由于火箭炮發(fā)射的是簡(jiǎn)易控制火箭彈,，因此其定向管與火箭彈之間的電氣信號(hào)接口除了與普通無(wú)控火箭彈一樣具有點(diǎn)火信號(hào)接口外，還另有一個(gè)32芯參數(shù)裝定信號(hào)接口,。在發(fā)射程序中,，如果火控系統(tǒng)計(jì)算的火箭彈的飛行控制參數(shù)能夠準(zhǔn)確地裝定至火箭彈的控制系統(tǒng)中，則火箭彈按照簡(jiǎn)易控制方式飛行,，否則按照無(wú)控方式飛行,，導(dǎo)致火箭彈的射擊精度大大下降。為了確?；鸺龔椖軌蝽樌l(fā)射以及射擊的準(zhǔn)確性,，在技術(shù)陣地進(jìn)行裝填之前，需要對(duì)火箭炮上的點(diǎn)火信號(hào)線路以及參數(shù)裝定線路進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè),，確保信號(hào)線路處于良好的工況,。

對(duì)于發(fā)控系統(tǒng)的檢測(cè)，在火箭炮配套的機(jī)電檢測(cè)維修車(chē)上有發(fā)控時(shí)序檢測(cè)裝置,，用于定性檢查定向管的發(fā)控時(shí)序,。該檢測(cè)裝置不能對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行量化處理與顯示，檢測(cè)時(shí)只能通過(guò)LED的亮滅來(lái)確定發(fā)控系統(tǒng)是否正常,，對(duì)于處于臨界故障狀態(tài)的線路則不能定量觀察,，具有一定的局限性。

本文基于MSP430F149單片機(jī),，設(shè)計(jì)一種發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng),。該系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)等,，在點(diǎn)火觸頭和對(duì)接插頭采集發(fā)控信號(hào),，并對(duì)信號(hào)的電壓幅值、電流大小,、信號(hào)噪聲,、信號(hào)上升、下降沿寬度進(jìn)行分析,，顯示檢測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差并給出評(píng)估值,；同時(shí)檢測(cè)對(duì)接的可靠性，對(duì)同一號(hào)管進(jìn)行三次對(duì)接并分析信號(hào)的差異，從而評(píng)估對(duì)接的可靠性,；詳細(xì)記錄每次的檢測(cè)數(shù)據(jù),，每次檢測(cè)時(shí)都與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出同一號(hào)管數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及與其他所有管數(shù)據(jù)的一致性,，從而確定發(fā)控系統(tǒng)的潛在故障,，給出維修指導(dǎo)。該檢測(cè)系統(tǒng)不僅使檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,、過(guò)程簡(jiǎn)化,，還節(jié)省時(shí)間，能有效提高火箭炮的作戰(zhàn)效能,。

發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)火箭炮發(fā)控裝置的日常維護(hù)和故障檢測(cè),，系統(tǒng)具有如下功能：

（1）定向管發(fā)控時(shí)序信號(hào)的檢測(cè)；

（2）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號(hào)的檢測(cè),；

（3）直觀顯示檢測(cè)內(nèi)容和檢測(cè)結(jié)果,；

（4）系統(tǒng)自檢；

（5）檢測(cè)過(guò)程聲音提示,；

（6）超標(biāo)參數(shù)聲音和燈光報(bào)警,；

（7）檢測(cè)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)打印,；

（8）檢測(cè)結(jié)果斷電保存和回查,；

（9）與串行主機(jī)通信。

檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

為了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性,，系統(tǒng)利用串口來(lái)實(shí)現(xiàn)與微機(jī)之間的通信,；同時(shí)，系統(tǒng)要便于攜帶,。根據(jù)系統(tǒng)功能,，檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知,，本系統(tǒng)主要由直流穩(wěn)壓電源模塊,、模擬輸入多芯切換單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,、數(shù)據(jù)處理單元,、LCD顯示模塊及串行通信接口等部分組成,。

發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于MSP430F149的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MSP430F149單片機(jī)適合于許多較復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合,，選用該芯片來(lái)構(gòu)建最小系統(tǒng)，完全能滿足系統(tǒng)正常工作的要求,。本系統(tǒng)基于MSP430F149所設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)作為硬件的核心控制部分,，系統(tǒng)除了包括單片機(jī)正常工作所必須的電源電路和復(fù)位電路外，還包括多芯切換電路、鍵盤(pán)和液晶顯示電路,、通信接口電路,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路和聲音報(bào)警電路等。

電源電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)應(yīng)用中必須提供復(fù)位信號(hào),，以保證單片機(jī)能正確復(fù)位,，從而進(jìn)入正確的工作狀態(tài)。此外,，單片機(jī)也需要穩(wěn)定的電壓信號(hào),，因此必須提供電源電路。電源電路及復(fù)位電路如圖2所示,。圖中,，輸入的電壓經(jīng)TPS70633芯片轉(zhuǎn)換成3.3V的電壓，以滿足單片機(jī)的工作電壓要求,。通過(guò)MAX809STR產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)送給單片機(jī),。為了減小干擾，每個(gè)芯片的電源端都加上一個(gè)0.1μF的電容進(jìn)行濾波處理,。

多芯自動(dòng)切換電路設(shè)計(jì)

在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中,，經(jīng)常需要對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，有時(shí)還需在不同的測(cè)試流程中獲取不同通道的數(shù)據(jù)信號(hào),。以前人們常通過(guò)增加A/D采樣前端的模擬開(kāi)關(guān)數(shù)目來(lái)解決,，但是如果檢測(cè)系統(tǒng)中含有高壓電路的切換，模擬開(kāi)關(guān)則不再合適,，繼電器在這方面則具有明顯的優(yōu)勢(shì),，其具有能夠切換較大電流和電壓的能力，同時(shí)還可以使驅(qū)動(dòng)控制電路與被控觸點(diǎn)電路完全隔離,，使用安全系數(shù)高,。

在選擇繼電器時(shí)，綜合考慮實(shí)際的技術(shù)要求,、功能特性和環(huán)境適應(yīng)性,，參照繼電器的性能參數(shù)、體積大小,、安裝方式,、負(fù)載特性等，本方案選擇了松下公司生產(chǎn)的TX2-5V繼電器作為測(cè)量電路切換的開(kāi)關(guān)器件,。該繼電器具有響應(yīng)時(shí)間快,、耐壓值高、體積小和功耗低等優(yōu)點(diǎn),，可以滿足測(cè)試時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)掃描和在高壓下工作的要求,。

32芯電纜的點(diǎn)火裝置的端電壓和回路電阻的測(cè)量，是相對(duì)于火箭炮系統(tǒng)地，檢測(cè)系統(tǒng)還需對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)整,、模數(shù)轉(zhuǎn)換,、單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，因此,，多芯自動(dòng)切換電路,，既要實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流的自動(dòng)切換,，又要實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)之間的切換,。電路設(shè)計(jì)時(shí)每芯采用一個(gè)雙路繼電器實(shí)現(xiàn)切換，既能實(shí)現(xiàn)該芯電纜的恒壓,、恒流的加載,，又能實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的測(cè)量與切換。自動(dòng)切換電路原理如圖3所示,，圖中,，在IN31之前省略了IN1~IN30，IN1~IN30的線路連接與IN31的相同,；J32的1引腳與J1的6引腳相連接,。

數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)

A/D芯片選型

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種器件，簡(jiǎn)稱(chēng)為A/D,，它把采集到的采樣模擬信號(hào)經(jīng)量化和編碼后,，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出。為滿足雷達(dá),、圖像處理,、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等對(duì)于高速度、高精度A/D轉(zhuǎn)換器的需求,，一些IC廠家相繼推出了流水線結(jié)構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換器,，德州儀器公司的ADS1241芯片便是其中一款。

ADS1241是一款高性能,、寬動(dòng)態(tài)范圍,、高精度的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片。該芯片具有以下特性：①24位的A/D轉(zhuǎn)換,；②可以通過(guò)程序來(lái)設(shè)置增益和輸出速率,；③外部提供差分方式的參考電壓源，外部參考電壓為0.1V~5V,；④具有片內(nèi)自校正功能,；⑤采用SPI串口與其他芯片接口；⑥低功耗：功耗只有600μW,；⑦具有較寬的工作電壓,，電壓范圍為2.7V~5.5V；⑧最多可以實(shí)現(xiàn)8路模擬采集,。ADS1241芯片內(nèi)部提供復(fù)用器和緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)多路采集,，此外，芯片內(nèi)部還進(jìn)行濾波處理,。

A/D芯片接口電路設(shè)計(jì)

ADS1241需要外部時(shí)鐘才能工作,，因此需要在XIN和XOUT管腳外接晶體，提供芯片工作時(shí)所需要的時(shí)鐘,。本系統(tǒng)采用的是頻率為2.4576MHz的晶體,，電容為20pF，電容的選擇是與晶體的頻率有關(guān)系的,。ADS1241通過(guò)SPI串口與單片機(jī)進(jìn)行連接,，這里使用的是4線方式，即SCLK,、DIN,、DOUT和CS管腳與單片機(jī)進(jìn)行連接。另外,，ADS1241的DRDY管腳與單片機(jī)的一般I/O管腳進(jìn)行連接,，這樣可以通過(guò)該管腳來(lái)判斷是否準(zhǔn)備好，由于該管腳輸出低電平有效,，因此需要將該管腳拉高,。ADS1241接口電路如圖4所示。

在圖4中,，數(shù)字電源和模擬電源都采用3.3V電壓供電,，為了減小電源處的干擾，因此需要加0.1μF的電容進(jìn)行濾波處理,。本系統(tǒng)中也將數(shù)字地和模擬地接在一起,，但在某些具體的應(yīng)用中可能需要將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)。AS1241的外部參考電源可以是差分方式,，也可以是非差分方式,，本系統(tǒng)中采用非差分方式，因此只需要將Vref+管腳接外部參考電源,，Vref-管腳接地就可以了,。在本系統(tǒng)中，將PWND管腳接高電平,，使該芯片一直處于工作狀態(tài),；低功耗場(chǎng)合下，可以將該管腳與單片機(jī)的一般I/O進(jìn)行連接,，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制ADS1241的低功耗狀態(tài),。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選用大容量的EEPROM CAT24WC256,，它是一個(gè)256K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含有32768個(gè)字節(jié),，每字節(jié)為8位,。CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)減少了器件的功耗，CAT24WC256有一個(gè)64字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器,，該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作,，如圖5所示。

測(cè)量電路設(shè)計(jì)

發(fā)控時(shí)序電壓測(cè)量電路設(shè)計(jì)

輸出電壓VS分壓后進(jìn)行差分采樣,，采樣后送給單片機(jī)進(jìn)行AD采樣,，通過(guò)AD采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)過(guò)壓警告和過(guò)壓保護(hù)，同時(shí)AD采樣值可以通過(guò)通訊接口上傳計(jì)算機(jī),，進(jìn)行該路輸出電壓顯示,，電壓檢測(cè)電路如圖6所示。

發(fā)控時(shí)序電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)

采樣電流用平衡式電流互感器進(jìn)行電流檢測(cè),，輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行AD采樣,，通過(guò)AD采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)過(guò)流警告和過(guò)流保護(hù)，電流檢測(cè)電路如圖7所示,。電流信號(hào)產(chǎn)生兩路模擬電壓信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行采樣,，保障在電流全范圍內(nèi)的精度。

點(diǎn)火負(fù)載阻值測(cè)量電路設(shè)計(jì)

火箭炮發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火負(fù)載電阻值通常很小,，使用通用器材和方法測(cè)量達(dá)不到要求的精度,。雙臂電橋測(cè)小電阻很準(zhǔn)確，但是測(cè)量使用大電流,，線纜容易發(fā)熱,，影響檢測(cè)結(jié)果，如要精確測(cè)定,，則需調(diào)平衡,，所以不能滿足快速測(cè)試的要求。為了準(zhǔn)確測(cè)定點(diǎn)火電阻,，本系統(tǒng)采用帶溫控反饋的恒流源以及高精度比例運(yùn)放測(cè)量點(diǎn)火負(fù)載電阻,，而且儀器通過(guò)自檢的方式排除系統(tǒng)誤差（包括系統(tǒng)線路阻值和接觸點(diǎn)阻值等），點(diǎn)火回路電阻的測(cè)量原理如圖8所示,。

本系統(tǒng)中,，根據(jù)測(cè)定電阻的范圍和精度要求，選擇DH900型精密恒流三極管,，使用電阻調(diào)節(jié),，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)恒流為20mA。

恒流三極管有極好的恒流和調(diào)整特性,，溫度系數(shù)低,、電流穩(wěn)定度高,，是一種精密的集成電路恒流器件。國(guó)產(chǎn)的DH900系統(tǒng)為新型超精密恒流源器件,，恒流范圍擴(kuò)展到1μA~20A,，可并聯(lián)使用、可遠(yuǎn)距離傳輸,，負(fù)載可斷開(kāi)等,。

單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,，通常具有人機(jī)對(duì)話功能,，能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報(bào)告應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。本系統(tǒng)人機(jī)交互的主要作用是選擇檢測(cè)內(nèi)容,、查看檢測(cè)結(jié)果,、控制通信和打印等，沒(méi)有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入,，而且檢測(cè)過(guò)程是自動(dòng)控制,，所以只需要幾個(gè)功能按鍵。系統(tǒng)采用獨(dú)立式端口鍵,，每個(gè)按鍵接入一個(gè)中斷引腳,，采用端口中斷方式獲取鍵值，如圖9所示,。

液晶顯示電路設(shè)計(jì)

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性,，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示,，這樣即可顯示出圖形,。液晶顯示器按其顯示方式分為點(diǎn)陣式、段式,、字符式等,。點(diǎn)陣液晶顯示器具有體積小、重量輕,、外形薄,、耗能小、工作電壓低,、無(wú)輻射,，特別是視域?qū)挕@示信息量大等優(yōu)點(diǎn),。

本文選用的LM2029-6液晶顯示屏是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,，它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及320×240全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示,，也可以顯示漢字,。主要技術(shù)參數(shù)和性能：①電源VDD為+5V,，模塊內(nèi)自帶-10V負(fù)壓，用于LCD的驅(qū)動(dòng)電壓,；②顯示內(nèi)容為320（列）×240（行）點(diǎn),；③全屏幕點(diǎn)陣；④七種指令,；⑤與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和8條控制線,；⑥占空比1/64；⑦工作溫度為-10℃~+55℃,。

液晶顯示屏通過(guò)一個(gè)20腳的插座與主芯片相連,，通過(guò)一個(gè)50K的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓的大小控制液晶的亮度，通過(guò)兩個(gè)三極管控制液晶的背光,，如圖10所示,。P1.5控制液晶顯示數(shù)據(jù)/顯示指令數(shù)據(jù)，P1.6控制數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě),，P1.7控制使能信號(hào),，P2的8個(gè)引腳作為數(shù)據(jù)引腳，P3.0和P3.1作為液晶的片選信號(hào),，P4.1控制液晶的背光顯示,。

通信接口電路設(shè)計(jì)

通信接口擔(dān)負(fù)與外圍的串行主機(jī)數(shù)據(jù)交換和支持打印等任務(wù)。

串行通訊只需較少的端口就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)的互通,，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),。MSP430系列都有USART模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信。在本設(shè)計(jì)中,，MSP430F149的USART模塊通過(guò)RS232串口與外圍的串行主機(jī)通信,。系統(tǒng)采用專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，如圖11所示,。MAX3232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的電平轉(zhuǎn)換芯片,，包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器，性能可靠,。

聲音蜂鳴報(bào)警電路設(shè)計(jì)

聲音報(bào)警使用蜂鳴器,，通過(guò)I/O端口輸出脈沖控制，改變脈沖的頻率和作用時(shí)間進(jìn)行不同種類(lèi)的提示或者報(bào)警,。為了提高驅(qū)動(dòng)能力,，讓蜂鳴器產(chǎn)生一定強(qiáng)度的聲音，采用了對(duì)稱(chēng)的晶體管驅(qū)動(dòng),，其電路如圖12所示,。

發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了便于軟件系統(tǒng)的維護(hù)和以后硬件系統(tǒng)升級(jí)與改動(dòng)，本系統(tǒng)軟件采用模塊化,、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě),，各個(gè)硬件模塊獨(dú)立開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)接口,，同時(shí)提供與硬件無(wú)關(guān)的應(yīng)用程序接口，這樣如果硬件因資源問(wèn)題需要改動(dòng)時(shí),，只需要修改該硬件的驅(qū)動(dòng)程序,，省去了修改與該硬件相關(guān)的應(yīng)用軟件和主系統(tǒng)軟件的繁瑣，大大提高了軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)效率,。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖13所示,。

系統(tǒng)軟件共分四層：硬件層、驅(qū)動(dòng)層,、接口層和應(yīng)用層,。硬件層提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字處理和輸入輸出控制支持,；驅(qū)動(dòng)層提供各個(gè)硬件使用和操作的驅(qū)動(dòng)支持,，保證軟件功能通過(guò)相應(yīng)的硬件設(shè)備完成,；接口層提供與各個(gè)硬件模塊無(wú)關(guān)的應(yīng)用程序使用接口以及系統(tǒng)時(shí)序和邏輯控制服務(wù),；應(yīng)用層主要完成檢測(cè)任務(wù)和相關(guān)的環(huán)境設(shè)置等功能。

結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)某型火箭炮發(fā)控時(shí)序信號(hào)的特點(diǎn)和檢測(cè)需求,，基于MSP430F149單片機(jī)設(shè)計(jì)了發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng),。論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了發(fā)控時(shí)序檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)部分硬件和軟件的具體實(shí)現(xiàn)方法,。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,、效率高，且檢測(cè)數(shù)據(jù)精度高,。