《基于MSP430F149单片机的车体调平装置设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MSP430F149单片机的车体调平装置设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 - _ 一 pl i C _ OnS 基于M S P 4 3 0 F 1 4 9 单片机的 车体调平装置设计 T h e D e s n o f L e v e l i n g E q u i p me n t o f C a r - b o d y B a s e d o n MsP 43 oF1 49 Mi c r o c o nt r o l l e r 随着国防技术的发展，根据任务 需求 ，越来越多的军用武器需要随时 变更工作地点。为了保证这些军用武 器的机动性能 ， 往往以载车为运输载 体 ，如火箭炮这样的大型武器就被安 装在载车上。载车到达 目的地后，借 助平台快速将武器架设调至
2、水平而后 工作，工作完成后平台能够快速地撤 收 、 转移。既保证了武器的工作性能 ， 又提高了机动性。 传统上，主要依靠人工手动完成 平台的水平度调节，这需要一部分人 员手动调节千斤顶，另外一部分人员 观察水平仪的水泡位置。这种调平方 式费时费力， 且精度低 、 抗倾覆能力差。 随着调平时间和调平精度要求的提高， 过去的调平方式已远远不能满足实际 情况的需要，所需时间短、精度高、 抗倾覆能力强的自动调平控制技术应 运而生 。 I I ：； ， 解放军陆军军官学院五系4 2 队 李浩 吴华强 在军用方面，自动调平控制系统 广泛应用于机动发射装置、导弹车、 坦克火控调试台等装备。以火箭炮为 例 ，
3、火箭炮被大量使用在高科技战争 中，为了提高其生存能力，对其机动 性能也提出了更高的要求。制约火箭 炮机动性的主要因素是火箭炮进入阵 地后，进行架设并调整到水平状态的 时间。自动调平装置是消除这一制约 因素的关键设备。随着 电子元器件和 自动控制技术的发展，自动调平装置 采用了许多新器件、新方法，使得调 平时间和调平精度严格符合战场要求。 设计火箭炮车体调平装置的 目的 是使火箭炮在停车工作时其载车能够 迅速架设，实现武器系统平台倾斜度 的快速测量、计算和无线数传，使其 快速精确地达到水平，即在保证火箭 炮工作性能的条件下最大程度的提高 系统的机动性。 自动调平 系统发展趋 势概述 目前 ，调平
4、技术都已逐步成熟 ， 但随着武器机动性要求的不断提高， 也相应提高了对调平时间和调平精度 的要求，与之相适应的 自动控制调平 技术也不断发展。自动调平系统的发 展方向主要是 ： ( 1)精确性 ： 系统的精确性主要 取决于倾角传感器的分辨率。随着新 结构、新材料、新工艺和新技术在高 精度倾角传感器中的应用，倾角传感 器的性能大幅度地提高了，倾角传感 器正从传统的液体摆 、气体摆原理向 伺服加速度及力平衡、重力摆原理发 展 ， 倾角传感器的分辨率已达到 O O O l 度或更高。 ( 2)稳定性 ： 为了适应现代武器 高机动性和快速反应能力的需求，要 求车载平 台有更高的稳定性 ，采用机 电伺服
5、系统代替电液伺服系统 ，加上 单片机系统可靠性与抗干扰技术的不 断发展 ，奠定了单片机系统稳定可靠 工作的基础。尤其是计算机与传感器 技术的发展，使高稳定性的调平系统 得以实现。 ( 3)快速性 ：目前 ，倾角传感器 的响应速度已显著提高，新型倾角传 感器响应时间达到了 5毫秒 ，响应速 度为 2 0 0次 ， 秒 ，再加上在 系统中应 用先进控制算法，都使得调平系统的 调平时间大大缩短了，也就提高了武 器系统的快速性。 ( 4)可操作性 ： 在 自动调平系统 中设计有人机交互显示面板，通过其 图形界面显示系统的状态及各种实时 参数 ，并根据工作需要对系统进行参 数设置。面板设置有多个功能键
6、，可 根据需要 自由定义 ， 实现调平系统的 各种操作。这些都将使系统的可操作 性得到大大提高。 车体调平装i总体设计 火箭炮车体调平装置总体设计包 括 ： 倾角传感器的选型 、数据处理与 无线数传电路设计。车体调平装置机 壳采用铝合金整体 g - r ，内置倾角传 感器、 电路板、 电池和无线发射模块等， 水平检查座与机壳由螺钉固连，采用 优质合金钢，表面光洁度和水平度优 于水准仪标准，发射机天线位于机壳 的上方 ，使用时旋拧上 ，装箱时可以 折叠放倒或旋拧下。车体调平装置控 制原理如图 1 所示。 倾 角传感 器及传 感器 包数据输出格式 倾角传感器选型 倾角传感器用于感应火箭炮车体 微
7、电 脑 控 制 器 功率 放大器 信号 放大器 的纵横向倾斜度，基本技术要求 ： 精度高于 0 0 1 2 。 ； 使用环境温 度为 4 0 一+5 5 。根据这些要求 ， 选用北京星 网宇达 科技 公司的 T W T S 1 1 1 O 倾角传感器。该传感器 内部 采用高速数字处理器 ，对多维重力加 速度信息进 行处理与姿态 角解算 ， 并采用 角度 数字输 出模式 ，输 出速 度为 5 H z ，测量范围为 1 5 。测 量精度 ：当倾角 5 。时，精度为 0 0 0 5 。 ； 当倾 角 1 5 。时，精 度为 0 0 1 。 ； 当倾角 3 0 。时， 精度为 O 0 3 5 。传感器
8、利用光刻 电阻技术补偿非线性误差，解决了传 统倾角传感器只有在小范围才能保证 精度的现象，使得倾角传感器在全测 量范围内线性化 ，保持同一额定精度 指标。传感器还采用启动零位测试补 偿技术 ，具有快速稳定输出能力，单 点重复性 为 0 0 0 1 5 。 ； 采用动态数 字滤波技术 ，输出噪声低，且具有较 高的分辨率 ，分辨率为 0 0 0 2 。，传 感器内部采用动态零位与标度因数 自 校正技术。适合多种环境使用 ，使用 环境温度为一 4 0 一+5 5 。 传感器包数据输出格式 1发送数据格式定义 A S C I I 码发送格式 ( 单角度 ) ： 2 4 F FXXXX XXXX XX
9、0 D 0 A 调 平 平 厶 口 图1 车体 调平 装 置控制 原理 图 说明2 4： 头标识 $； F F： 角 度值 的符号位 ( + 2 b - 2 d ) ； X X： AS CI I 码角度值 ( 3 0 - 3 9 ) ； 0 D 0 A： 角度发送 字尾标识符 ( 换行，回车 ) 。 二进制码发送格式 ( 单角度 ) ： AAXXXX CC A A： 角度发送字头标识符 ； X X： 带 符号 二 进 制数。5 度 倾 角标 度 ： 6 0 0 0 b i U 度 ； 1 5 度倾角标度 ： 2 0 0 0 b i U 度 ； 3 0 度倾角标度 ： 1 0 0 0 b iU度
10、 ； 6 0 度倾角标度 ： 5 0 0 b i U 度。 C C： 校验码 ； C C = 数据字节 1 + 数据字节 2 。 2接受命令格式定义 读角度命令格式如图 2 所示。该 命令仅在应答工作模式下有效。每个 传感器都有固定 l D字 ( F F F F ) 和用户 l D字 ( 用户可设定，初始为 0 0 0 0) ， 2 个 I D字都可读角度。 图2读角度命令格式 数 据处理与无线数传 虐路 计 无线数传系统是无线数字传输系 统的简称，该系统以无线数传模块为 国 一 一 一 一 一 一 _ 平台，在不影响装备功能情况下 ，实 现数字终端之间数字信息的无线传输。 数据处理与无线数传
11、的主要任务是接 收倾角传感器的数据输出，计算每个 千斤顶相对车体水平面所要调整的角 度 ，并通过无线数传模块传输给操纵 指示器 。 MS P 4 3 0 F 1 4 9 单片机简介 单片机具有可靠性高、功耗低 、 扩展灵活、体积小、价格低和使用方 便等优点，广泛应用于仪器仪表、专 用设备智能化管理及过程控制等领域， 有效地提高了控制质量与经济效益。 本设计选用 T l 公司的 1 6位超低功耗 混合型微处理器 MS P 4 3 0 F 1 4 9( 见图 3)作为核心控制器， 它的主要特点是 ： ( 1 )低电压、超低功耗 该 单 片 机 的 电 源 电 压 采 用 1 8 V - 3 6 V
12、低 电 压，R AM数 据 保 持方 式 下耗 电仅 0 1 u A ，在 2 2 v 、 1 MH z主频的活动模式时工作电流为 2 8 0 A，I O输入端口的漏电流最大仅 5 0 n A。 ( 2) 强大的处理能力 该单片机为 1 6位的精简指令集 ( RI S C) 结构， 具有丰富的寻址方式 ( 7 种源操作数寻址、4种 目的操作数寻 址 ) 、简洁的 2 7条内核指令以及大量 的模拟指令 ； 大量的寄存器以及片内 数据存储器都可参加多种运算，还有 高效的查表处理方法及较高的处理速 度 ， 一个时钟周期可以执行一条指令 ， 使单片机在 8 M H z晶振工作时，指令 速度可达 8 M
13、I P S 。 ( 3)丰富的片上外围模块 该单片机集成了较丰富的片内外 设： 模拟比较器 A、 定时器 A、 定时器 B、 串行通信接口 U S AR T 0和 U S A R T 1 、 硬件乘法器 、1 2位 AD C、端口 1 6 、 看门狗等。 ( 4)系统工作稳定 该单片机在上电复位后，首先 由 D COCL K启动 CP U，保证程序从正 图3 主控器及接 口电路图 确的位置开始执行 ，同时也保证了晶 体振荡器有足够的起振和稳定时间 ； 之后通过软件可设置适当的寄存器的 控制位来确定最后的系统时钟频率。 在 C P U运行中， 如果 MC L K发生故障 ， DC O会 自动启动
14、 ，以确保系统正常工 作。如果程序跑飞，可以用看门狗将 其复位。 ( 5 ) 方便高效的开发环境 MSP 4 3 0 F 1 4 9片内有 J T A G调试 接口， 还有可电擦写的F L AS H存储器， 因此采用先通过 J T A G接口下载程序 到 F L AS H内，再 由 J T A G接 口控制 程序运行 、 读取片内C P U状态 ，以及 存储器内容等信息供设计者调试。由 于单片机可支持串行在线编程 ，使开 发变得更加简便，并且开发的仿真器 价格低廉 ，不需要昂贵的编程器。 无线数传电路的设计 数据处理与无线数传 电路设计主 要包括主控制器电路 、倾角传感器接 号 一 U5p0(
15、 3232 l uF 无封 瞰 传播 盛 ue s l gn&Ap p C a T I On S l l I Z 用 图4 电源电路图 口电路、无线数传模块接 口电路、电 源电路等。基本工作原理是 ： 系统通 上电后，主控制器控制倾角传感器按 固定间隔检测火箭炮车体姿态，将接 收到的检测结果运算处理 ，计算每个 千斤顶的调整量，再通过无线数传模 块发送给操纵指示器。 ( 1)主控制器及接口电路设计 主控 器采用 MS P 4 3 0 F 1 4 9单片 机，串 口 1经 T T L R S 2 3 2电平转 换 接倾角传感器，用于接收传感器输出 数据 ，串口 2 T T L电平接无线数传模 块
16、，发送车体纵横向倾斜角度和调整 角度至操纵指示器。主控制器及接口 电路如图 3 所示。 ( 2)电源电路设计 电源采用 1 2 V 1 0 0 0 mAh的锂电 池，直接为倾角传感器供电，再经两 路 D C D C转 换，分 别转 换至 9 V和 3 3 V，9 V电源为无线数传模块供电， 3 3 V为主控制器及接 口电路供电，充 电电路采用 L M3 1 7芯片，恒流方式充 电。电源电路见图4所示。 ( 3 ) 无线数传模块的选用 在一些多测试点的系统中，伴随 传感器而来的是大量数据线缆 。众多 的线缆不仅带来布线的复杂不便 ，而 且存在着短路、短线隐患，成本高， 易老化 ，还给系统的调试和
