【引信射频装定系统实验测试分析案例4700字】

引信射频装定系统实验测试分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u10444引信射频装定系统实验测试分析案例 197701.1装定实验系统的组成 1187021.2数据传输实验 3166021.2.1装定器编码调制实验 3255351.2.2引信接收器解调解码实验 564341.3数据校验实验 7102301.3.1引信接收器副载波负载调制实验 748481.3.2装定器解调解码实验 10241471.4耦合线圈实验 1279741.5系统联调实验 151.1装定实验系统的组成在感应装定系统中，信号的传输是通过电感耦合的形式进行传输的，这种方式受外部环境影响比较大，为了便于发现与解决问题，我们对装定系统的各个模块分别进行测试与调试，在确定各个模块工作完全正常的基础上，再对整个系统进行联调。本章设计了一套感应装定技术研究平台，该实验系统由无线供电发射部分、无线供电接收部分、信号编码解码部分、信号调制解调模块及耦合线圈组成，如图5-1所示。无线供电发射模块与接收模块配合，实现为装定过程提供能量的功能。装定器（Sender）和引信接收器(Receiver)内部的主控芯片负责信号的编码、解码，信号调制解调模块主要负责信息的调制发送、解调解码。图5-1装定器及其引信接收器实验系统Fig.5-1Theexperimentalsystemofthesetteranditsfusereceiver本章的实验是基于图5-1所示的实验电路进行的，实验包括数据传输实验、数据校验实验、耦合线圈实验、系统联调实验四个部分，系统采用半双工通信方式，数据传输与数据校验分时进行，所以可以分开实验，数据传输和数据校验实验的主要目的是测试装定系统能否实现信息装定与反馈，这是装定系统的主要功能；耦合线圈实验主要目的是减小轴向分布的线圈之间的互感值；系统联调实验主要目的是对装定命令进行测试，是否能够可靠装定信息。实验安排如图5-2所示。实验指标为Sender发送5k字节的数据，读取引信Receiver主控MCU内部FLASH中的存储信息，用MATLAB程序对接收和发送的数据进行校验。图5-2实验安排Fig.5-2Experimentalarrangement1.2数据传输实验1.2.1装定器编码调制实验按照图5-1所示电路，进行装定器编码调制的实验。本实验中数据传输过程是：上位机输出装定信息，经过单片机编码为数字基带信号，控制射频芯片输出调制信号，加载到Sender线圈上发送出去。在装定器电路中，上位机通过串口发送装定信息，图5-3通道一的黄色信号表示发送的二进制数为0x01，由示波器图可以看出，输出一位二进制数的时间是8us，频率为125kHz，主控MCU接收到信息后进行编码，通道二的蓝色信号表示经过Manchester编码后的二进制数字基带信号，编码后，1变为10，0变为01，所以信号频率相当于250kHz，串口协议为发送完2字节后，再发送220us的高电平，此时输出一位二进制数的时间为4us。在图5-4所示的电路图中测试C、D两点信号波形图，即数据发射线圈两端的信号，图5-5中通道二的蓝色信号表示13.56MHz的载波信号，通道一的黄色信号表示调制后的信号，线圈两端电压为4V，表明装定器可以完成信号调制。图5-6为图5-5信号的展开图。由于能量发射线圈与数据发射线圈同轴，所以对调制信号会有影响。图5-3装定信息及编码后的信号Fig.5-3Setinformationandencodedsignal图5-4测试调制信号电路图Fig.5-4Testmodulationsignalcircuitdiagram图5-5载波信号及调制后的信号Fig.5-5Carriersignalandmodulatedsignal图5-6展开后的载波信号及调制信号Fig.5-6Expandedcarriersignalandmodulatedsignal1.2.2引信接收器解调解码实验对于引信接收器电路，同样按照5-1所示实验电路图，进行信号解调的测试。引信Receiver解调解码电路的工作过程是：Receiver线圈感应到调制信号后，依次经过包络检波、低通滤波、比较放大电路，最终得到Sender主控MCU输出的数字基带信号，传输距离为15mm。实验过程为：在图5-7所示的电路图中测试E、F两点信号，可得到Receiver数据线圈两端的信号波形图，如图5-8通道一所示，幅值为4V且信号平稳完整，测试H点可得到经过二极管及低通滤波后的信号波形，二极管、R1和C3构成的包络检波加低通滤波电路可以将高于125kHz的信号滤掉，同时这个信号还不包括负半周，即图5-8通道二所示的信号，幅值为1V，经过上述解调后的信号有很大的动态范围，且幅值较低，不能进入单片机处理，所以需要经过比较放大电路，清晰还原出装定器内部主控MCU输出的二进制基带信号。测试K点可得到经过比较放大后的波形，如图5-9通道二的蓝色信号所示，此时信号上升沿略微平缓，需要加入反相器处理，测试M可得到经过反相器之后的波形，图5-10中通道二的蓝色信号表示反相器处理后的波形，即串口接收到的两个字节的数据波形图，通道一的黄色信号表示经过曼彻斯特解码后的波形，信号幅值为3.3V。根据Manchester编码规则，用下降沿代表一位二进制数字“1”，用上升沿代表一位二进制数字“0”。从图5-11所示的示波器波形图可以看出，解调解码电路输出的一位二进制数据的时间是8us，那么数据传输速率是125kHz。解码信号与接收信号不同时，不影响数据完整性。图5-7测试解调信号电路图Fig.5-7Testdemodulationsignalcircuitdiagram图5-8数据接收线圈两端的信号及检波后的信号Fig.5-8Thesignalatbothendsofthedatareceivingcoilandthedetectedsignal图5-9检波后及比较放大后的波形Fig.5-9Thewaveformafterdetectionandcomparisonandamplification图5-10解码前与解码后的波形Fig.5-10Thewaveformbeforeandafterdecoding图5-11串口解码后的波形Fig.5-11Waveformafterserialportdecoding1.3数据校验实验1.3.1引信接收器副载波负载调制实验引信接收器副载波负载调制电路的工作过程为：Sender只发送载波信息，引信Receiver感应到载波信号，16分频后得到副载波，由副载波对二进制数字基带信号进行调制，开关管（MOS管）的通断导致引信接收器电路负载变化，最终在Sender线圈上形成副载波负载调制信号。按照5-1所示实验电路图，进行副载波调制的测试。在引信Receiver数据校验阶段，Sender线圈只包含载波信息，不包含装定数据信息，Receiver数据线圈感应到载波信号后，在图5-12所示的电路原理图中，测试N点可得到Receiver感应信号波形图，如图5-13所示，感应后的信号幅值为2V，频率为13.56MHz，经过74HC4040分频芯片16分频得到副载波信号，测试O点可得到16分频后的847.5kHz的信号波形，图5-14中通道一的黄色信号表示847.5kHz的副载波信号，通道二的蓝色信号表示13.56MHz的载波，测试P点可得到经过74HC00与非门之后的波形，即用125kHz的信号调制847.5kHz的信号，得到调制信号，如图5-15所示，通道一的黄色信号表示副载波调制后的信号，通道二的蓝色信号表示847.5kHz的副载波信号，接着副载波调制信号控制MOS管Q1的通断，引起引信Receiver电路负载变化，从而引起电压变化，再次测试N点可以得到副载波负载调制信号，如图5-16所示，其中幅值较高的部分频率为847.5kHz，信号幅值较低部分为13.56MHz的载波。图5-12测试副载波负载调制信号电路图Fig.5-12Circuitdiagramoftestsubcarrierloadmodulationsignal图5-13数据接收线圈感应到的信号Fig.5-13Thesignalinducedbythedatareceivingcoil图5-14载波16分频后的信号波形图Fig.5-14Thesignalwaveformafterthecarrierfrequencyisdividedby16图5-15与信号流合并后的信号波形图Fig.5-15Thesignalwaveformaftercombiningwiththesignalflow图5-16副载波负载调制信号波形图Fig.5-16Thewaveformofthesubcarrierloadmodulationsignal1.3.2装定器解调解码实验Sender解调解码电路的工作过程是：Sender数据线圈感应到副载波负载调制信号，经过RC522内部的一级解调，滤除掉13.56MHz的信号，然后通过搭建二级解调电路，对一级解调后的信号进行比较放大，最终得到能被主控MCU识别的信号，并进行解码存储。按照5-1所示实验电路图，进行副载波负载调制信号的解调实验。在引信Receiver数据校验阶段，Sender数据线圈感应到Receiver的信号后，经过RC522内部的第一级解调，即滤除13.56MHz的载波，在图5-17所示的电路图中，测试Q点可以得到该信号，如图5-18所示，通道二的蓝色信号表示数据发射线圈感应到的副载波负载调制信号，通道一的黄色信号表示RC522一级解调后的信号，该信号包含847.5kHz的副载波，所以二级解调电路要解调副载波包括比较放大电路、反相器电路，测试R点可以得到二级解调后的信号，如图5-19所示，通道一的黄色信号表示一级解调后的信号，通道二的蓝色信号表示二级解调后的信号，幅值为3.3V，该信号通过主控MCU的RX（PA10）引脚进入单片机进行解码处理。图5-17测试装定器解调信号电路图Fig.5-17Circuitdiagramofdemodulationsignaloftestsetter图5-18RC522一级解调信号波形图Fig.5-18RC522firstleveldemodulationsignalwaveform图5-19一级和二级解调后的信号波形图Fig.5-19primaryandsecondarydemodulationsignalwaveformdiagram1.4耦合线圈实验本系统中的线圈包括Sender数据线圈、Sender能量线圈、Receiver能量线圈、Receiver数据线圈，线圈在水平位置关系为数据发射与接收线圈同一平面，线圈的水平位置关系为Sender与receiver中的数据线圈同平面，同理，能量线圈也是同平面分布，轴向位置关系为数据传输线圈在上面，能量传输线圈在下面，已知数据发射线圈与能量发射线圈会产生漏感，磁力线不能完全穿过相应的接收线圈，而且由于能量传输线圈电感值大，磁感应强度高，磁力线会穿过数据传输线圈，对数据传输产生干扰，这样的信号不能解调。针对这一问题，本实验提出增加轴向距离和增加低通滤波电路两种方法，减小轴向分布的线圈之间的互感值，以避免能量传输线圈对数据传输线圈的干扰。本实验的流程为：增加轴向距离实验，刚开始固定数据传输线圈与能量传输线圈之间的轴向距离为10mm，测量图5-20中A点的信号波形图，即数据接收线圈两端的信号，其次增加轴向距离为20mm，测量A点的波形，通过比较确定增加轴向距离对减小干扰是否有影响；增加低通滤波模块后，在图5-20所示的电路中测量B点的信号，按照图5-20所示的电路图，用示波器测试A、B两点的信号波形。图5-20测试耦合线圈信号电路图Fig.5-20testcouplingcoilsignalcircuitdiagram（1）增加线圈轴向距离图5-21引信接收器内部线圈分布Fig.5-21Internalcoildistributionofthefuzereceiver增加轴向距离，即增加图5-21所示电路中Receiver数据与能量线圈之间的轴向距离，当数据传输线圈与能量传输线圈之间的轴向距离为10mm时，Receiver线圈感应到的信号如图5-22所示，此时波形扭曲变形比较严重，信号幅值为1V，当数据传输线圈与能量传输线圈之间的轴向距离为20mm时，Receiver线圈感应到的信号如图5-23所示，此时接收波形比图5-22平整，信号幅值依然为1V；受引信接收器结构的限制，轴向距离不宜过大，所以增大轴向距离，对线圈信号的影响不明显。图5-22轴向距离为10mm时接收波形图Fig.522Receivingwaveformwhentheaxialdistanceis10mm图5-23轴向距离为20mm时接收波形图Fig.5-23Thereceivingwaveformwhentheaxialdistanceis20mm（2）增加低通滤波电路在Receiver电路中添加低通滤波电路，由于数据传输线圈频率为13.56MHz，能量传输线圈频率为60kHz，频率相差比较大，加入低通滤波电路可以滤除干扰，加入低通滤波电路之后，测试图5-20中B点的信号，如图5-24所示，信号幅值为4V，此时波形完整，完全不受能量传输线圈的影响，这样的信号便于后续解调电路的处理。图5-24加低通滤波电路后的波形Fig.5-24Thewaveformafteraddingalow-passfiltercircuit通过上述两种方法的对比，增加低通滤波电路效果最好，当频率相差较大的情况下，低通滤波电路可以完全避免线圈之间的干扰。增加线圈之间的轴向距离，有一定的作用，但效果不太明显，而且受制于引信结构的小型化，轴向距离不宜过大；得出结论：加入低通滤波电路，可以完全避免信号失真。1.5系统联调实验前文对各模块进行实验后，各个模块均能正常工作，本节实验的目的主要是对系统联调实验，检验各模块电路之间的匹配性，验证感应装定数据的正确性和可靠性。图5-25所示为引信模拟风帽以及引信内部结构图，装定之前，装定器及引信接收器按图5-26所示的方式安装好，根据手持装定工作方式，装定过程中，将装定器垂直扣在引信接收器上。图5-25引信风帽及内部结构图Fig.5-25Thefuzehoodandinternalstructure图5-26装定器及引信接收器结构图Fig.5-26Structurediagramofstabilizerandfuzereceiver（1）装定命令测试本系统的装定命令有以下几种：寻引信Receiver命令：命令号A0。每个引信Receiver都有一个标识符，读取标识符可以识别引信种类、参数等信息。写引信Receiver命令：命令号A1。Sender向引信