引信安全逻辑控制电路设计和算法研究
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摘要
本文设计了微机电引信安全系统的安全逻辑控制电路,采用硬件控制器CPLD和软件控制器ARM相结合进行状态控制,对环境信息识别算法进行了研究,提高了引信的安全性和可靠性。
引信安全逻辑控制电路将采集到的环境信息分两路进行处理:一路送入CPLD芯片进行以硬件为主的处理,另一路送入ARM芯片进行以软件为主的处理。然后将软硬件的处理结果相结合得到每个环境激励对应的解除保险控制信号,并对两个解除保险控制信号进行时序判断,满足时序要求时发出最终解除保险信号,控制引信解除保险。
本文首先分析了引信的环境信息,研究了国内外微控制器在引信中的应用,提出了设计方案。引信安全逻辑控制电路包括电源电路、信号调理电路、A/D转换电路、系统时钟电路、CPLD控制电路以及ARM控制电路、复位电路和串口通讯电路。系统采用Altera公司的复杂可编程逻辑器件CPLD实现了A/D芯片的控制时序逻辑、供调试用的DEBUG逻辑、算法逻辑以及与ARM芯片的通信逻辑;通过Philips公司的ARM7芯片实现了数据的存储,信号算法以及与PC机的串口通信。通过实验验证了系统的可行性和稳定性。
The Safety Logic Control Circuit of MEMS Fuze is designed in this thesis. The state is controlled by the hardware controller CPLD and the software controller ARM. The algorithm of environment information identify is analysed, which improves security and reliability of Fuze.
Two environment informations acquired can be processed in two ways by hardware controller CPLD and software controlled ARM. Then the first arming control signal is the first environment information's and the second arming control signal is the second environment information's.The two arming control signal can be obtained by the CPLD and ARM processed result. The final arming control signal can be send when the two arming control signals' time sequence satisfies the request. The fuze can be armed the moment the final arming control signal is detected.
This thesis first analyse Environment information and research the domestic and foreign application of microprocessor in the fuze, propose the scheme of The Safety Logic Control Circuit of MEMS Fuze which consists of the power circuit, signal conditioning circuit, AD transforming circuit, system clock circuit, control circuit based on CPLD and ARM, reset circuit, the Serial Communication Circuit. The core components of the system are composed of CPLD and ARM. The implementation of the A/D control logic, DEBUG logic, algorithm logic, communication logic to ARM is based on CPLD; Data Storage, algorithm and serial communication with PC are implemented by ARM. The feasibility and stability of system has been proved by the experiment.
引信安全逻辑控制电路将采集到的环境信息分两路进行处理:一路送入CPLD芯片进行以硬件为主的处理,另一路送入ARM芯片进行以软件为主的处理。然后将软硬件的处理结果相结合得到每个环境激励对应的解除保险控制信号,并对两个解除保险控制信号进行时序判断,满足时序要求时发出最终解除保险信号,控制引信解除保险。
本文首先分析了引信的环境信息,研究了国内外微控制器在引信中的应用,提出了设计方案。引信安全逻辑控制电路包括电源电路、信号调理电路、A/D转换电路、系统时钟电路、CPLD控制电路以及ARM控制电路、复位电路和串口通讯电路。系统采用Altera公司的复杂可编程逻辑器件CPLD实现了A/D芯片的控制时序逻辑、供调试用的DEBUG逻辑、算法逻辑以及与ARM芯片的通信逻辑;通过Philips公司的ARM7芯片实现了数据的存储,信号算法以及与PC机的串口通信。通过实验验证了系统的可行性和稳定性。
The Safety Logic Control Circuit of MEMS Fuze is designed in this thesis. The state is controlled by the hardware controller CPLD and the software controller ARM. The algorithm of environment information identify is analysed, which improves security and reliability of Fuze.
Two environment informations acquired can be processed in two ways by hardware controller CPLD and software controlled ARM. Then the first arming control signal is the first environment information's and the second arming control signal is the second environment information's.The two arming control signal can be obtained by the CPLD and ARM processed result. The final arming control signal can be send when the two arming control signals' time sequence satisfies the request. The fuze can be armed the moment the final arming control signal is detected.
This thesis first analyse Environment information and research the domestic and foreign application of microprocessor in the fuze, propose the scheme of The Safety Logic Control Circuit of MEMS Fuze which consists of the power circuit, signal conditioning circuit, AD transforming circuit, system clock circuit, control circuit based on CPLD and ARM, reset circuit, the Serial Communication Circuit. The core components of the system are composed of CPLD and ARM. The implementation of the A/D control logic, DEBUG logic, algorithm logic, communication logic to ARM is based on CPLD; Data Storage, algorithm and serial communication with PC are implemented by ARM. The feasibility and stability of system has been proved by the experiment.
引文
[1]陈荷娟等.智能化引信,越来越“聪明”的引信.现代军事,2005年第08期
[2]黄峥等.重视顶层设计和基础研究,努力推进我国引信技术的发展.会议论文,2007年8月
[3]张怀伟等.引信之一.总论篇.轻兵器,2003年第5期
[4]徐伟业等.CPLD/FPGA的发展与应用之比较.现代电子技术,2007年第241期,4-7
[5]孙晓波等.引信电子安全系统的发展.探测与控制学报,2003年6月第2期
[6]王雨时.我国引信技术发展刍议.国防技术基础,2005年第12期
[7]石庚辰.关于开展引信机电一体化安全系统研究的一些看法.现代引信,1994年第1期,18-21
[8]焦国太.环境力对引信安全系统可靠性的影响分析.中国安全科学学报.1999年10月第5期
[9]施聚生,李建良.论引信的信息特征.探测与控制学报(原现代引信).1993年第一期,1-5
[10]李国林,施聚生,李银林,周勇.引信信道特征与信息处理研究.探测与控制学报.1999年6月.第21卷第2期.9-13
[11]王雨时.引信系统分析与工程设计问题与解答.南京:南京理工大学.2005年2月,14
[12]Maurer.Method For Utilizing A MEMS Safe Arm Device For Microdetonation.US,7007606B1[P].2006
[13]齐杏林.基于双微控制器的引信安全系统设计及其规律研究.探测与控制学报.2007年6月,第29卷第3期,10-15
[14]John Yoo.Tactical Fuze Design for the XM984 DPICM Mortar Cartridge.[C/OL]//USA:NDIA,2002[2006-10-12].http://www.dtic.mil/ndia/2002fuze/2002fuze.html.
[15]Shala M.Strickland.Adding an Electronic Self Destruct Mode to the M230 Fuze.[C/OL]//USA:NDIA,2003[2006-10-12].http://www.dtic.mil/ndia/2003fuze/2003fuze.html
[16]Michael,Tucker K.Inductive Set table Electronic Time Fuze for Mortars[C/OL]//USA:NDIA,2003[2006-10-12].http://www.dtic.mil/ndia/2003fuze/2003fuze.html.
[17]Anthony Pergolizzi,Dennis Ward,Marty Davis,Kwok Cheung.XM784 and XM785Electronic Time Fuze For Mortars(ETFM)[C/OL]//USA:NDIA,2003[2006-10-12]. http://www.dtic.mil/ndia/2003fuze/2003fuze.html.
[18]Steve Thomas,Alliant Tech Systems,Plymouth.PGMM:A New Application for an Existing Fuze[C/OL]//Norfolk,Virginia:NDIA,2006[2006-10-12].http://www.dtic.mil/ndia/2006fuze/2006fuze.html.
[19]张菁华,石庚辰,隋丽.引信用微压阻式加速度传感器系统设计.装备指挥技术学院学报.2005年6月,第16卷第3期,83-86
[20]石庚辰.引信用微机电传感器.探测与控制学报,2000年12月,第22卷第4期,31-35
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