基于MSP430F149單片機(jī)的車體調(diào)平裝置的控制原理分析

　隨著國防技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)任務(wù)需求，越來越多的軍用武器需要隨時(shí)變更工作地點(diǎn)。為了保證這些軍用武器的機(jī)動(dòng)性能，往往以載車為運(yùn)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(dá)目的地后，借助平臺快速將武器架設(shè)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(jī)動(dòng)性。
　　傳統(tǒng)上，主要依靠人工手動(dòng)完成平臺的水平度調(diào)節(jié)，這需要一部分人員手動(dòng)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，且精度低、抗傾覆能力差。隨著調(diào)平時(shí)間和調(diào)平精度要求的提高，過去的調(diào)平方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際情況的需要，所需時(shí)間短、精度高、抗傾覆能力強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)平控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
　　在軍用方面，自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)發(fā)射裝置、導(dǎo)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(jī)動(dòng)性能也提出了更高的要求。制約火箭炮機(jī)動(dòng)性的主要因素是火箭炮進(jìn)入陣地后，進(jìn)行架設(shè)并調(diào)整到水平狀態(tài)的時(shí)間。自動(dòng)調(diào)平裝置是消除這一制約因素的關(guān)鍵設(shè)備。隨著電子元器件和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)調(diào)平裝置采用了許多新器件、新方法，使得調(diào)平時(shí)間和調(diào)平精度嚴(yán)格符合戰(zhàn)場要求。
　　設(shè)計(jì)火箭炮車體調(diào)平裝置的目的是使火箭炮在停車工作時(shí)其載車能夠迅速架設(shè)，實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)平臺傾斜度的快速測量、計(jì)算和無線數(shù)傳，使其快速精確地達(dá)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(jī)動(dòng)性。
　　自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)發(fā)展趨勢概述
　　目前，調(diào)平技術(shù)都已逐步成熟，但隨著武器機(jī)動(dòng)性要求的不斷提高，也相應(yīng)提高了對調(diào)平時(shí)間和調(diào)平精度的要求，與之相適應(yīng)的自動(dòng)控制調(diào)平技術(shù)也不斷發(fā)展。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是：
　?。?）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(gòu)、新材料、新工藝和新技術(shù)在高精度傾角傳感器中的應(yīng)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(dá)到0.001度或更高。
　　（2）穩(wěn)定性：為了適應(yīng)現(xiàn)代武器高機(jī)動(dòng)性和快速反應(yīng)能力的需求，要求車載平臺有更高的穩(wěn)定性，采用機(jī)電伺服系統(tǒng)代替電液伺服系統(tǒng)，加上單片機(jī)系統(tǒng)可靠性與抗干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，奠定了單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作的基礎(chǔ)。尤其是計(jì)算機(jī)與傳感器技術(shù)的發(fā)展，使高穩(wěn)定性的調(diào)平系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
　?。?）快速性：目前，傾角傳感器的響應(yīng)速度已顯著提高，新型傾角傳感器響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了5毫秒，響應(yīng)速度為200次/秒，再加上在系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制算法，都使得調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平時(shí)間大大縮短了，也就提高了武器系統(tǒng)的快速性。
　?。?）可操作性：在自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有人機(jī)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(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)工作需要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。面板設(shè)置有多個(gè)功能鍵，可根據(jù)需要自由定義，實(shí)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(shè)計(jì)
　　火箭炮車體調(diào)平裝置總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。車體調(diào)平裝置機(jī)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(jī)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(zhǔn)儀標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)射機(jī)天線位于機(jī)殼的上方，使用時(shí)旋擰上，裝箱時(shí)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(yīng)火箭炮車體的縱橫向傾斜度，基本技術(shù)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(dá)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(jìn)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(dāng)傾角≤±5°時(shí)，精度為±0.005°；當(dāng)傾角≤±15°時(shí)，精度為±0.01°；當(dāng)傾角≤±30°時(shí)，精度為±0.035°。傳感器利用光刻電阻技術(shù)補(bǔ)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(biāo)。傳感器還采用啟動(dòng)零位測試補(bǔ)償技術(shù)，具有快速穩(wěn)定輸出能力，單點(diǎn)重復(fù)性為0.0015°；采用動(dòng)態(tài)數(shù)字濾波技術(shù)，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(dòng)態(tài)零位與標(biāo)度因數(shù)自校正技術(shù)。適合多種環(huán)境使用，使用環(huán)境溫度為﹣40℃~﹢55℃。