基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统设计与试验.pdf
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1、火工品2023年0 8 月INITIATORS&PYROTECHNICS文章编号:10 0 3-148 0(2 0 2 3)0 4-0 0 13-0 62023年第4期基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统设计与试验杨康,杨正才,韩克华,郭凯,吴琴钟,程涛,张涛,吴昊(陕西应用物理化学研究所,陕西西安,7 10 0 6 1)摘要:为了提高烟幕防御系统的安全性、可靠性和智能化程度,采用总线网络拓扑结构与协议编码可寻址方式,设计了基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统,开展了系统的50 0 m远距离可寻址功能、电性能测试和系统点火试验。结果表明:智能点火器输人线缆每增加45m,线缆电压损耗
2、为5.38 9 mVml,线缆压降增加1.34%,输出电压幅度降低2.95%;随着系统输人电压升高,智能点火器充电电压升高,放电电压增大,5A和10 A电流对应的放电脉宽增大。系统能实现单点可寻址点火和多点可寻址延迟点火功能,为烟幕防御系统的智能点火方式设计与应用提供依据。关键词:烟幕防御;CAN总线;多点点火网络;多点可寻址;同步性中图分类号:TJ450.2Design and Test of Long-Distance Addressable Multi-Point Ignition Network System Based on CAN BusYANG Kang,YANG Zheng-c
3、ai,HAN Ke-hua,GUO Kai,WU Qin-zhong,CHENG Tao,ZHANG Tao,WU HaoAbstract:In order to improve the safety,reliability and intelligence of the smokescreen defense system,a long-distancemulti-point ignition network system based on CAN bus was designed by using the bus network topology structure and protoco
4、lcoding addressable mode.The 500 meter distance addressable function test,electrical performance tests and ignition tests of thesystem were carried out.The results show that when the input cable ofthe intelligent igniter is increased by 45 m,the cable voltageloss is 5.389 mV/m,the cable voltage drop
5、 is increased by 1.34%,and the output voltage range is decreased by 2.95%.With theincrease of the system input voltage,the charging voltage of the intelligent igniter increases,the discharge voltage increases,andthe pulse width corresponding to 5A and 10A current increases.The system can realize sin
6、gle-point addressable ignition andmulti-point addressable delayed ignition,which provides a basis for the design and application of inteligent ignition mode ofsmoke screen defense system.Key words:Smoke screen defense;CAN bus;Multi-point ignition network;Multi-point addressable;Synchronicity文献标识码:AD
7、0I:10.3969/j.issn.1003-1480.2023.04.003(Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute,Xian,710061)烟幕防御系统作为一种攻防兼备的特殊手段,其突出的遮蔽和干扰能力能够大幅度降低来袭武器弹药的毁伤效能!。并且烟幕遮蔽具有操作方便、反应速度快、形成时间短、散布面积大、留空时间长、遮蔽波段宽等特点2 ,在反侦察、防空反导等领域具有收稿日期:2 0 2 3-0 1-12作者简介:杨康(1994-),男,助理工程师,从事安全点火控制技术、全电子安全点火与点火技术研究。通讯作者:韩克华(1
8、98 1-),男,研究员,从事安全起爆控制技术研究。基金项目:兵器集团公司科技开发费项目(JY2021102)重要作用3。现有的烟幕防御系统大多自主作战、不成体系,缺乏协同作业能力,无法有效进行系统联合45,当作战单元繁多,并且防御对象均为高精尖技术武器时,系统的多节点单元协同控制能力不能很好的满足要求6 。信息化作战具有不确定性和复杂多变性,14控制系统作为烟幕防御系统的核心,其使用时机和点火控制方式对作战效果十分重要7 。尤其是远距离烟幕防御场合对控制系统的节点可寻址、智能点火等功能均有很高要求。现有的烟幕防御控制系统的控制方式单一,点火模式不能很好的适应于变化的场合,并且缺乏统一管理和分
9、配的能力。为了进一步提高烟幕防御系统的安全性、可靠性和智能化程度,本文设计了一种基于CAN总线的可寻址远距离多点点火网络系统,开展了系统的可寻址通信、充电、安全泄放、放电延迟功能测试及电性能测试,并通过系统点火试验和烟幕试验对系统单点可寻址点火、多点可寻址延迟点火及作为烟幕防御控制系统的可靠性进行了验证。1系统设计1.1硬件系统设计基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统由CAN总线、1个总线控制器和多个智能点火器构成,如图1所示。其总线通信传输采用基于CAN总线协议的差分信号,目的在于提高总线的有效传输距离和传输速率,同时提高系统通信的抗干扰性。多点同步(延时)可寻址广播节点至少30 0
10、m2#智能点火点火器提供能量2 根控制总线总线上位机控制器差分传输2 根点火器单点可寻址(us量级)常规节点至多110 个节点图1系统硬件原理框图Fig.1 System hardware schematic diagram总线控制器作为系统中唯一的主设备,控制整个系统的动作时序和流程,包括接收来自制导控制系统的指令,对指令进行解析;通过点火控制总线将指令发送到指定的智能点火器上;对智能点火器返回的执行结果进行处理,上报给制导控制系统。其原理框图如图2 所示。智能点火器原理框图如图3所示。每一个智能点火器都带有一个可识别的地址编码,在指令识别过程中,智能点火器只有接收到与自身匹配的地址编码,才
11、执行对应的指令,并返回执行结果状态报文。因此,杨康等:基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统设计与试验自检模块DC-DC主控模块器CANHCANLFig.3 Structure block diagram of intelligent igniter1.2软件系统设计基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统的软件部分主要分为3个模块:专用点火通信协议模块,总线控制器软件模块,以及智能点火器软件模块。基于总线可寻址的方式,软件系统可以实现状态自检、解除保险和多模式点火等功能。为保障系统安全性和数据传输可靠性,总线控制器和智能点火器之间4#必须严格遵守通信协议的内容和规范:智能点火器智能智能
12、点火器32023 年第 4 期总线控制器可以根据智能点火器唯一的身份地址,完成单点可寻址操作、多点可寻址同步操作以及多点可寻址延迟操作等功能。220VAC电源模块AGND220V转2 4V制导控制系统主控模块SPiCANHCANL图2 总线控制器结构框图Fig.2 Bus controller structure block diagram24VDCGND总线控制器(1)通信协议采用总线可寻址指令/响应式主从智能结构。总线控制器将含有地址字段的指令传送到总线点火器n供电控制模块CAN总线CAN总线扩展模块通信模块电源模块1电源模块2CAN总线通信模块图3智能点火器结构框图上,地址匹配的智能点火
13、器执行指令,并将执行结果反馈到总线上。(2)通信协议采用扩展顿,将2 9 位标识符按照功能分成5段,具体位域分配如图4所示。NS(No d eState)节点状态:用于表示收发报文的节点状态,占用ID28ID25,共4位,分别代表节点所处状态以及相关状态的统计次数;RS(R e c e i v e/Se n d)表示节点当前数据状态,0 表示数据发送,1表示数据接收,占用ID24;DT(Data Type)表示数据类型,占用ID23ID16,共8 位,分别表示节点处于复位、请求、提供、确认、回复等状态;DA(D e s t in a t io n A d d r e s s)表示当前节点的目的
14、地址,占用ID15I D 8,共8 位;SA(So u r c e A d d r e s s)表示当前节点的源地址,占用24VDCGND智能点火器CANHCANL系统输出火工电缆保险模块发火模快一充电波形2023年0 8 月ID7 IDO,共8 位。2825 24 23NSR4图4通信协议2 9位标识符分配图Fig.4 29-bit identifier allocation diagram of communicationprotocol(3)在数据交互过程中,使用CAN总线多节点总线仲裁机制和CRC校验方法。(4)通信协议数据顿传输结构设置如图5所示。顿结构顿起始仲载段控制段数据段CRC
15、段ACK段结束标准1扩展顿1Fig.5Bus data frame structure2系统试验2.1试验方法基于CAN总线可寻址远距离多点点火网络系统的功能和电性能测试原理框图如图6 所示。由图6 可见,测试系统主要包括上位机PC、CA N总线、1个总线控制器、5个智能点火器和示波器。总线控制器与上位机之间采用USB转CAN模块连接通信,外输人源。CAN总线包括2 根电源线和2 根信号线,总长为50 0 m,信号传输采用标准CAN差分信号线双绞屏蔽连接,每个智能点火器之间间隔45m,节点采用直接耦合的方式接入总线;智能点火器终端输出负载为1Q的等效电阻,使用示波器对系统功能和电性能进行测试。
16、500mUSB转CAN总线CAN模块控制器PC单点可寻址(us量级)图6 功能和电性能测试原理框图Fig.6 Schematic diagram of functional and electricalperformance test2.2 功能测试2.2.1可寻址通信功能在总线控制器软件模块中,将自检指令设置为可火工品寻址方式,指定1#、3#、5#智能点火器的地址编码,16 1587DTDA88114294图5总线数据顿结构常规节点2#智能点火点火器控制总线智能点火器1#45m15分别为0 X91、0 X93、0 X95,由PC端向3个智能点SA火器发送自检指令,接收的报文如表1所示。8表1
17、系统软件协议测试表Tab.1 System software protocol test tablePC端报文编号PC端发送指令1#55AA02008100833#55 AA 02 00 81 00 835#55AA02 00810083由表1可知,PC端发送指令时,按照通信协议0641506415智能点火器智能智能点火器3#PC端接收报文标识符55AA04910X28191FF0105 00.9B55AA049301 05 00 9D55AA049501 05 009F37374#终端负载点火器5#火工电缆示波器通信状态通过0X28193FF通过0X28195FF通过和总线控制器中指定的地址
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