一种固液动力探空火箭箭载数据采集装置

本发明属于箭载数据采集系统领域，具体涉及一种固液动力探空火箭的箭载数据采集装 置。

固液探空火箭是在近地空间进行探测和科学试验的火箭，其主要目的在于进行空间探测 或进行飞行验证试验，为固液动力飞行器的研制积累经验。相较于固体、液体推进剂火箭， 固液动力探空火箭的优势在于容易关机和重新启动，这得益于固液火箭发动机中有独立的开/ 关控制阀门，使得整个混合燃烧过程比液体和固体发动机容易控制。同时，固液火箭发动机 具有很强的推力调节能力，但是固液混合火箭发动机的稳定燃烧对氧化剂和燃料的配比更为 敏感，在稳态工作和推力调节过程中，推进剂的混合比将稍偏离最佳值，配比对发动机的燃 烧效率、比冲乃至燃速都有重大影响，使发动机工作性能改变、比冲有所损失，当重新启动 点火后也可能存在一致性问题。鉴于挤压式固液混合火箭发动机氧化剂的流量不仅取决于氧 化剂贮箱挤压压强、供应系统流阻损失和氧化剂喷嘴的面积，还取决于燃烧室压强。现已发 现，不采取技术措施时，固‑液推进剂的燃烧度很低，固液发动机燃烧不完全的损失可达百分 之几十，而液体和固体发动机的损失只有百分之几，为使发动机工作处于最佳配比状态，必 须适当调整这些参数，可通过控制活门调节氧化剂的流量。也经多方试验验证，固液火箭发 动机推进系统的故障多出现在供给和增压系统。

因此，在这一类火箭的发射过程中，对探测数据或试验数据的采集记录工作尤为重要， 而数据采集系统就在这里扮演了极为重要的角。性能优良的数据采集装置，能够为研究人 员记录优质而丰富的研究数据，也是固液探空火箭设计过程中的重要环节。固液动力探空火 箭箭载数据采集装置应该具有研制周期短、成本低、安全可靠、适应能力强、试验容易、发 射简单灵活等特点。但是，目前并没有这种采集装置。

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种固液动力探空火箭箭载数据采集装置。

一种固液动力探空火箭箭载数据采集装置，包括主电路板和核心电路，模拟电路部分构 成主电路板，数字部分组成核心电路板，核心电路板直插于主电路板上；两块电路板间通过 双列矩形针式连接器相连接；

主电路板包括总供电电路及为核心板上供电所必须的调压电路、加速度计输出转换电路、 电磁阀通电情况的开关量转化电路、开关量及压力变送器输出信号的调理电路、转电控制电 路、滤波电路以及外围电路；

核心电路板包括以AD7656芯片为核心的数据采集电路、以25LC256芯片为核心的数据存 储电路、以MAX3485串口通信芯片为核心的数据传输电路、电源供电电路、滤波电路、核心 控制电路以及外围电路；

本发明的积极效果在于：

1、固液动力探空火箭箭载数据采集装置简单、安全、可靠、成本低、研制周期短，能够 承受恶劣的飞行力学环境。

2、固液动力探空火箭箭载数据采集电路实现了对火箭发动机实际产生的推力与箭载三个 轴向加速度在发动机工作阶段的全程监控、对比。

3、固液动力探空火箭箭载数据采集电路实现了对测量氧化剂贮箱压力的压力变送器和测 量对氧化剂贮箱进行增压的高压气瓶压力的压力变送器的实时监测和控制，进而监测故障多 现、影响发动机性能的供给系统和增压系统，并通过压力变送器调节氧化剂的流量，使发动 机工作处于尽可能处于最佳配比状态，高效地实现推力调节和多次启动‑关机等功能。

4、固液动力探空火箭箭载数据采集电路实现了对有箭载计算机按时序控制的三个电磁阀 （增压工况转换电磁阀、辅路吹除自锁电磁阀、主路吹除自锁电磁阀）工作情况的监控，监 测供给系统、增压系统、吹除系统是否安全、有序地进行工作。

5、固液动力探空火箭箭载数据采集电路的模拟电路和数字电路部分是独立供电的，数字 地与模拟地分开，并遵循单点接地原则，还添加了各种滤波电路。

6、固液动力探空火箭的供电有地面供电和电池供电两种方式。当用于试验测试时，可以 外接28V电压源为系统供电；当用于箭载时，采用28V电压的电池供电。

7、固液动力探空火箭在探空火箭发射之前，箭载数据采集电路的工作状态可以通过地面 设备的指示灯显示。

8、固液动力探空火箭对箭载采集电路控制芯片内程序的修改可以用于多种时序控制的探 空火箭，硬件电路通用性好。

图1：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的主电路板上的电平转换电路图；

图2：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的加速度计输出转换电路图；

图3：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的电磁阀开关量的转化电路图；

图4：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的传感器输出信号电压调理以及分压电路 图；

图5：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的转电控制电路图；

图6：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的主电路板上滤波以及地面地、模拟地、 数字地关系电路图；

图7：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的主电路板上的外围电路图；

图8：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的以AD7656芯片为核心的加速度计数据采 集电路图；

图9：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的以25LC256芯片为核心的数据存储电路 图；

图10：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的以MAX3485芯片为核心的串口通信电路 图；

图11：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的核心板上的电压供给以及滤波电路图；

图12：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的以控制芯片STM32F103RB为核心的电路 图；

图13：固液动力探空火箭箭载数据采集电路中的核心板上的外围电路图；

图14：本发明的箭载数据采集电路整体框图。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。基于固液动力探空火箭的研究目的以及弹载数 据采集的要求，本发明针对探空火箭三个轴向加速度以及火箭发动机的部分工作状况进行记 录的弹载数据装置进行了设计并工程实现，旨在对固液火箭发动机的供给系统、增压系统、 吹除系统的按时序监测和控制，从而起到对火箭发动机和箭载计算机部分功能工作情况的全 程记录作用，并根据存储信息推算出固液探空火箭的实际推力，与当时的火箭加速度进行比 较。最终完成的弹载数据采集装置，能够满足固液动力探空火箭数据采集的各项性能要求， 满足弹上电气设备的环境要求，稳定性强，可靠性好，能够顺利完成预定的数据采集任务。 同时，所设计的箭载数据采集电路简单、成本低，通过高低温、振动、冲击、过载等环境试 验，并且经过多次飞行验证，能够实现固液探空火箭飞行过程中的实际推力的监控、测量， 电路性能安全、可靠。

本发明是一种固液动力探空火箭箭载数据采集装置，涉及弹载数据采集领域，主要完成 三路单轴加速度计、测量储箱压力的压力变送器、测量高压气瓶压力的压力变送器以及增压 工况转换电磁阀、辅路吹除自锁电磁阀、主路吹除自锁电磁阀输出信号的采集、处理、监测 和存储。

探空火箭的箭载数据采集电路设计时应考虑如下原则：（1）数据采集电路的部件设计及 元器件选用时，应尽量考虑小型化、轻量化。这是因为箭体结构紧凑和有效空间小从而使箭 上设备的体积、重量受到严格限制，要求各部件安排紧凑；（2）设计时保证可靠性的前提下， 充分考虑经济性。这是因为固液动力探空火箭用于科学实验和常规探测时，要求批量较大； （3）在电路设计是，必须充分考虑固液动力探空火箭比较恶劣的飞行力学环境（包括振动、 冲击、过载等）。这是因为狭小的空间造成仪器设备安装密度大，设备工作时散热环境较差， 发动机工作和弹上火工品引爆所形成的机械激励、声激励和飞行时弹体气动效应使各种设备 处于剧烈的震荡、冲击和噪声环境中，同时，火箭服役的环境存在着湿热、烟雾、霉菌、风 沙、雨雪和高、低气压及核辐射等多种自然环境和特殊环境的有害影响。

本发明的一种固液动力探空火箭箭载数据采集装置的数据采集电路板由两块电路板组成。 如图14所示，模拟电路部分构成主电路板，数字部分组成核心电路板，核心电路板直插于主 电路板上。两块电路板间通过双列矩形针式连接器相连接。这样一方面可以将大功率器件与 重要芯片隔离，可在保证系统散热的基础上保证各芯片的正常工作；另一方面，将数字电路 与模拟电路隔离开来，可以有效防止数字电路与模拟电路之间的相互干扰。

所述的主电路板主要包括总供电电路及为核心板上供电所必须的调压电路、加速度计输 出转换电路、电磁阀通电情况的开关量转化电路、开关量及压力变送器输出信号的调理电路、 转电控制电路、滤波电路以及外围电路。

装置总供电电路及为核心板上供电所必须的调压电路如图1所示，总供电电路的电压来 源于地面28V和电池28V。地面28V、电池28V分别连接一个快速二极管FR307的正极输入， 两个FR307的负极端形成合并端，输出后合并为一个+28V的电压，电压信号输入至电平转换 芯片WRB2405LD‑5WN1的1引脚。电容F0、F1（F0=F1=100uF）的一端连接合并端，另一端连 接WRB2405LD‑5WN1芯片的2引脚。WRB2405LD‑5WN1的4引脚为地面地，6引脚输出转换后的 VCC（VCC=+5V），4、6引脚间并联两个电容F2和F6（F2=F6=22uF）。

一路+28V的电压通过电平转换芯片PWA2415MD‑6W调压生成±12V电压。PWA2415MD‑6W 的22、23引脚接+28V，9、16引脚接模拟地，2、3引脚接地面地，14、11引脚输出±12V电 压。为模拟恒压源电压5V，+12V电压输入电平转换芯片REG1117‑5的IN端口，2个OUT端 口并联输出5V电压，其中一个OUT支路与GND端口通过C5（C5=10，以下未注明单位电容C 的单位均为pF）电容相连。

一路+28V电压输入电平转换芯片L7824的IN端口，其GND和OUT支路间并联一个C28 （C28=10）电容和一个C29（C29=0.1）电容。OUT端输出+24V电压，为压力变送器供电。

一路+28V电压输入电平转换芯片L7820的IN端口，其GND和OUT支路间也并联一个C26 （C26=10）电容和一个C27（C27=0.1）电容，同时，GND和IN端通过C24（C24=Cap POL 3.3uF） 电容相连。OUT端输出+20V，为加速度传感器供电。

加速度计输出转换电路如图2所示，为将加速度计集中于+2.5V的±4V差分输出转换为 集中于0.0V的单端输出，故设计以微分控制器为核心的加速度计输出转换电路。该电路共有 4个相同的微分控制器组成，其中3个供加速度计输出转换使用，一个为备用。其中在差分 路径中出现的任意噪声都会对线路造成相同的影响，由于噪声为是共模信号，因此运算放大 器将阻止信号的进入，从而能够起到抑制加速度计的接地电流电压因读数错误而造成的共模 噪声等作用。为使加速度计中达到最高的分辨率和最低的噪声性能，应当将加速度计的AOP和 AON输出信号通过一个微分控制器，再连接到电压测试器件上。其中一个微分控制器的连接 为：加速度计的输出信号AOP经Ra1（Ra1=20K）电阻后分三路，一路接入微分控制器LM158J/883 的正端口3，一路接Ra2（Ra2=20K），一路接Ca1（Ca1=100pF），同时，后两路的输出端接模 拟地；加速度计的输出信号AON经Ra3（Ra3=20K）电阻后，一路接入微分控制器LM158J/883 的负端口2，一路通过Ra4（Ra4=20K）和Ca2（Ca2=100pF）的并联电路后接入微分控制器 LM158J/883的输出端。微分控制器LM158J/883的供电电压为±12V电压。其他的三个微分控 制器电路相同。

电磁阀通电情况的开关量转化电路如图3所示，为实现对三路阀门开关量检测，需要添 加电磁阀开关量的转化电路。对电磁阀工作状况的记录不需要对数据进行AD转化，仅需记录 开关量，电磁阀本身无法输出开关量，因此选用光电耦合器件TPL521‑1来实现对电磁阀通电 情况的转化。其中一路阀门开关量检测为：电磁阀的正端（DHa_DY+）通过R31（R31=2K）电 阻后分为3路，一路输入TPL521‑1的1端口，一路输入R37（R37=1M），一路输入C14（C14=0.1uF）； 电磁阀的负端（DHa_DY‑）也分为三路，一路输入TPL521‑1的2端口，一路接R37的另一端， 一路接C14的另一端。TPL521‑1的3端口接地面地，4端口后的一路输出I/O量，I/O量通 过控制芯片的PB[0:2]进行监测，一路经R34（R34=470，以下未注明单位电阻R的单位均为 欧姆）接3.3V电压。其他的两路阀门开关量检测相同。

开关量及压力变送器输出信号的调理电路如图4所示，为将压力变送器和电磁阀检测输 出的电流信号转化为电压信号，需要信号电压调理电路。该电路通过电阻将传感器输出的电 流信号转化为电压信号，并对传感器的信号进行分压处理，使输入控制芯片的电压适合I/O 端口的输入并满足信号的AD转换精度。该调理电路由7个输入支路组成，包括3路电磁阀正 电流信号（DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+）和4路压力传感器电流信号（Ap.01、Ap.02、Atemp.1、 Atemp.2）。DHa_DY+、DHb_DY+、DHc_DY+、Ap.01、Ap.02、Atemp.1、Atemp.2信号分别经过 电阻Rm1、Rm3、Rm5、Rm7、Rm9、Rm11、Rm13（Rm1=Rm3=Rm5=Rm7=Rm9=Rm11=Rm13=200K）分 压后，引出每一路得到分压后的信号ARM.AD[0:6]，ARM.AD[0:6]信号随后可以直接入控制芯 片的PA[0:6]；引出的另外每一路分别经过Rm2、Rm4、Rm6、Rm8、Rm10、Rm12、Rm14 （Rm2=Rm4=Rm6=Rm8=Rm10=Rm12=Rm14=20K）接数字地。

转电控制电路如图5所示，对应于“转电控制信号Conv_Ctrl”、“复位与紧急断电控制 信号RST_Ctrl”、“地面供电信号Ctrl_GND”，设计了供电转换过程的电路图。转电控制电路 主要由光电耦合器件TLP521‑1、集成在芯片74LCX74中的D触发器和反相器、MCP1401和 JZC‑078型电磁继电器组成。“转电控制信号Conv_Ctrl”通过R75（R75=2K7）电阻后分为3 路，一路输入TPL521‑1的1端口，一路输入R76（R76=750），一路输入C13（C13=0.1uF）； “地面供电信号Ctrl_GND”也分为三路，一路输入TPL521‑1的2端口，一路接R76的另一 端，一路接C13的另一端。TPL521‑1的3端口接地面地，4端口输出两路，一路为INT信号， 一路经R72（R72=2k）接3.3V电压。同理，“复位与紧急断电控制信号RST_Ctrl”经上述相 同电路模块输出INT信号。光电耦合器输出端的INT信号为地面供电转为箭载电池供电信号， 在它未变化前未采集并发送状态，信号变化后为采集并存储状态。INT端与控制芯片的62引 脚（PB9/T4C4）端口相连，高电平对控制芯片产生中断。

转电控制电路具体为：“转电控制信号Conv_Ctrl”与“复位与紧急断电控制信号
RST_Ctrl”分别经光电耦合器和反相器连接D触发器的时钟脉冲端（CLK）和清零端
其中，“转电控制信号”支路有一个反相器，“复位与紧急断电控制信号”支路有两个反相
器，这两路信号分别与地面控制设备连接，由地面设备控制“转电控制信号”、“复位与紧急
断电控制信号”、“地面供电信号”三种信号的输出，对箭载电路进行控制。3.3V电压接入D
触发器的D端和端；同时，3.3V电压为D触发器供电，D触发器接数字地。D触发器的Q
输出端接MCP1401芯片的IN引脚；VDD引脚接VCC电压；GND引脚接数字地；引脚
对应于电磁继电器的CtrlA引脚，同时经R74（R74=1K）电阻接入LED灯的一端，LED灯的另
一端为VCC。JZC‑078的CtrlB接VCC；BO1、BO2接地面28V；A1、A2接电池28V。

滤波电路如图6所示，为保证信号的传输质量，需要增设滤波电路，并说明模拟地、数 字地和地面地之间的关系。3.3V电压和数字地间并联电容F01、F02、F03和F10 （F01=F02=F03=0.1，F10=10）。本发明通过AD7656芯片的6个模拟通道向芯片内部输入模拟 信号，其中ADC.VIN[1:4]为加速度计信号，ADC.VIN[5:6]为压力变送器信号；本发明预留了 一个加速度计输出的采集通道ADC.VIN4。经微分控制器的加速度信号ADC.VIN[1:3]分别经 Cv1、Cv2、Cv3（Cv1=Cv2=Cv3=30pF）接模拟地。ADC.VIN4、ADC.VIN5、ADC.VIN6分别一端 接Cv4、Cv5、Cv6,另一端接电阻Rv5、Rv6（Rv5=Rv6=500）。Rv4、Rv5、Rv6、Cv4、Cv5、 Cv6的另一端接模拟地，地面地分别经Rg1、Rg2与模拟地、数字地相连。其中Rg1=Rg2=0， 故AGND=SGND。

外围电路如图7所示，对外围电路进行设计。为实现数据采集电路与电源、传感器等相 关外设的联系，选用J30J‑31TJW‑J、J30J‑25ZKW和J30J‑9TJW‑J连接器；为实现主电路板与 核心板的连接，采用高密矩形连接器双列12针式连接器和双列10针式连接器。

J30J‑31TJW‑J的1、2、17、18引脚接电池28V电压，13至16引脚接地面28V电压，28 至31引脚接弹载地，7、8引脚接485端口，4、5引脚接“地面供电信号”端口，20接“转 电控制信号”端口，21接“复位与紧急断电控制信号”，22至27引脚接电磁阀正负端。

J30J‑25ZKW的1至6引脚接模拟地，7、8、9接20V电压，10、11接24V电压，12、13、 24、25为压力传感器信号（Ap.01、Ap.02、Atemp.1、Atemp.2）的输入端，14至21引脚为 加速度计信号（AOP[1:4]和AON[1:4]）的输入端，22、23为预留接口(AOP[5:6])。

J30J‑9TJW‑J的9、6、7、8引脚定义为串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线
（MISO）、主机输出/从机输入数据线MOSI和eeROM，分别经过Rp1A、Pp1B、Rp1C
（Rp1A=Pp1B=Rp1C=33）电阻对应于下述的核心板上的25LC256芯片的SCK、SO、SI引
脚，同时，SCK支路上的Rp1C电阻两端同时又接Cp1、Cp2（Cp1=Cp2=100pF）电容，电容的
另一端接数字地；其1、2引脚接数字地，4、5引脚接3.3V电压。

双列12针式连接器Header 12×2（）的1、3引脚分别接VCC、3.3V电压，2、24引脚 接数字地，5、7、9引脚接电磁阀经光电耦合器后的I/O监测量；11、13、15、17引脚对应 于下述核心板上的25LC256芯片的6、7、8、9引脚；19引脚接INT信号；21、23引脚分别 接控制芯片的TEST、RST引脚；4、6、8引脚接USART的TEN、485A、485B端口，同时，485B 通过R26（R26=2K）电阻接3.3V电压，485A通过R25(R25=2K)电阻接数字地；10至22的偶 数引脚接控制芯片的PA[0:6]引脚。

双列10针式连接器Header10×2的1至19的奇数引脚均接模拟地，2至12的偶数引脚 接AD采集芯片的ADC.VIN[1:6]引脚，16引脚接5V模拟电压。

核心电路板主要包括以AD7656芯片为核心的数据采集电路、以25LC256芯片为核心的数 据存储电路、以MAX3485串口通信芯片为核心的数据传输电路、电源供电电路、滤波电路、 核心控制电路以及外围电路。

数据采集电路如图8所示，由于微控制器芯片自带的ADC无法实现加速度计2210050输
出的采集精度达到0.01%和10次/秒的采集速度，故设计AD7656芯片为核心的加速度计采集
电路。在该电路中，由控制芯片的PA10引脚控制AD转换开启控制端SEL引脚直
接与数字地相连，芯片工作在硬件选择模式下，由控制芯片来选择AD芯片的工作模式；
引脚与数字地相连，使数据口选择并行接口模式；数据传输方式的控制引脚
引脚分别于控制芯片的PB6、PB7、PA8引脚相连，由控制芯片向这三个管脚写
入数据，从而控制AD 芯片数据口的读写状态。即当和为0，状态任意时，转换结果
输出在并行数据总线上，当当和为0，状态任意时，DB[15:0]写数据入片上控制寄存
器；字/字节输入选择引脚引脚与数字地直接相连；AD芯片直接利用并行数据线DB[15:0]
与控制芯片的16路I/O接口接收转换数据，用于16位加速度计输出信号的传输，模数转换
后的数据以并行方式传输到控制芯片中；3个CONVST引脚相连并与控制芯片的PA9引脚直接
相连，当引脚从低电平变为高电平时，所选ADC对的取样保持开关从采样切换到保持，然后
便启动转换，由控制芯片控制六个模拟通道VIN[1:6]，VIN[1:6]引脚的输入量为经上述主电
路板输出转换以及滤波后的加速度计输入信号ADC.VIN[1:6]（）同时进行采样；由于
REFIN/REFOUT引脚接地，与控制芯片PB8引脚相连，模拟输入范围选择引脚
RANGE引脚与控制芯片的PA8引脚相连，由控制芯片分时控制AD芯片的内部基准电压（2.5V）
或芯片的读写状态，得到下一次转换的模拟输入范围为±5V或±10V；RESET引脚经R21
（R21=100k）电阻接数字地，与控制芯片的一个I/O口相连，通过控制芯片给ADC.RST引脚
一个高电平的复位信号，从而实现对AD 芯片的复位操作；REF IN/OUT、REFCAPA、REFCAPB、
REFACPC引脚分别经C6、C7、C8、C9（C6=C7=C8=C9=1.0）电容接模拟地。所有的ADGND引脚
均接模拟地，VGND引脚接数字地，所有的AVCC均接模拟电压，VDD、VSS引脚分别接入±12V
电压，DV_CC引脚输入数字电压，Vdriver引脚输入3.3V电压。

如图9所示，核心板上的EEPROM电路设计选用Microchip公司生产的25LC256芯片。
25LC256芯片的SCK、SO、SI引脚与控制芯片PB[12：15]引脚直接相连，由控制芯片直
接提供存储芯片的时钟输入、控制存储芯片的输入输出以及片选线。芯片的VCC、和
引脚与3.3V电源相连，VSS接数字地。芯片上电后一直保持高电平，因此在对存储芯片的读
写过程中，不会暂停通信去响应其他中断。在本装置中，EEPROM芯片用于系统调试、测试
过程中的数据存储。在实际弹上使用时，EEPROM芯片将会移除，SPI总线通过对外接口与
弹上黑匣子相连，从而实现系统在弹上的数据存储功能。

如图10所示，为实现控制芯片与上位机的串口通信，通过串口芯片MAX3485进行电平转
换，从而实现对数据的远程传输。串口通信芯片MAX3485与控制芯片的USART接口相连接。
具体而言，控制芯片的PB10、PB11管脚的复用功能为TXD3、RXD3，将这两个引脚连接到MAX3485
芯片的RO、DI管脚，作为数据的输入和输出线；和DE引脚经100K电阻接数字地，控制
当前串口通信的输出选择；GND引脚接数字地；A和引脚作为USART.485接口经R25(R25=120)
电阻相连。

如图11所示，为核心板上的电源供电以及滤波电路。VCC输入电平转换芯片 WRA0512CS‑2W(MORNSUN)得到±12电压，其中WRA0512CS‑2W(MORNSUN)的2引脚，1引脚接数 字地，且2引脚与1引脚通过C19（C19=10）相连；6、8引脚分别输入±12电压，7引脚接 模拟地。同时，±12电压分别经过C16、C17（C16=C17=1.0）电容接模拟地。

+12V电压输入电平转换芯片MC78M12BDTRK的IN引脚，输出+10V电压，‑12V电压输入 电平转换芯片MC79M12BDT的IN引脚，输出‑10V电压。MC78M12BDTRK和MC79M12BDT的GND 端都接模拟地。同时，+12V电压输入电平转换芯片REG1117‑5输出5V模拟电压。REG1117‑5 的IN引脚接+12V，两个OUT输出端口并联输出5V模拟电压，同时OUT端口与GND端口通过 C5（C5=10）电容相连。

将5V模拟电压通过核心电路板上的LC网络向AD芯片提供ADC内核电源电压AVCC、DVCC。 在LC滤波电路中，5V电压经L1(L1=22uH)电感输出输出两路，一路为DVCC，一路经C18 （C18=1.0）电容接数字地；5V电压经L2(L2=22uH)电感输出输出两路，一路为AVCC，一路 经C11、C12、C13（C11=C12=C13=1.0）电容并联后接模拟地。同时，AVCC经F9（F9=0.1uF） 电容接模拟地。从而保证在直流电压下模拟5V电压源的电压与AVCC、DVCC相同，且各电压 源之间的交流纹波不会相互影响，保证了AVCC和DVCC的电压稳定性。

一路VCC输入电平转换芯片REG1117‑3.3输出3.3V电压。REG1117‑3.3的IN引脚和GND 引脚通过C0（C0=10）电容相连，2个OUT引脚并联后分为两路，一路输出3.3V电压，一路 经C4（C4=10）接数字地。

3.3V电压和数字地之间并联8个0.1uF的电容。

如图12所示，控制芯片的直接控制的端口包括压力和电磁阀传感器的信号输入、AD采 样芯片的数据接口及AD芯片的控制端、EEPROM的连接端、串口通信芯片的连接端、JTAG连 接端、晶振输入连接端、USART连接端。

芯片的复位操作均由控制芯片进行控制。控制芯片的复位引脚为采用RC电路作
为系统的复位电路可以有效防止寄生复位，该引脚同时与双列12针式连接器相连，又经R4
（R4=10K）电阻接3.3V数字电压，又经C3(C3=0.1)电容接数字地。在实际电路运行中，引
脚在连接器上空置时，引脚通过上拉电阻保证复位端处于高电位；当需要对控制芯片进
行复位操作时，引脚通过连接器与数字地相连，从而实现对控制芯片的复位操作。

本系统共使用四片数字芯片，分别为控制芯片STM32F103RB、AD芯片AD7656、串口通信 芯片MAX3485以及调试使用的存储设备25LC256。其中，控制芯片、AD芯片和存储设备均需 要时钟输入。本系统中，控制芯片选用外部时钟输入，其余芯片均直接由控制芯片输入时钟。

在本系统中，控制芯片的外部时钟输入端口的OSCIN、OSCOUT分别接入6MHz晶振否认两 端，作为单片机的外部晶振。存储芯片25LC256的SCK引脚为外部时钟输入引脚，控制芯片 的SPI.SCK引脚与之相连，为存储芯片提供时钟输入。微控制器可使用自带功能对外部晶振 输入进行倍频处理，从而提高系统晶振频率。

复位时，芯片内部的8MHz的RC振荡器被选为默认时钟，随后可以切换为外部的、具失 效监控的时钟；当检测到外部时钟失效时，系统将自动隔离外部时钟，并切换到内部的RC振 荡器。同时，微控制器可使用自带功能对外部晶振输入进行倍频处理，从而提高晶振频率。 串行EEPROM 芯片25LC256的最大时钟速率为10MHz，其SCK引脚为外部时钟输入引脚，控制 芯片的PB13引脚与之相连，为存储芯片提供时钟输入。

如图13所示，核心板上的外围电路包括外围电路包括主电路板和核心板之间的连接器以
及JTAG接口。核心板上的矩形连接器双列12针式连接器和双列10针式连接器与主电路板上
的连接器相对应。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO分别为模式选择、时钟输
入、数据输入、数据输出，与控制芯片的PA13、PA14、PA15、PB3引脚相连。在本电路中，
除以上四个接口外，还有JTAG的接口与控制芯片引脚相连，作复位之用；一个接数字
地的引脚；一个经R20（R20=100K）电阻接3.3V电压的引脚。

在本装置实际运用过程中，先采用地面供电，当转为箭载供电时，由控制芯片给出一个 高电平的转电信号，转电信号使得光电耦合器件导通，此时D触发器的时钟端输入一个上升 沿信号，D触发器的Q端将输出高电平，高电平信号输入到MCP1401中，从而输出500mA的 驱动电流，驱动电磁继电器将地面供电与电池供电进行切换，最终实现对本装置供电的转电 控制。

加速度传感器输出信号由电连接器J30J‑25ZKW传入主电路板，经加速度计输出转换电路， 由16位的AD转化芯片AD7656进行数据采集。AD7656芯片的三个CONVST引脚联系在一起， 允许对所有6个ADC进行同步采样，在CONVST上升沿时，所选的ADC对的采样保持放大器进 入保持模式，并开始转换。达到CONVST上升沿后，BUSY信号变为高电平，表示正在进行转 换。转换采用内部时钟，转换时间为3μs。只要BUSY信号恢复低电平表示转换结束。在BUSY 下降沿的时候，采样保持放大器返回跟踪模式。数据可通过接口DB[15：00]输出至控制芯片 的PC[0：15]引脚，缓存于控制芯片的寄存器内。

压力传感器输出信号由J30J‑25ZKW电连接器传入主电路板，经过信号电压调理以及分压 电路，输入控制芯片的PA[3：6]由控制芯片将压力变送器的模拟信号转换为12位数字信号， 然后放入控制芯片的16位寄存器。

电磁阀输出信号由J30J‑31TJW‑J电连接器传入主电路板。由于三个电磁阀的正负输出与 光电耦合器中发光二级管的两端相连，当电磁阀两端输出电压差无法点亮发光二级管时，另 一端的PN节截止，DHa端电压为高电平；当正负两端电压差达到一定值时，发光二级管导通， 光电子打到另一端的PN节上，PN节导通，DHa端通过PN节与地相连，为低电平。控制芯片 的I/O端口采用TTL电气特性，从而可以将电磁阀的输出转化为高低电平的开关量，实现对 电磁阀开关状态的检测。将此I/O检测量经过信号电压调理以及分压电路，输入控制芯片的 模拟输入端口PA[0：2]，由控制芯片将压力变送器的模拟信号转换为12位数字信号，然后 放入控制芯片的16位寄存器。