摘 要： 隨著車載轉(zhuǎn)臺工作對監(jiān)控系統(tǒng)測量精度要求的不斷提高,，傳統(tǒng)的調(diào)平方法已無法滿足車載系統(tǒng)對快速,、實時性的發(fā)展要求,。在分析了傳統(tǒng)調(diào)平方法的不足之后，提出了一種對車載轉(zhuǎn)臺水平度進行動態(tài)監(jiān)測的方案,，利用電子水平儀的特點,，采用通過DSP控制雙方向同步顯示" title="同步顯示">同步顯示的方法進行監(jiān)測。實驗結(jié)果表明，該方法在滿足系統(tǒng)操作方便,、成本低的要求的同時,，保證了車載轉(zhuǎn)臺的水平精度，具有很強的工程應(yīng)用價值,。
關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)臺 調(diào)平 水平儀 DSP
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轉(zhuǎn)臺是廣泛應(yīng)用于航空,、航天、兵器,、航海等領(lǐng)域的光機電一體化設(shè)備,，車載轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)憑借其優(yōu)異的機動性能，得到了廣泛應(yīng)用,。然而與陸基轉(zhuǎn)臺不同的是,，即使是落地測量，地表的差異,、周圍環(huán)境的變化都將導(dǎo)致車載轉(zhuǎn)臺的水平度發(fā)生明顯改變,，水平基準(zhǔn)的改變則會影響整個轉(zhuǎn)臺的精度，為此必須對轉(zhuǎn)臺的水平機構(gòu)進行調(diào)整,。
傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺調(diào)平方法是將一臺數(shù)字式電子水平儀以平行于B,、C連線的方向擺放到轉(zhuǎn)臺A點上，如圖1所示,，測量A處的水平值,，然后將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180°，再一次測量A處的水平值,，兩次測量值的差值即為B處和C處的水平值差,，通過調(diào)整B或C點的調(diào)平機構(gòu)，使得三點的水平值達到相同,。這樣,，一個由三點所確定的轉(zhuǎn)臺被視為水平。
這種傳統(tǒng)的調(diào)平方法雖然在陸基轉(zhuǎn)臺上應(yīng)用起來非常方便,，可是要在車載轉(zhuǎn)臺上仍采用該方法,，就會給工作帶來很多的不便。圖2為電子水平儀應(yīng)用在車載轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的工作模型,。工作過程中的不足點具體體現(xiàn)在以下三方面：
(1)原有電子水平儀的測量底座對溫度的變化較為敏感,，導(dǎo)致不同溫度下的測量結(jié)果有較大差異，所以氣候條件惡劣,、周圍環(huán)境干擾大會對水平儀的測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響,；
(2)工作過程中，因水平儀安裝在轉(zhuǎn)臺上,，會隨著轉(zhuǎn)臺工作位置的不斷變換而發(fā)生改變,。因此調(diào)平人員不能隨時看到水平儀的讀數(shù),，無法掌握恰當(dāng)?shù)恼{(diào)平時刻；
(3)調(diào)平時,，調(diào)平人員要同時兼顧在載車上讀數(shù)與載車下調(diào)平的雙重工作,，這樣勢必會影響調(diào)平的精確度和快速性。
因此,，為了克服傳統(tǒng)調(diào)平方法應(yīng)用在車載轉(zhuǎn)臺上時產(chǎn)生的種種弊端,，提出了對車載轉(zhuǎn)臺水平度進行動態(tài)監(jiān)測的方法。該方法應(yīng)用到目前的車載轉(zhuǎn)臺設(shè)備中,，保證了車載轉(zhuǎn)臺的水平精度,，對提高車載設(shè)備的機動性能起著很重要的作用，并且對今后的車載自穩(wěn)定系統(tǒng)的研究也有著深遠的意義,。
1 新型動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理
對車載轉(zhuǎn)臺的水平度進行動態(tài)監(jiān)測,，其主導(dǎo)思想就是將車載設(shè)備的水平度通過數(shù)字式電子水平儀同步傳送至中心機和載車側(cè)壁的數(shù)碼管上，使得在中心機上就可以實時監(jiān)測轉(zhuǎn)臺的水平度,，同時調(diào)平人員調(diào)平時在載車側(cè)壁就可以看到水平儀測量出的水平值,。該方法的實現(xiàn)主要是根據(jù)數(shù)字式電子水平儀會輸出與測量結(jié)果成正比的模擬電壓量的原理，只要將該電壓量進行相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換即可,。具體實現(xiàn)方法如下：
增加一臺電子水平儀，將兩臺電子水平儀全部密封固定在轉(zhuǎn)臺上方或下方,，即可避免外界環(huán)境對測量結(jié)果的影響,，另外將水平儀的測量值輸出到兩個方向同步顯示，一部分將顯示值引導(dǎo)到主控軟件的界面上,，另一部分同步到載車的側(cè)壁上,。具體的同步方式如圖3所示。
這樣,，一方面調(diào)平人員可以根據(jù)中心機界面上水平度的實時顯示來監(jiān)測車載轉(zhuǎn)臺的水平度,，以判斷是否需要調(diào)平；另一方面,，在調(diào)平的過程當(dāng)中,，調(diào)平人員可在車下根據(jù)載車側(cè)壁的顯示值進行調(diào)平，提高了調(diào)平的精確度和快速性,。
2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)
2．1 硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示,，由水平儀、A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換芯片AD1674[1～2],、DSP,、BCD-7段鎖存" title="鎖存">鎖存/譯碼/驅(qū)動器MC14513、外部電壓基準(zhǔn)MAX6133,、MAX488接口芯片和中心機等部分組成,。
2．2 硬件工作過程分析
在該系統(tǒng)中,，A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示是相對較為重要的部分，下面介紹其具體的工作過程,。
2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換
當(dāng)水平儀自身顯示值為1時,，它會輸出1mV的電壓值，因此該設(shè)計中AD1674采用了外部電壓基準(zhǔn),，12V電壓經(jīng)由MAX6133后輸出4.096 V的基準(zhǔn)電壓,，于是12位A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中，1mV對應(yīng)一個字節(jié),，這樣不但簡化了中間的數(shù)據(jù)運算過程,，而且減少了由于運算帶來的誤差。AD1674將來自水平儀的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字信號后,，通過DSP的數(shù)據(jù)總線傳送到DSP中,，DSP進行相應(yīng)處理之后，輸出相應(yīng)的控制信號驅(qū)動載車側(cè)壁的數(shù)碼管,，使之與水平儀同步顯示相同的測量值,。
2.2.2 數(shù)碼顯示
DSP將從A/D轉(zhuǎn)換器讀取回來的數(shù)據(jù)在自身的寄存器內(nèi)部進行十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，再由IOPC口輸出顯示數(shù)字的BCD碼到BCD-7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器MC14513中,，由剩余閑置的I/O口產(chǎn)生BCD碼輸入鎖存信號,。當(dāng)BCD碼被鎖存后，經(jīng)7段譯碼,，相應(yīng)位的數(shù)碼管將產(chǎn)生相應(yīng)的顯示值[5],。與此同時，DSP將數(shù)據(jù)從其自身串口" title="串口">串口發(fā)出,，通過MAX488芯片轉(zhuǎn)換成RS422信號后傳送至中心機,，并在中心機的界面上實時顯示。圖5為水平儀同步顯示部分的電路原理圖[3～4],。
3 軟件設(shè)計
該系統(tǒng)軟件部分主要包括數(shù)碼管顯示和中心機實時監(jiān)控兩部分,。
3.1 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計
數(shù)碼管顯示程序主要是采用DSP進行控制，具體包括以下幾部分[5]：主程序,、中斷初始化程序,、十進制子程序" title="子程序">子程序、串口發(fā)數(shù)子程序和顯示子程序,。其中,主程序中開始啟動A/D轉(zhuǎn)換并等待中斷,；中斷初始化程序主要負(fù)責(zé)設(shè)置外部中斷的響應(yīng)方式、外部中斷的開啟,、總中斷的開啟,；十進制子程序把12位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進制數(shù)據(jù)；串口發(fā)數(shù)子程序?qū)腁/D轉(zhuǎn)換器讀取回來的數(shù)據(jù)量通過串口以固定波特率發(fā)送到中心機,；顯示子程序?qū)⒁@示數(shù)字的BCD碼發(fā)送到MC14513并置位相應(yīng)鎖存位,。系統(tǒng)程序流程框圖如圖6所示,。
3.2 實時監(jiān)控程序設(shè)計
實時監(jiān)控程序的任務(wù)是增加兩個對水平度進行實時顯示的窗口，該窗口將從DSP傳送過來的RS422信號轉(zhuǎn)換為水平度的測量值顯示出來,，采用Visual C++實現(xiàn),，具體包括以下幾個方面：顯示窗口的創(chuàng)建、串口通信,、水平度在窗口中的同步顯示[6],。實時監(jiān)控窗口如圖7所示。
4 實驗結(jié)果及分析
將其中一個電子水平儀輸出在顯示界面和數(shù)碼管上的值與水平儀自身所帶的顯示屏顯示結(jié)果進行對比,，采用定點等時間間隔連續(xù)測量法進行檢測,，同時記錄下當(dāng)時的顯示界面、數(shù)碼管顯示及水平儀顯示的數(shù)值,。表1記錄了兩小時之內(nèi)的實驗數(shù)據(jù),。
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根據(jù)顯示數(shù)據(jù)繪制的曲線如圖8所示。表1和圖8的對比結(jié)果表明,，采用該設(shè)計方法可以使得水平儀,、數(shù)碼管以及顯示界面的同步顯示結(jié)果誤差僅在一個碼值之內(nèi)(2角秒)，精度完全滿足車載轉(zhuǎn)臺的水平度控制要求(10角秒以內(nèi)),，實現(xiàn)了在中心機上實時監(jiān)測載車系統(tǒng)的水平度,，并且調(diào)平人員可根據(jù)載車側(cè)壁的數(shù)碼顯示值更加直觀、快捷地調(diào)整載車車體,使之水平,。
參考文獻
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