏、電壓表、鍵盤(pán)、操控按鈕、通道使能開(kāi)關(guān)、測(cè)試孔。
[0010]上述通信接口單元、人機(jī)接口單元分別是與液晶屏連接的RS485接口、與計(jì)算機(jī)的通信的RS232接口。[0011]通道選擇單元是通過(guò)操作面板單元的20路的撥碼開(kāi)關(guān)。
[0012]上述MCU處理器是32位ARM處理器，不限于LPC2294。
[0013]上述存儲(chǔ)單元是8K容量E2PROM鐵電存儲(chǔ)器，不限于FM24C64。
[0014]上述人機(jī)接口單元采用4X4矩陣鍵盤(pán)。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016]I)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品點(diǎn)火、起爆時(shí)間和相關(guān)高速相機(jī)圖像記錄啟動(dòng)時(shí)間的精確控制；
[0017]2)可以實(shí)現(xiàn)高精度的控制邏輯輸出，設(shè)計(jì)中采用高性能FPGA和高穩(wěn)有源晶振實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)延時(shí)控制，米用電平輸出方式時(shí)系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間精度優(yōu)于5us,米用開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出方式時(shí)系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間精度優(yōu)于3ms ；
[0018]3)輸出通道多，包括20路(不限于20路)延時(shí)控制模塊，其中16路(不限于16路)用于延時(shí)啟動(dòng)控制，4路(不限于4路)用于起爆控制(兩路用于火工品起爆；四路組合使用，用于電磁閥控制)等；
[0019]4)可以實(shí)現(xiàn)各通道自檢結(jié)果、設(shè)置參數(shù)等信息的斷電保存，下次系統(tǒng)加電后自動(dòng)讀出上次設(shè)置參數(shù)待用；
[0020]5)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品起爆、點(diǎn)火的穩(wěn)定可靠控制，避免了在上電初始化過(guò)程中某些干擾信號(hào)對(duì)連接火工品起爆電源、火工品點(diǎn)火造成影響。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的總體構(gòu)成圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型的硬件組成框圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型的操控面板示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型的火工通道接口電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型多路時(shí)序控制裝置由四部分組成:操作面板單元1、主控單元2、定時(shí)控制單元3、系統(tǒng)供電單元4。
[0026]操作面板單元I作為系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，配置顯示屏、電壓表、鍵盤(pán)、操控按鈕、通道使能開(kāi)關(guān)、測(cè)試孔等，用于實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)置和控制的輸入以及相關(guān)信息、狀態(tài)等顯示功倉(cāng)泛;
[0027]主控單元2作為多路時(shí)序控制裝置的控制核心，負(fù)責(zé)操作面板設(shè)置信息的采集、狀態(tài)信息的顯示控制、對(duì)定時(shí)控制單元3的設(shè)置與監(jiān)測(cè)、向定時(shí)控制單元3發(fā)送信號(hào)(定時(shí)、啟動(dòng)、中斷等)等功能實(shí)現(xiàn)。主控單元2接收到“零”點(diǎn)信號(hào)，立即觸發(fā)各定時(shí)控制模塊啟動(dòng)延時(shí)計(jì)時(shí)，監(jiān)測(cè)各測(cè)試設(shè)備控制模塊的運(yùn)行和控制狀態(tài)，形成起爆通道輸出控制邏輯。
[0028]定時(shí)控制單元3包括20路(不限于20路)延時(shí)控制模塊，其中16路(不限于16路)用于測(cè)試設(shè)備延時(shí)啟動(dòng)控制，4路(不限于4路)用于起爆控制等(兩路用于火工品起爆；四路組合使用，用于電磁閥控制)，具備電平、斷通、通斷三種輸出方式。設(shè)置的延時(shí)時(shí)間能夠保存，下次系統(tǒng)加電后自動(dòng)讀出上次延時(shí)值待用。
[0029]系統(tǒng)供電單元4采用220V的交流電輸入，輸出包括+12V、+10V、+3.3V等多種電壓輸出以滿(mǎn)足各模塊的供電需求。
[0030]參見(jiàn)圖2，主控單元2由MCU處理器20、通道選擇、通信接口單元21、人機(jī)接口單元22、存儲(chǔ)單元23、電源電路24等組成，MCU處理器20選擇Philips公司的32位MCU處理器LPC2294或其它ARM處理器，它是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDM1-STMCPU的微控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，為保證系統(tǒng)延時(shí)準(zhǔn)確性采用C語(yǔ)言加匯編編程，中斷觸發(fā)延時(shí)計(jì)時(shí)；通道選擇是通過(guò)面板上的20路的撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主控單元2通過(guò)通道注冊(cè)管理機(jī)制，屏蔽因各種原因不能參與控制的定時(shí)通道，包括通道被用戶(hù)屏蔽、通道故障等；人機(jī)接口單元22主要采用采用4X4矩陣鍵盤(pán)，由MCU處理器20實(shí)時(shí)掃描操控面板按鍵、開(kāi)關(guān)狀態(tài)(包括“零”點(diǎn)信號(hào))，形成配置和控制指令，對(duì)定時(shí)控制單元3各定時(shí)控制模塊進(jìn)行延時(shí)時(shí)間預(yù)設(shè)、啟動(dòng)控制等。主控單元2可以通過(guò)RS485接口對(duì)液晶屏進(jìn)行顯示控制，通過(guò)RS232接口和計(jì)算機(jī)的通信，操控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)必要時(shí)聯(lián)機(jī)外部計(jì)算機(jī)保存數(shù)據(jù)，同時(shí)可由外接計(jì)算機(jī)下載存儲(chǔ)各通道設(shè)定數(shù)據(jù)和狀態(tài)，存儲(chǔ)單元23選用8K容量E2PROM鐵電存儲(chǔ)器FM24C64，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)數(shù)次地擦寫(xiě)，可以實(shí)現(xiàn)掉電后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用于存儲(chǔ)各個(gè)通道的時(shí)延參數(shù)。
[0031]定時(shí)控制單元3包括20路(不限于20路)延時(shí)控制模塊31，其中16路(不限于16路)用于測(cè)試設(shè)備延時(shí)啟動(dòng)控制，4路(不限于4路)用于起爆控制等(兩路用于火工品起爆；四路組合使用，用于電磁閥控制)。系統(tǒng)設(shè)置的延時(shí)時(shí)間能夠保存，下次系統(tǒng)加電后自動(dòng)讀出上次延時(shí)值待用。測(cè)試通道在接收到啟動(dòng)信號(hào)后，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)間到，則根據(jù)預(yù)設(shè)的輸出方式控制輸出，同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出狀態(tài)并向主控單元匯報(bào)。起爆通道延時(shí)啟動(dòng)過(guò)程與測(cè)試通道相同，但輸出還必需受主控單元起爆保護(hù)邏輯控制，僅當(dāng)起爆允許時(shí)，才能輸出，否則保護(hù)。定時(shí)控制單元3包括20路(不限于20路)相對(duì)獨(dú)立，功能基本一致的通道定時(shí)控制|吳塊。
[0032]操作面板單元I參見(jiàn)圖3，操控面板上配置顯示屏、電壓表、鍵盤(pán)、操控按鈕、通道使能開(kāi)關(guān)、測(cè)試孔。8英寸液晶顯示屏上從上至下按I?20通道的順序，從左至右顯示對(duì)應(yīng)通道的預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和通道狀態(tài)等，運(yùn)行時(shí)間指“零”點(diǎn)觸發(fā)后至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間，通道狀態(tài)為通道輸出狀態(tài)，包括電平電壓、啟動(dòng)狀態(tài)、啟動(dòng)故障、保護(hù)狀態(tài)、屏蔽狀態(tài)等；兩塊電壓表分別指示兩路起爆通道的輸出電壓；鍵盤(pán)為4X4形式，用于選擇通道，并預(yù)設(shè)其延時(shí)時(shí)間、輸出方式等，為防止誤操作進(jìn)入或退出預(yù)設(shè)狀態(tài)，采用組合按鍵方式；面板上的四個(gè)操控按鈕分別為“復(fù)位”、“保護(hù)”、“預(yù)備”和“觸發(fā)”，“復(fù)位”按鈕為非自鎖形式，按下后系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位，但預(yù)設(shè)狀態(tài)保持不變；“保護(hù)”開(kāi)關(guān)為鑰匙控制形式，“預(yù)備”按鈕為自帶指示燈非自鎖形式，執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)和觸發(fā)功能，系統(tǒng)收到并確認(rèn)預(yù)備狀態(tài)，點(diǎn)亮“預(yù)備”指示燈，“觸發(fā)”按鈕為自帶指示燈非自鎖形式，系統(tǒng)收到并確認(rèn)“觸發(fā)”信號(hào)后，點(diǎn)亮“觸發(fā)”指示燈。通道使能開(kāi)關(guān)為一組20位的撥碼開(kāi)關(guān)，用于控制20路通道進(jìn)入/退出系統(tǒng)，以屏蔽閑置通道和故障通道。測(cè)試孔共四組，分別對(duì)應(yīng)17、18、19、20四個(gè)通道，用于測(cè)試起爆回路阻值。
[0033]為了安全可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品起爆、點(diǎn)火的控制，避免在上電初始化過(guò)程中某些干擾信號(hào)對(duì)連接火工品起爆電源、火工品點(diǎn)火造成影響，設(shè)計(jì)采用了光耦隔離以及處理器控制繼電器導(dǎo)通的方式控制火工品起爆、點(diǎn)火，電路原理圖如圖4所示。采用JGX-1595FXC磁隔離直流固體繼電器，該直流固體繼電器采用磁隔離、功率場(chǎng)效應(yīng)管輸出，具有輸出電流大、耐壓高、輸出電壓降低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在不需要信號(hào)輸出的時(shí)候，通過(guò)繼電器切斷延時(shí)儀與外部設(shè)備的連接，如果需要信號(hào)輸出的時(shí)候，由處理器控制繼電器導(dǎo)通，從而接通延時(shí)儀和火工品起爆電源，控制火工品點(diǎn)火。
[0034]本實(shí)用新型的具體操作流程如下:
[0035]使用前根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求正確連接儀器電纜，檢查無(wú)誤后系統(tǒng)加電。系統(tǒng)加電后自動(dòng)讀入設(shè)備保存的上次各路延時(shí)時(shí)間，進(jìn)入等待狀態(tài)。如不需要對(duì)各路延時(shí)時(shí)間修改，打開(kāi)“保護(hù)”開(kāi)關(guān)，按下“預(yù)備”按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入待觸發(fā)狀態(tài)，準(zhǔn)備接收觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)行延時(shí)輸出控制。
[0036]如需改變延時(shí)時(shí)間設(shè)定則按如下方式進(jìn)行設(shè)定:a) “預(yù)設(shè)” + “設(shè)置/清除”
[0037]組合進(jìn)入預(yù)設(shè)狀態(tài)；b) “確認(rèn)” + “設(shè)置/清除”組合退出預(yù)設(shè)狀態(tài)。
[0038]進(jìn)入預(yù)設(shè)狀態(tài)后，顯示屏切換為輸入監(jiān)視模式，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)設(shè)輸入掃描模式。退出預(yù)設(shè)狀態(tài)，顯示屏切換為狀態(tài)監(jiān)視模式，系統(tǒng)進(jìn)入等待觸發(fā)模式。
[0039]點(diǎn)擊“通道”按鍵，輸入通道號(hào)，再點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鍵，選擇通道；
[0040]在輸入了正確的通道號(hào)后，點(diǎn)擊“預(yù)設(shè)”按鍵，隨后輸入預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)間，再點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鍵，該通道預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)間被置入，點(diǎn)擊“模式”按鍵，隨后輸入模式編碼(“I” 一 >5V電平；“2”一 >10V電平；“3”一 >斷通；“4”一 >通斷)，再點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鍵，該通道輸出模式被置入。
[0041]在輸出保護(hù)開(kāi)關(guān)處于保護(hù)狀態(tài)條件下，隨時(shí)可以操作進(jìn)入預(yù)設(shè)狀態(tài)；輸出保護(hù)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)通狀態(tài)后，系統(tǒng)屏蔽鍵盤(pán)輸入。
[0042]打開(kāi)“保護(hù)”開(kāi)關(guān)，按下“預(yù)備”按鍵，系統(tǒng)再次進(jìn)入待觸發(fā)狀態(tài)，準(zhǔn)備接收觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)行延時(shí)輸出控制。
【權(quán)利要求】
1.多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:包括操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元以及系統(tǒng)供電單元；所述操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元依次連接，所述系統(tǒng)供電單元分別與操作面板單元、主控單元、定時(shí)控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述主控單元包括MCU處理器以及分別與MCU處理器連接的通道選擇單元、通信接口單元、人機(jī)接口單元、存儲(chǔ)單元以及電源電路；MCU處理器實(shí)時(shí)掃描操作面板單元按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，形成配置和控制指令，對(duì)定時(shí)控制單元進(jìn)行延時(shí)時(shí)間預(yù)設(shè)、啟動(dòng)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述定時(shí)控制單元包括多路延時(shí)控制模塊，其中一部分路用于測(cè)試設(shè)備延時(shí)啟動(dòng)控制，另一部分路用于起爆控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述操作面板單元包括分別與MCU處理器連接的顯示屏、電壓表、鍵盤(pán)、操控按鈕、通道使能開(kāi)關(guān)、測(cè)試孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述通信接口單元、人機(jī)接口單元分別是與液晶屏連接的RS485接口、與計(jì)算機(jī)的通信的RS232接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:通道選擇單元是通過(guò)操作面板單元的撥碼開(kāi)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述MCU處理器是32位ARM處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述存儲(chǔ)單元是8K容量E2PROM鐵電存儲(chǔ)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多路精密時(shí)序控制裝置，其特征在于:所述人機(jī)接口單元采用4X4矩陣鍵盤(pán)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203689064SQ201320878533
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王晨, 張欣, 劉波, 馬烽, 魏宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所