中心議題：

• 基於MSP430的車體自動調平係統的學習
• 車體調平裝置總體設計

解決方案：

• 車體調平裝置機殼采用鋁合金整體加工

• 調平裝置將傳感器、數據模塊和無線數傳技術結合在一起

隨sui著zhe國guo防fang技ji術shu的de發fa展zhan
，根gen據ju任ren務wu需xu求qiu，越yue來lai越yue多duo的de軍jun用yong武wu器qi需xu要yao隨sui時shi變bian更geng工gong作zuo地di點dian。為wei了le保bao證zheng這zhe些xie軍jun用yong武wu器qi的de機ji動dong性xing能neng
，往wang往wang以yi載zai車che為wei運yun輸shu載zai體ti
，如ru火huo箭jian炮pao這zhe樣yang的de大da型xing武wu器qi就jiu被bei安an裝zhuang在zai載zai車che上shang。載zai車che到dao達da目mu的de地di後hou
，借jie助zhu平ping台tai快kuai速su將jiang武wu器qi架jia設she調tiao至zhi水shui平ping而er後hou工gong作zuo，工gong作zuo完wan成cheng後hou平ping台tai能neng夠gou快kuai速su地di撤che收shou、轉移。既保證了武器的工作性能
，又提高了機動性。

chuantongshang，zhuyaoyikaorengongshoudongwanchengpingtaideshuipingdutiaojie，zhexuyaoyibufenrenyuanshoudongtiaojieqianjinding，lingwaiyibufenrenyuanguanchashuipingyideshuipaoweizhi。zhezhongtiaopingfangshifeishifeili
，qiejingdudi、抗傾覆能力差。隨著調平時間和調平精度要求的提高，過去的調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平控製技術應運而生。

在軍用方麵，自動調平控製係統廣泛應用於機動發射裝置、導彈車、坦tan克ke火huo控kong調tiao試shi台tai等deng裝zhuang備bei。以yi火huo箭jian炮pao為wei例li，火huo箭jian炮pao被bei大da量liang使shi用yong在zai高gao科ke技ji戰zhan爭zheng中zhong，為wei了le提ti高gao其qi生sheng存cun能neng力li，對dui其qi機ji動dong性xing能neng也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。製zhi約yue火huo箭jian炮pao機ji動dong性xing的de主zhu要yao因yin素su是shi火huo箭jian炮pao進jin入ru陣zhen地di後hou，進jin行xing架jia設she並bing調tiao整zheng到dao水shui平ping狀zhuang態tai的de時shi間jian。自zi動dong調tiao平ping裝zhuang置zhi是shi消xiao除chu這zhe一yi製zhi約yue因yin素su的de關guan鍵jian設she備bei。隨sui著zhe電dian子zi元yuan器qi件jian和he自zi動dong控kong製zhi技ji術shu的de發fa展zhan，自zi動dong調tiao平ping裝zhuang置zhi采cai用yong了le許xu多duo新xin器qi件jian、新方法，使得調平時間和調平精度嚴格符合戰場要求。

設計火箭炮車體調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
，實現武器係統平台傾斜度的快速測量、計算和無線數傳，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係統的機動性。

自動調平係統發展趨勢概述

目mu前qian，調tiao平ping技ji術shu都dou已yi逐zhu步bu成cheng熟shu，但dan隨sui著zhe武wu器qi機ji動dong性xing要yao求qiu的de不bu斷duan提ti高gao，也ye相xiang應ying提ti高gao了le對dui調tiao平ping時shi間jian和he調tiao平ping精jing度du的de要yao求qiu，與yu之zhi相xiang適shi應ying的de自zi動dong控kong製zhi調tiao平ping技ji術shu也ye不bu斷duan發fa展zhan。自zi動dong調tiao平ping係xi統tong的de發fa展zhan方fang向xiang主zhu要yao是shi：

（1）精確性：係統的精確性主要取決於傾角傳感器的分辨率。隨著新結構、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、重力擺原理發展，傾角傳感器的分辨率已達到0.001度或更高。

（2）穩定性：weileshiyingxiandaiwuqigaojidongxinghekuaisufanyingnenglidexuqiu，yaoqiuchezaipingtaiyougenggaodewendingxing，caiyongjidiansifuxitongdaitidianyesifuxitong，jiashangdanpianjixitongkekaoxingyukangganraojishudebuduanfazhan
，diandingledanpianjixitongwendingkekaogongzuodejichu。youqishijisuanjiyuchuanganqijishudefazhan，shigaowendingxingdetiaopingxitongdeyishixian。

（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，再加上在係統中應用先進控製算法，都使得調平係統的調平時間大大縮短了，也就提高了武器係統的快速性。

（4）可操作性：在(zai)自(zi)動(dong)調(tiao)平(ping)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)計(ji)有(you)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)顯(xian)示(shi)麵(mian)板(ban)，通(tong)過(guo)其(qi)圖(tu)形(xing)界(jie)麵(mian)顯(xian)示(shi)係(xi)統(tong)的(de)狀(zhuang)態(tai)及(ji)各(ge)種(zhong)實(shi)時(shi)參(can)數(shu)，並(bing)根(gen)據(ju)工(gong)作(zuo)需(xu)要(yao)對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)參(can)數(shu)設(she)置(zhi)。麵(mian)板(ban)設(she)置(zhi)有(you)多(duo)個(ge)功(gong)能(neng)鍵(jian)，可(ke)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)自(zi)由(you)定(ding)義(yi)，實(shi)現(xian)調(tiao)平(ping)係(xi)統(tong)的(de)各(ge)種(zhong)操(cao)作(zuo)。這(zhe)些(xie)都(dou)將(jiang)使(shi)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)操(cao)作(zuo)性(xing)得(de)到(dao)大(da)大(da)提(ti)高(gao)。
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車體調平裝置總體設計

火箭炮車體調平裝置總體設計包括：傾角傳感器的選型、數據處理與無線數傳電路設計。車體調平裝置機殼采用鋁合金整體加工，內置傾角傳感器、電路板
、電(dian)池(chi)和(he)無(wu)線(xian)發(fa)射(she)模(mo)塊(kuai)等(deng)，水(shui)平(ping)檢(jian)查(zha)座(zuo)與(yu)機(ji)殼(ke)由(you)螺(luo)釘(ding)固(gu)連(lian)
，采(cai)用(yong)優(you)質(zhi)合(he)金(jin)鋼(gang)

，表(biao)麵(mian)光(guang)潔(jie)度(du)和(he)水(shui)平(ping)度(du)優(you)於(yu)水(shui)準(zhun)儀(yi)標(biao)準(zhun)，發(fa)射(she)機(ji)天(tian)線(xian)位(wei)於(yu)機(ji)殼(ke)的(de)上(shang)方(fang)
，使(shi)用(yong)時(shi)旋(xuan)擰(ning)上(shang)，裝(zhuang)箱(xiang)時(shi)可(ke)以(yi)折(zhe)疊(die)放(fang)倒(dao)或(huo)旋(xuan)擰(ning)下(xia)。車(che)體(ti)調(tiao)平(ping)裝(zhuang)置(zhi)控(kong)製(zhi)原(yuan)理(li)如(ru)圖(tu)1所示。
傾角傳感器及傳感器包數據輸出格式

傾角傳感器選型

傾角傳感器用於感應火箭炮車體的縱橫向傾斜度，基本技術要求：①精度高於±0.012°；②使用環境溫度為﹣40℃~﹢55℃。根據這些要求，選用北京星網宇達科技公司的TW-TS1110qingjiaochuanganqi。gaichuanganqineibucaiyonggaosushuzichuliqi

，duiduoweizhonglijiasuduxinxijinxingchuliyuzitaijiaojiesuan，bingcaiyongjiaodushuzishuchumoshi

，shuchusuduwei5Hz
，測量範圍為±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(chuan)感(gan)器(qi)利(li)用(yong)光(guang)刻(ke)電(dian)阻(zu)技(ji)術(shu)補(bu)償(chang)非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差(cha)
，解(jie)決(jue)了(le)傳(chuan)統(tong)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)隻(zhi)有(you)在(zai)小(xiao)範(fan)圍(wei)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)精(jing)度(du)的(de)現(xian)象(xiang)
，使(shi)得(de)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)全(quan)測(ce)量(liang)範(fan)圍(wei)內(nei)線(xian)性(xing)化(hua)，保(bao)持(chi)同(tong)一(yi)額(e)定(ding)精(jing)度(du)指(zhi)標(biao)。傳(chuan)感(gan)器(qi)還(hai)采(cai)用(yong)啟(qi)動(dong)零(ling)位(wei)測(ce)試(shi)補(bu)償(chang)技(ji)術(shu)，具(ju)有(you)快(kuai)速(su)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)能(neng)力(li)，單(dan)點(dian)重(zhong)複(fu)性(xing)為(wei)0.0015°；采用動態數字濾波技術，輸出噪聲低，且具有較高的分辨率
，分辨率為0.002°，傳感器內部采用動態零位與標度因數自校正技術。適合多種環境使用，使用環境溫度為﹣40℃~﹢55℃。

傳感器包數據輸出格式

1 發送數據格式定義

①ASCII碼發送格式（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：角度發送字尾標識符（換行，回車）。

②二進製碼發送格式（單角度）：AA XX XX CC

AA：角度發送字頭標識符；XX：帶符號二進製數。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=數據字節1+數據字節2。

2 接受命令格式定義

讀角度命令格式如圖2所示。該命令僅在應答工作模式下有效。每個傳感器都有固定ID字(FFFF)和用戶ID字（用戶可設定

，初始為0000），2個ID字都可讀角度。
數據處理與無線數傳電路設計

無(wu)線(xian)數(shu)傳(chuan)係(xi)統(tong)是(shi)無(wu)線(xian)數(shu)字(zi)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)的(de)簡(jian)稱(cheng)，該(gai)係(xi)統(tong)以(yi)無(wu)線(xian)數(shu)傳(chuan)模(mo)塊(kuai)為(wei)平(ping)台(tai)，在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)裝(zhuang)備(bei)功(gong)能(neng)情(qing)況(kuang)下(xia)，實(shi)現(xian)數(shu)字(zi)終(zhong)端(duan)之(zhi)間(jian)數(shu)字(zi)信(xin)息(xi)的(de)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)。數(shu)據(ju)處(chu)理(li)與(yu)無(wu)線(xian)數(shu)傳(chuan)的(de)主(zhu)要(yao)任(ren)務(wu)是(shi)接(jie)收(shou)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)輸(shu)出(chu)
，計(ji)算(suan)每(mei)個(ge)千(qian)斤(jin)頂(ding)相(xiang)對(dui)車(che)體(ti)水(shui)平(ping)麵(mian)所(suo)要(yao)調(tiao)整(zheng)的(de)角(jiao)度(du)，並(bing)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)數(shu)傳(chuan)模(mo)塊(kuai)傳(chuan)輸(shu)給(gei)操(cao)縱(zong)指(zhi)示(shi)器(qi)。

MSP430F149單片機簡介

單片機具有可靠性高
、功耗低
、擴展靈活
、體積小、價格低和使用方便等優點
，廣泛應用於儀器儀表、專用設備智能化管理及過程控製等領域
，有效地提高了控製質量與經濟效益。本設計選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149（見圖3）作為核心控製器
，它的主要特點是：

（1）低電壓、超低功耗

該單片機的電源電壓采用1.8V~3.6V低電壓，RAM數據保持方式下耗電僅0.1μA，在2.2V、1MHz主頻的活動模式時工作電流為280μA，I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA。
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（2）強大的處理能力

該單片機為16位的精簡指令集(RISC)結構，具有豐富的尋址方式（7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址）
、簡潔的27條內核指令以及大量的模擬指令
；大(da)量(liang)的(de)寄(ji)存(cun)器(qi)以(yi)及(ji)片(pian)內(nei)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)器(qi)都(dou)可(ke)參(can)加(jia)多(duo)種(zhong)運(yun)算(suan)，還(hai)有(you)高(gao)效(xiao)的(de)查(zha)表(biao)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)及(ji)較(jiao)高(gao)的(de)處(chu)理(li)速(su)度(du)，一(yi)個(ge)時(shi)鍾(zhong)周(zhou)期(qi)可(ke)以(yi)執(zhi)行(xing)一(yi)條(tiao)指(zhi)令(ling)，使(shi)單(dan)片(pian)機(ji)在(zai)8MHz晶振工作時，指令速度可達8MIPS。

（3）豐富的片上外圍模塊

該單片機集成了較豐富的片內外設：模擬比較器A、定時器A、定時器B
、串行通信接口USART0和USART1、硬件乘法器、12位ADC、端口1~6、看門狗等。

（4）係統工作穩定

該單片機在上電複位後，首先由DCOCLK啟動CPU
，保證程序從正確的位置開始執行，同時也保證了晶體振蕩器有足夠的起振和穩定時間；之後通過軟件可設置適當的寄存器的控製位來確定最後的係統時鍾頻率。在CPU運行中

，如果MCLK發生故障，DCO會自動啟動，以確保係統正常工作。如果程序跑飛

，可以用看門狗將其複位。

（5）方便高效的開發環境

MSP430F149片內有JTAG調試接口
，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先通過JTAG接口下載程序到FLASH內
，再由JTAG接口控製程序運行
、讀取片內CPUzhuangtai，yijicunchuqineirongdengxinxigongshejizhetiaoshi。youyudanpianjikezhichichuanxingzaixianbiancheng，shikaifabiandegengjiajianbian，bingqiekaifadefangzhenqijiagedilian，buxuyaoangguidebianchengqi。

無線數傳電路的設計

數據處理與無線數傳電路設計主要包括主控製器電路
、傾角傳感器接口電路
、無線數傳模塊接口電路、電源電路等。基本工作原理是：係xi統tong通tong上shang電dian後hou，主zhu控kong製zhi器qi控kong製zhi傾qing角jiao傳chuan感gan器qi按an固gu定ding間jian隔ge檢jian測ce火huo箭jian炮pao車che體ti姿zi態tai，將jiang接jie收shou到dao的de檢jian測ce結jie果guo運yun算suan處chu理li

，計ji算suan每mei個ge千qian斤jin頂ding的de調tiao整zheng量liang
，再zai通tong過guo無wu線xian數shu傳chuan模mo塊kuai發fa送song給gei操cao縱zong指zhi示shi器qi。

（1）主控製器及接口電路設計

主控器采用MSP430F149單片機，串口1經TTL-RS232電平轉換接傾角傳感器
，用於接收傳感器輸出數據，串口2 TTL電平接無線數傳模塊，發送車體縱橫向傾斜角度和調整角度至操縱指示器。主控製器及接口電路如圖3所示。
（2）電源電路設計

電源采用12V/1000mAh的鋰電池，直接為傾角傳感器供電

，再經兩路DC-DC轉換，分別轉換至9V和3.3V

，9V電源為無線數傳模塊供電，3.3V為主控製器及接口電路供電
，充電電路采用LM317芯片，恒流方式充電。電源電路見圖4所示。

（3）無線數傳模塊的選用

在一些多測試點的係統中
，伴隨傳感器而來的是大量數據線纜。眾多的線纜不僅帶來布線的複雜不便，而且存在著短路
、短(duan)線(xian)隱(yin)患(huan)，成(cheng)本(ben)高(gao)
，易(yi)老(lao)化(hua)
，還(hai)給(gei)係(xi)統(tong)的(de)調(tiao)試(shi)和(he)維(wei)護(hu)增(zeng)加(jia)了(le)難(nan)度(du)。另(ling)外(wai)
，在(zai)一(yi)些(xie)特(te)殊(shu)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，需(xu)要(yao)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)放(fang)置(zhi)在(zai)有(you)危(wei)險(xian)的(de)封(feng)閉(bi)環(huan)境(jing)中(zhong)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)，試(shi)圖(tu)通(tong)過(guo)連(lian)線(xian)的(de)方(fang)法(fa)得(de)到(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)顯(xian)然(ran)是(shi)有(you)一(yi)定(ding)難(nan)度(du)的(de)。而(er)采(cai)用(yong)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)來(lai)實(shi)現(xian)信(xin)號(hao)的(de)傳(chuan)送(song)，可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)。相(xiang)比(bi)有(you)線(xian)傳(chuan)輸(shu)
，無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)具(ju)有(you)不(bu)占(zhan)據(ju)空(kong)間(jian)、沒有布線要求、成本低、可靠性高、維護方便及傳輸中的幹擾較少等優點
，這也在一定程度上提高了傳輸的可靠性。
根據實際情況，本文采用ZT-TR43F無線數傳模塊，它是一款無線收發一體的低功耗通信模塊。該模塊的技術指標如下：①載波頻率為433MHz
，工作頻率為428MHz~435MHz；②最大發射功率5mW
，接收靈敏度﹣105dBm；③采用FSK調製，采用前向信道糾錯編碼

，抗幹擾能力強；④有八個工作信道可供選擇；⑤傳輸速率9.6kbps
；⑥降低噪聲放大器LNA
、功率放大器PA、壓空振蕩器VCO等deng大da部bu分fen功gong能neng集ji成cheng在zai芯xin片pian內nei，外wai圍wei電dian路lu簡jian單dan易yi於yu開kai發fa。采cai用yong該gai無wu線xian數shu傳chuan模mo塊kuai，可ke以yi使shi車che體ti調tiao平ping裝zhuang置zhi滿man足zu某mou型xing火huo箭jian炮pao調tiao平ping時shi的de無wu線xian數shu傳chuan要yao求qiu：①適當的通信距離，一般以不超過30m為宜，通信功率過大使通信距離過遠，會造成炮與炮之間相互幹擾；②較強的抗幹擾能力，係統在較強的外界幹擾中也能正常工作
；③較低的功耗
，該裝置野外應用，無固定供電電源，隻能靠電池維持係統運行。
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無線模塊ZT-TR43F與單片機接口提供了RS232/TTL/RS485三種接口方式，本係統采用TTL接口方式，方便與MSP430F149單片機的接口。其中MSP430單片機的RXD、TXD口分別與無線模塊的TXD
、RXD口相接
，地線與地線相接。

考(kao)慮(lv)到(dao)多(duo)門(men)火(huo)箭(jian)炮(pao)同(tong)時(shi)調(tiao)平(ping)時(shi)
，有(you)多(duo)個(ge)調(tiao)平(ping)裝(zhuang)置(zhi)同(tong)時(shi)工(gong)作(zuo)
，為(wei)防(fang)止(zhi)之(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)
，采(cai)取(qu)不(bu)同(tong)的(de)通(tong)信(xin)信(xin)道(dao)或(huo)不(bu)同(tong)編(bian)碼(ma)方(fang)式(shi)識(shi)別(bie)，每(mei)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)上(shang)帶(dai)有(you)撥(bo)碼(ma)盤(pan)，通(tong)過(guo)撥(bo)碼(ma)盤(pan)設(she)置(zhi)各(ge)自(zi)的(de)通(tong)信(xin)信(xin)道(dao)或(huo)識(shi)別(bie)碼(ma)。

調整角度的計算

主控製器接收到車體的縱橫向傾斜角度後，需要計算每個千斤頂相對調整的角度
，角度計算的幾何關係見圖5。
如圖5所示
，車體水平傾斜角度可反映在橫向和縱向兩個方向，圖5中a和b分別為橫向和縱向傾斜角度
，設α和β為傾角傳感器得出的橫向和縱向角度。若α大於0，則A端千斤頂打高
，B端千斤頂打低。兩端千斤頂各位移約為α/2乘以AB端點間隔的一半的距離
，然後調整千斤頂直到橫向水準氣泡居中。若β大於0，則A端和B端同時打低，若β小於0，則A端和B端同時打高。打高過程中調整千斤頂直到縱向水準氣泡居中。

軟件設計

（1）軟件功能

軟件功能主要有：①檢測操縱指示器連接狀態；②連續讀取縱橫向傾斜角度並求平均值；③將角度值發送給操縱指示器。

（2）開發平台

軟件開發選擇與裝置硬件中單片機相適應的IAR開發平台
，使用C語言開發。

（3）軟件流程

調平軟件完成讀取縱向與橫向傾斜角度值、模擬顯示水準氣泡指示、計算並顯示左右千斤頂調整方向等功能，其工作流程如圖6所示
，其中單片機讀取角度數據的流程如圖7所示。車體調平裝置端程序通過串口讀取到傾角傳感器的縱、向傾斜角度值
，根據角度值分別計算出左、右千斤頂的調整方向和模擬水準氣泡的中心位置坐標
，然後將這些值通過串行通信分別發送到左、右操縱指示器上。
結束語

高精度調平裝置主要用於車載火箭炮平台和導彈發射平台等，本文針對傳統車載平台依靠人工手動調整平台水平，從而導致調整時間長、精度低，進而限製影響到火箭炮等武器的機動性和快速反應能力
，提出了個人的觀點和設計。本文基於MSP430F149單片機，對某型火箭炮車體調平裝置的控製原理和結構設計進行了闡述。該調平裝置將傳感器、數據模塊和無線數傳技術有機地結合在一起
，可實現車體傾斜度的自動快速檢測、計算和傳輸。該裝置具有檢測迅速、控製靈活和操作簡單等優點，能有效提高某型火箭炮的機動性和調平精度。