基于MSP430F的車體調(diào)平裝置的設計與實現(xiàn)

隨著國防技術的發(fā)展，根據(jù)任務需求，越來越多的軍用武器需要隨時變更工作地點。為了保證這些軍用武器的機動性能，往往以載車為運輸載體，如火箭炮這樣的大型武器就被安裝在載車上。載車到達目的地后，借助平臺快速將武器架設調(diào)至水平而后工作，工作完成后平臺能夠快速地撤收、轉(zhuǎn)移。既保證了武器的工作性能，又提高了機動性。

傳統(tǒng)上，主要依靠人工手動完成平臺的水平度調(diào)節(jié)，這需要一部分人員手動調(diào)節(jié)千斤頂，另外一部分人員觀察水平儀的水泡位置。這種調(diào)平方式費時費力，且精度低、抗傾覆能力差。隨著調(diào)平時間和調(diào)平精度要求的提高，過去的調(diào)平方式已遠遠不能滿足實際情況的需要，所需時間短、精度高、抗傾覆能力強的自動調(diào)平控制技術應運而生。

在軍用方面，自動調(diào)平控制系統(tǒng)廣泛應用于機動發(fā)射裝置、導彈車、坦克火控調(diào)試臺等裝備。以火箭炮為例，火箭炮被大量使用在高科技戰(zhàn)爭中，為了提高其生存能力，對其機動性能也提出了更高的要求。制約火箭炮機動性的主要因素是火箭炮進入陣地后，進行架設并調(diào)整到水平狀態(tài)的時間。自動調(diào)平裝置是消除這一制約因素的關鍵設備。隨著電子元器件和自動控制技術的發(fā)展，自動調(diào)平裝置采用了許多新器件、新方法，使得調(diào)平時間和調(diào)平精度嚴格符合戰(zhàn)場要求。

設計火箭炮車體調(diào)平裝置的目的是使火箭炮在停車工作時其載車能夠迅速架設，實現(xiàn)武器系統(tǒng)平臺傾斜度的快速測量、計算和無線數(shù)傳，使其快速精確地達到水平，即在保證火箭炮工作性能的條件下最大程度的提高系統(tǒng)的機動性。

自動調(diào)平系統(tǒng)發(fā)展趨勢概述

目前，調(diào)平技術都已逐步成熟，但隨著武器機動性要求的不斷提高，也相應提高了對調(diào)平時間和調(diào)平精度的要求，與之相適應的自動控制調(diào)平技術也不斷發(fā)展。自動調(diào)平系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是：

（1）精確性：系統(tǒng)的精確性主要取決于傾角傳感器的分辨率。隨著新結(jié)構、新材料、新工藝和新技術在高精度傾角傳感器中的應用，傾角傳感器的性能大幅度地提高了，傾角傳感器正從傳統(tǒng)的液體擺、氣體擺原理向伺服加速度及力平衡、重力擺原理發(fā)展，傾角傳感器的分辨率已達到0.001度或更高。

（2）穩(wěn)定性：為了適應現(xiàn)代武器高機動性和快速反應能力的需求，要求車載平臺有更高的穩(wěn)定性，采用機電伺服系統(tǒng)代替電液伺服系統(tǒng)，加上單片機系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術的不斷發(fā)展，奠定了單片機系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作的基礎。尤其是計算機與傳感器技術的發(fā)展，使高穩(wěn)定性的調(diào)平系統(tǒng)得以實現(xiàn)。

（3）快速性：目前，傾角傳感器的響應速度已顯著提高，新型傾角傳感器響應時間達到了5毫秒，響應速度為200次/秒，再加上在系統(tǒng)中應用先進控制算法，都使得調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平時間大大縮短了，也就提高了武器系統(tǒng)的快速性。

（4）可操作性：在自動調(diào)平系統(tǒng)中設計有人機交互顯示面板，通過其圖形界面顯示系統(tǒng)的狀態(tài)及各種實時參數(shù)，并根據(jù)工作需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設置。面板設置有多個功能鍵，可根據(jù)需要自由定義，實現(xiàn)調(diào)平系統(tǒng)的各種操作。這些都將使系統(tǒng)的可操作性得到大大提高。

車體調(diào)平裝置總體設計

火箭炮車體調(diào)平裝置總體設計包括：傾角傳感器的選型、數(shù)據(jù)處理與無線數(shù)傳電路設計。車體調(diào)平裝置機殼采用鋁合金整體加工，內(nèi)置傾角傳感器、電路板、電池和無線發(fā)射模塊等，水平檢查座與機殼由螺釘固連，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，表面光潔度和水平度優(yōu)于水準儀標準，發(fā)射機天線位于機殼的上方，使用時旋擰上，裝箱時可以折疊放倒或旋擰下。車體調(diào)平裝置控制原理如圖1所示。

圖1 車體調(diào)平裝置控制原理圖

傾角傳感器及傳感器包數(shù)據(jù)輸出格式

傾角傳感器選型

傾角傳感器用于感應火箭炮車體的縱橫向傾斜度，基本技術要求：①精度高于±0.012°；②使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。根據(jù)這些要求，選用北京星網(wǎng)宇達科技公司的TW-TS1110傾角傳感器。該傳感器內(nèi)部采用高速數(shù)字處理器，對多維重力加速度信息進行處理與姿態(tài)角解算，并采用角度數(shù)字輸出模式，輸出速度為5Hz，測量范圍為±15°。測量精度：當傾角≤±5°時，精度為±0.005°；當傾角≤±15°時，精度為±0.01°；當傾角≤±30°時，精度為±0.035°。傳感器利用光刻電阻技術補償非線性誤差，解決了傳統(tǒng)傾角傳感器只有在小范圍才能保證精度的現(xiàn)象，使得傾角傳感器在全測量范圍內(nèi)線性化，保持同一額定精度指標。傳感器還采用啟動零位測試補償技術，具有快速穩(wěn)定輸出能力，單點重復性為0.0015°；采用動態(tài)數(shù)字濾波技術，輸出噪聲低，且具有較高的分辨率，分辨率為0.002°，傳感器內(nèi)部采用動態(tài)零位與標度因數(shù)自校正技術。適合多種環(huán)境使用，使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。

傳感器包數(shù)據(jù)輸出格式

1 發(fā)送數(shù)據(jù)格式定義

①ASCII碼發(fā)送格式（單角度）：24 FF XX XX XX XX XX 0D 0A

說明——24：頭標識$；FF：角度值的符號位(+2b/-2d)；XX：ASCII碼角度值(30~39)；0D 0A：角度發(fā)送字尾標識符（換行，回車）。

②二進制碼發(fā)送格式（單角度）：AA XX XX CC

AA：角度發(fā)送字頭標識符；XX：帶符號二進制數(shù)。5度傾角標度：6000bit/度；15度傾角標度：2000bit/度；30度傾角標度：1000bit/度；60度傾角標度：500bit/度。

CC：校驗碼；CC=數(shù)據(jù)字節(jié)1+數(shù)據(jù)字節(jié)2。