高速转台环境下发动机压力测量系统研究

发布时间：2017-10-07 02:10

  本文关键词：高速转台环境下发动机压力测量系统研究

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【摘要】：高速旋转固体火箭发动机试验中,发动机点火产生的压力是研究发动机旋转效应下性能的重要参数之一。如何获取准确的压力数据是构建可靠测量系统的重点和难点。以往的压力测量方案都有着系统庞大,数据准确度不高,无法实时监控等不足。为了解决以上问题,本文设计出了一种可扩展测量转台上其它物理量、能进行大容量数据存储的高速转台环境下发动机压力测量系统。本课题在综合比较国内外旋转发动机地面测试系统的基础上,根据现有的旋转试验台,分析项目需求,确定了电池供电,测试仓存储,无线实时传输的方案,选择了薄膜溅射式压力传感器,研究了旋转对压力测量和无线传输的影响,设计了相应的硬件平台和软件实现。系统硬件以嵌入式处理器STM32F407IG为核心搭建主控模块,配合通用的信号调理模块、射频模块、共形天线。信号调理模块支持传感器输出4-20mA或0-5V标准工业信号以及毫伏级小信号。主控模块,完成模数转换,将数据存入128Gbit大容量NANDFlash中并通过射频模块发送出去,由监控终端实现数据存储。这两种数据管理方式,可以适应不同环境下的试验要求。射频模块选用ZigBee片上系统解决方案,并配备射频前端放大器,在网内广播通信。使用HFSS软件仿真设计的圆柱微带共形全向天线,能够确保试验台旋转过程中,接收和发送的连续性。在此硬件基础上,本文编写了嵌入式系统相关软件和射频通讯软件。本文最后介绍了硬件平台和整体性能测试。结果表明,各模块可以实现基本功能,对未来获取更加精准的压力数据具有工程参考价值和应用前景。
【关键词】：压力测量 嵌入式系统 大容量存储 ZigBee 全向共形天线
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 课题背景及意义7-8
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势8-10
• 1.3 主要研究工作及论文安排10-12
• 2 高速转台环境下压力测量系统概述12-22
• 2.1 高速转台环境下测压系统特性12-13
• 2.1.1 功能指标12
• 2.1.2 性能要求12-13
• 2.2 压力测量系统基本组成13-14
• 2.3 高速转台环境下压力测量原理14-21
• 2.3.1 机械结构与安装方式14-16
• 2.3.2 传感器选型与理论分析16-20
• 2.3.3 无线发送方案选择20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 测压系统硬件电路设计22-38
• 3.1 概述22-24
• 3.2 信号调理板设计24-29
• 3.3 主控电路设计29-35
• 3.3.1 最小系统设计29-32
• 3.3.2 通信接口设计32-35
• 3.4 射频电路设计35-36
• 3.5 PCB设计36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 2.4GHz圆柱共形微带天线设计38-49
• 4.1 概述38-39
• 4.2 微带天线理论39-40
• 4.2.1 微带天线的辐射机理39
• 4.2.2 微带天线的辐射场39-40
• 4.2.3 微带天线的馈电40
• 4.3 平面微带天线单元设计40-45
• 4.3.1 微带单元尺寸设计与圆极化实现40-42
• 4.3.2 微带单元仿真42-45
• 4.4 柱面全向天线阵列设计45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 系统软件设计49-62
• 5.1 Cortex-M4标准外设库概述50-52
• 5.2 STM32F407软件设计52-58
• 5.2.1 STM32F4的USART设计52-53
• 5.2.2 Cortex-M4中ADC设计53-54
• 5.2.3 NAND Flash软件设计54-58
• 5.3 射频通信设计58-61
• 5.3.1 ZigBee协议栈简介58-59
• 5.3.2 ZigBee网络管理59
• 5.3.3 无线通讯软件设计59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 系统调试62-70
• 6.1 硬件平台测试62-66
• 6.1.1 ADC模块测试62-63
• 6.1.2 Flash存取测试63-65
• 6.1.3 广播通信程序测试65-66
• 6.2 试验结果与分析66-69
• 6.3 本章小结69-70
• 7 总结与展望70-72
• 7.1 本文所做工作总结70
• 7.2 后期工作展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75

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本文编号：986304