??? 摘??要： 基于ARM和WINCE的自行高炮火控系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術的總體結(jié)構(gòu)，完成了硬件設計和軟件開發(fā),，實現(xiàn)了對自行高炮火控系統(tǒng)的模擬,、數(shù)字與軸角信號的采集。該系統(tǒng)簡單便攜,，易于擴展,，可廣泛應用于各種需要數(shù)據(jù)采集及處理的系統(tǒng)中。?

??? 關鍵詞： 火控系統(tǒng),； ARM,； WINCE； 狀態(tài)監(jiān)測

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??? 我軍現(xiàn)裝備的某自行高炮系統(tǒng)組成復雜,、技術先進,，對其技術保障的難度大、要求高^[1],。無論維修保障,，還是平時訓練使用、裝備檢查,，研制其火控系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測設備,，為系統(tǒng)提供正常工作時的監(jiān)測手段，都尤為必要,。本文介紹了一種基于ARM的火控狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)方案,，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對火控系統(tǒng)的狀態(tài)信息、故障信息和性能參數(shù)信息等重要參數(shù)的采集,、存儲,、分析和處理。?

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計?

??? 監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對目標跟蹤系統(tǒng),、火控系統(tǒng),、隨動系統(tǒng)和導航系統(tǒng)等的工作狀態(tài)進行監(jiān)控,對火控計算機、跟蹤計算機,、車體信息機,、隨動控制箱、激光測距機,、電視跟蹤器等主要單體通信信號進行監(jiān)控和測試,。采用靜止方式對電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行全面監(jiān)測，采用多點同時監(jiān)測的手段實施,，對系統(tǒng)工作過程中的各個環(huán)節(jié)進行詳細監(jiān)測和分析,。即在自行高炮靜止狀態(tài)下進行各種靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)測，適用于日常操作訓練、裝備技術狀態(tài)檢查,、故障檢測與診斷等,。在行進過程中的監(jiān)測主要限于關鍵部位的狀態(tài)，主要包括目標跟蹤狀態(tài)監(jiān)測,、火控計算機諸元解算過程監(jiān)測、隨動系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測,、導航系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測等,。此時監(jiān)測的主要目的是反映裝備的整體工作狀況，及時發(fā)現(xiàn)異?；蚬收?。監(jiān)測系統(tǒng)主要采用分布式、小型的監(jiān)測裝置,，提供狀態(tài)顯示和報警功能,。?

2 系統(tǒng)硬件設計?

??? 系統(tǒng)硬件部分主要由四部分組成：嵌入式系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)采集電路,、顯示控制模塊和報警電路,。嵌入式系統(tǒng)平臺主要負責整個系統(tǒng)的運行，數(shù)據(jù)采集電路主要用于采集火控系統(tǒng)的數(shù)據(jù),，顯示控制模塊用于人機交互和狀態(tài)顯示,，報警電路用于對裝備故障發(fā)出警報。其硬件構(gòu)成如圖1所示,。?

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2.1 嵌入式系統(tǒng)平臺?

??? 嵌入式系統(tǒng)平臺采用以Samsung公司的S3C2440A高性能嵌入式微處理器作為系統(tǒng)的硬件平臺核心,，以S3C2440A處理器為ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，ARM920T核由ARM9TDMI,、存儲管理單元（MMU）和高速緩存三部分組成,。在此基礎上擴展了系統(tǒng)管理單元(SDRAM控制器等)、3通道UART,、4通道DMA,、GPIO口實時時鐘(RTC)、8通道10位精度ADC和觸摸屏控制器等^[2],。配合以64 MB Nand-Flash,、64 MB SDRAM。嵌入式平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示^[3],。?

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2.2? 數(shù)據(jù)采集電路?

??? 數(shù)據(jù)采集電路與自行高炮火控系統(tǒng)采用三通電纜連接,，根據(jù)信號類別采用不同的數(shù)據(jù)采集電路，一般的模擬信號經(jīng)過幅度調(diào)整,、隔離,、濾波等調(diào)理后采用模擬多路開關進行采集通道分配。對于軸角信號則采用2個變壓器進行降壓隔離并實現(xiàn)三相變二相，1個變壓器用于提取激勵信號,，然后采用多通道同步采集,。對于數(shù)字信號采集電路則采用FPGA設計專門的接口電路，實現(xiàn)對各種采集方法的靈活切換和裝備接口與采集通道的動態(tài)管理,。數(shù)據(jù)采集電路組成如圖3所示,。?

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??? 由于ARM自帶的ADC為8通道，觸摸屏控制器占用4個通道,，余下4個通道的采集范圍和通道數(shù)量無法滿足要求,，因此，擴展1片Maxim公司的ADC芯片MAX197,。MAX197是多電壓量程模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,，分辨率為12位，工作電壓為+5 V,，有8路模擬輸入通道,，具有5 MHz帶寬的采樣保持，100 KS/s采樣速率,。MAX197與ARM連接電路如圖4所示,。?

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??? 模擬信號CH0～CH7經(jīng)過MAX197后變成數(shù)字信號，總線收發(fā)器74HC245用于保護ARM處理器,，D0～D7直接接到ARM的數(shù)據(jù)總線,，AD結(jié)束信號INT#一路送到總線D0供查詢，另一路送到外部中斷EINT1,。?

2.3? 顯示控制模塊和報警電路?

??? 報警電路主要采用蜂鳴器和LED閃爍的方式,，由ARM的GPIO控制。為了減小系統(tǒng)體積提高便攜性,，顯示控制模塊采用觸摸屏,。?

3 系統(tǒng)軟件設計?

??? 系統(tǒng)軟件設計采用Microsoft公司的Windows CE 5.0嵌入式操作系統(tǒng)，它源自桌面型Windows操作系統(tǒng),，具有緊湊,、高效、實時性能好和通信能力強的特點,，使用Microsoft公司的Platform Builder 5.0定制符合所需要的系統(tǒng),。軟件開發(fā)平臺，使用Microsoft公司的專用于WINCE軟件開發(fā)的EVC(Embedded Visiual C++)開發(fā)工具,，它與Visual C++開發(fā)工具具有一定的相似之處,，可充分利用Microsoft的32位基于Windows的開發(fā)工具的全部的函數(shù)^[4]。監(jiān)控系統(tǒng)中主要用到Windows CE操作系統(tǒng)中對ARM的GPIO的操作,、ARM外部中斷的實現(xiàn)及多線程編程等,。軟件功能主要分為信號特征數(shù)據(jù)庫設計,、數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)、實時信號特征提取與分析功能實現(xiàn)及決策處理功能實現(xiàn),。?

3.1 Windows CE 5.0中自定義中斷的實現(xiàn)?

??? Windows CE 5.0的中斷處理是3個映射關系：中斷服務請求(ISQ)-->邏輯中斷號(Interrupt)-->Event對象,。?

??? 當中斷發(fā)生時，中斷服務例程(ISR)返回該中斷號對應的邏輯中斷號,，然后盡可能快地返回ISR,；接著Windows CE就設置該邏輯中斷號對應的Event對象(如果有的話)，以喚醒在該Event等待的中斷服務線程(IST),，大部分工作都是由IST來完成^[5],。一般來說,IST是存放在驅(qū)動程序中，也可以存放在應用程序里,，尤其是對應只有一個應用程序使用的特殊硬件時更方便。?

??? 首先要修改BSP包的ISR部分,，IST直接在應用程序里實現(xiàn),。步驟如下：?

??? (1) 在BSP的oalintr.h里定義自定義中斷的邏輯中斷值，如：?

??? #define SYSINTR_MYINTR(SYSINTR_RIRMWARE+10)?

??? (2) 修改KERNELHALcfw.c中的3個函數(shù):OEMInterruptEnable( ),、OEMInterruptDisable( ),、OEMInterruptDone( )，增加對自定義中斷的啟用和禁用代碼,。?

??? (3)修改KERNELHALARMarmint.c中的OEMInterruptHandler( ),對irq返回邏輯中斷號,，如：?

??? else if (IntPendVal == INTSRC_EINT2)?

???????? return (SYSINTR_MYINTR)?

??? (4) 在PlatformBuilder中重新生成nk.bin，下載運行,。此時,，內(nèi)核已經(jīng)支持自定義中斷SYSINTR_MYINT了，在應用程序中就可以把這個SYSINTR_MYINTR與一個Event對象關聯(lián)起來,，然后在一個線程IST里等待這個Event就可以了,。?

??? (5)在IST里用InterruptInitialize( )將自定義中斷和Event關聯(lián)起來，并運行WaitForSingleObject( ),。在線程里（即IST）里寫入下列代碼：?

??? hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE,FALSE, NULL);?

??? InterruptInitialize(SYSINTR_MYINTR, hEvent, NULL, 0) ;?

??? OEMInterruptEnable( ) //若沒有修改,這個調(diào)用就會失敗?

??? While ( TRUE )?

??? {?

??????? WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);?

??????? //在這里加上讀取ADC數(shù)據(jù)的代碼,，實現(xiàn)中斷所?

??????? //需實現(xiàn)的相關功能?

??? }?

3.2? 信號特征數(shù)據(jù)庫設計?

??? 信號特征數(shù)據(jù)庫是對信號進行分類采集和分析處理的前提，也是故障定位的根據(jù),。采用專用于WinCE的SQL Server CE進行開發(fā),，用ADOCE進行訪問。在系統(tǒng)中主要設計兩類表：一類用一個表存儲所要監(jiān)測的火控系統(tǒng)中電纜的編號,、芯數(shù)和所連接兩端的名稱,，主要用于選擇要監(jiān)測的電纜；另一類表是每條電纜有一個表用于存儲電纜中各個針的信號內(nèi)容,、類型,、幅度,、頻率、占空比,、流向及信號說明,，是信號分析和故障定位的依據(jù)。?

3.3? 監(jiān)測部分功能實現(xiàn)?

3.3.1數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)?

??? 針對火控系統(tǒng)的特點,，對于不同的監(jiān)測點采用不同的數(shù)據(jù)采集方法,，主要包括定時采集、連續(xù)動態(tài)采集兩種方式,。具體方法是根據(jù)信號特點分別采用預先觸發(fā)采集,、滯后觸發(fā)采集和實時觸發(fā)采集三種方式，以保證數(shù)據(jù)采集的正確時機,。在采集過程中,，必須進行多點時鐘同步，以達成多點采集的同時性,。在程序中主要依靠定時器中斷和多線程來實現(xiàn),。?

3.3.2 實時信號特征提取與分析?

??? 采用時域分析和頻域分析相結(jié)合的方法實現(xiàn)信號特征提取。對于不同的信號采用不同的方法,，對狀態(tài)信號和電平信號等一般的模擬信號和數(shù)字信號采用簡單的時域分析,，通過查詢和對比信號特征數(shù)據(jù)庫判斷其幅度與當前值是否相符；對數(shù)據(jù)和地址等并行通信信號則必須采用時域多路信號并行處理的方法,，與信號特征數(shù)據(jù)特征數(shù)據(jù)庫對比的同時還必須對整體值進行分析,，判斷其是否相符；對脈沖信號判定其占空比是否符合要求,；對于軸角信號與激勵信號等頻帶信號則應采取頻域分析的方法,，判斷周期與相位是否符合要求。部分信號還需要進行時頻分析,。?

3.3.3 決策處理功能實現(xiàn)?

??? 通過以上實時信號特征的提取和分析,，對分析結(jié)果進行判斷。若正常則不進行處理,；若信號異常則啟動蜂鳴器和LED閃爍進行報警,，通過查詢數(shù)據(jù)庫顯示信號相關信息以便于故障定位，并顯示信號的波形,。?

??? 系統(tǒng)總體流程如圖5所示,。?

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??? 本文簡單介紹了某自行高炮狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，討論了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)設計的問題,。實驗結(jié)果表明,，該系統(tǒng)運行可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)對自行高炮火控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控,，為進一步實現(xiàn)對火控系統(tǒng)故障診斷及性能評估提供了很好的條件,。?

參考文獻?

[1] 朱新華.火控系統(tǒng)構(gòu)造[M].石家莊:軍械工程學院,2007.?

[2] Samsung Electronics. S3C2440A user’s manual(Z). 2004.?

[3] 沈文斌.嵌入式硬件系統(tǒng)設計與開發(fā)實例詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.?

[4] 汪兵.EVC高級編程及其應用開發(fā)[M].北京:中國水利水電出版社,2005.?

[5] 田 澤.ARM9嵌入式開發(fā)實驗與實踐[M].北京:北京航空航天出版社,2006.