迫击炮弹引信安全系统控制逻辑和解除保险电路设计

论文摘要

针对82mm迫击炮弹微机电引信安全系统,设计其控制逻辑和解除保险电路,其功能是：一要保证在勤务处理、装填和发射时的安全性,二要在探测到发射后的双环境信息后驱动MEMS安全和解除保险机构解除保险,保证灵敏度和作用可靠性。根据迫击炮弹引信的特点,分析其发射过程和弹道上可用的环境信息,选取后坐冲击加速度信息和出炮口的磁信息作为两种独立的环境激励。经过对比验证,选取了适用于引信复杂苛刻的工作环境的两种传感器作为系统输入的第一环节；分析了目前国内外微处理器控制的电路在引信上的应用,提出了系统的整体设计方案和逻辑判断流程。遵循模块化的设计方法对硬件电路和CPLD算法进行设计,CPLD通过阈值+时间窗和跳变触发等算法对经过传感器信号预处理、放大滤波以及模数变换后的信号判断识别,满足预定逻辑后发出解除保险命令,经功率放大电路后输出至MEMS安全和解除保险机构的执行器。经功能优化和合理的芯片选型、布局,最终设计制作的电路由三块直径为25mmm的双面PCB叠加而成,能够满足引信内腔的体积要求。最后对电路和MEMS保险机构进行了配合实验,验证了电路对MEMS机构的执行器的驱动能力；通过冲击试验台模拟发射环境和通过函数发生器模拟双环境信息输入的方法对程控电路的算法做了验证,证明了系统设计的可行性和电路工作的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 引信安全系统的发展
• 1.3 迫击炮弹引信的特点和发展
• 1.4 MEMS技术在引信上的应用
• 1.5 电子安全系统的国内外研究现状
• 1.6 电引信的安全准则
• 1.7 本文的主要研究内容
• 2 引信环境信息分析和引信用传感器研究
• 2.1 引信环境信息
• 2.2 引信用传感器
• 2.2.1 微加速度传感器
• 2.2.2 磁传感器
• 2.3 信号识别算法
• 2.3.1 加速度信号识别算法
• 2.3.2 出炮口磁信号识别算法
• 2.4 本章小结
• 3 控制逻辑和解除保险的整体设计方案
• 3.1 微处理器控制电路在炮弹引信的应用
• 3.2 主控制器选择
• 3.2.1 双微控制器在本设计中的可行性分析
• 3.2.2 CPLD在引信控制电路中的可行性分析
• 3.3 整体设计方案
• 3.4 本章小结
• 4 系统硬件设计
• 4.1 传感器信号预处理
• 4.1.1 压电传感器电荷变换
• 4.1.2 磁传感器复位
• 4.2 信号调理模块
• 4.2.1 放大电路
• 4.2.2 滤波电路
• 4.2.3 A/D转换电路设计
• 4.3 系统时钟模块
• 4.4 驱动模块
• 4.5 电源模块
• 4.6 系统小型化和低功耗设计
• 4.7 系统抗干扰和稳定性设计
• 4.8 样机整体封装
• 4.9 本章小结
• 5 主控制器CPLD逻辑
• 5.1 器件选型
• 5.2 主控硬件外围电路设计
• 5.3 数字电路设计流程
• 5.4 顶层逻辑实现
• 5.5 底层逻辑实现
• 5.5.1 磁传感器复位模块Magn
• 5.5.2 系统状态调试State
• 5.5.3 A/D控制Adcon
• 5.5.4 信号算法识别模块Algo
• 5.6 低功耗设计和逻辑优化
• 5.6.1 数字电路中的低功耗设计
• 5.6.2 速度、面积和逻辑优化
• 5.7 硬件实现
• 5.8 本章小结
• 6 调试和实验
• 6.1 驱动能力测试
• 6.2 抗冲击能力和响应第一环境信息测试
• 6.3 主控芯片算法测试
• 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录