某型號(hào)導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺(tái)控制器的研制

　　摘要：從分析某型號(hào)導(dǎo)彈慣組實(shí)際測(cè)試與標(biāo)定過(guò)程出發(fā)，基于單片機(jī)控制技術(shù)研制了某型號(hào)導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺(tái)控制器;簡(jiǎn)單介紹了慣組測(cè)試與標(biāo)定的原理，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件各功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器具有性能穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)，提高了測(cè)試精度，縮短了測(cè)試時(shí)間，延長(zhǎng)了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的使用壽命，為某型號(hào)導(dǎo)彈慣組測(cè)試與標(biāo)定提供了快速有效的方法和手段，解決了目前部隊(duì)慣組標(biāo)定與測(cè)試過(guò)程中遇到的技術(shù)難題，具有重大的軍事意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　引言

　　目前在部隊(duì)某型號(hào)導(dǎo)彈的慣組標(biāo)定與測(cè)試過(guò)程中，號(hào)手手動(dòng)搖擺轉(zhuǎn)臺(tái)的次數(shù)較多，影響了測(cè)試效率，同時(shí)也容易產(chǎn)生人為操作誤差，影響慣組的測(cè)試精度，易造成轉(zhuǎn)臺(tái)甚至慣組等設(shè)備損壞。為了減小慣組的測(cè)試誤差，提高測(cè)試精度，減少測(cè)試時(shí)間，方便檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作狀態(tài)，并防止人為因素?fù)p壞轉(zhuǎn)臺(tái)和慣組等設(shè)備，利用較為成熟的單片機(jī)自動(dòng)控制與測(cè)試技術(shù)，將現(xiàn)有的某導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了自動(dòng)化改進(jìn)，研制導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺(tái)控制器，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈慣組的自動(dòng)化標(biāo)定與測(cè)試，并實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)臺(tái)工作狀態(tài)，來(lái)解決目前部隊(duì)慣組標(biāo)定與測(cè)試過(guò)程中遇到的技術(shù)難題十分必要。

　　慣組及其標(biāo)定與測(cè)試簡(jiǎn)介

　　慣性系統(tǒng)是應(yīng)用慣性儀表構(gòu)成的慣性測(cè)量系統(tǒng)。它在導(dǎo)彈等飛行器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，是根據(jù)飛行器在空間的運(yùn)動(dòng)有六個(gè)自由度(即三個(gè)角運(yùn)動(dòng)和三個(gè)線運(yùn)動(dòng))而確立相應(yīng)的慣性系統(tǒng)。利用三個(gè)單自由度陀螺儀可以建立三個(gè)相互正交的基準(zhǔn)方向，相對(duì)此基準(zhǔn)方向可以測(cè)出導(dǎo)彈的三個(gè)姿態(tài)角;利用三個(gè)加速度計(jì)可以測(cè)出導(dǎo)彈沿三個(gè)基準(zhǔn)方向的加速度。三個(gè)陀螺儀和三個(gè)加速度計(jì)通常是以輸入軸相互正交方式安裝在同一基座上，構(gòu)成慣性測(cè)量組合，簡(jiǎn)稱慣組。

　　慣組是導(dǎo)彈等飛行器的重要組成部分，它反映了飛行器的飛行姿態(tài)以及其它重要導(dǎo)航信息，其性能與精度直接影響導(dǎo)彈的性能與精度。為了確保慣性陀螺儀表工作的可靠性，檢驗(yàn)其導(dǎo)航精度，需要對(duì)慣性儀表進(jìn)行定期的標(biāo)定和測(cè)試。用轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試慣性儀表是比較常用的方法。

　　轉(zhuǎn)臺(tái)由三個(gè)環(huán)組成，分別稱為外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)，每個(gè)環(huán)都由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制其的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與角度。轉(zhuǎn)臺(tái)的主要功能是使安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上的慣組(慣性測(cè)量?jī)x器)在三個(gè)方向獲得不同的角速度和角度，使之輸出相應(yīng)的供控制系統(tǒng)檢查測(cè)試用的信號(hào)，完成慣組的標(biāo)定與測(cè)試。

　　某型號(hào)導(dǎo)彈慣組標(biāo)定與測(cè)試用轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)物圖如圖1所示。

　　其基本的工作原理就是：在轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的控制下，使三軸回轉(zhuǎn)臺(tái)按照預(yù)定的要求分別繞三個(gè)回轉(zhuǎn)軸φ、ψ、γ進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其原理示意圖如圖2所示。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)慣組標(biāo)定與測(cè)試的總體功能要求，結(jié)合該測(cè)試設(shè)備的工作原理和特點(diǎn)，利用較為成熟的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)控制技術(shù)和智能檢測(cè)技術(shù)，確定了基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)控制器的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，LCD顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流監(jiān)測(cè)與控制模塊，獨(dú)立按鍵控制模塊等部分組成。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　轉(zhuǎn)臺(tái)控制器采用AT89C55單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上串口通信、LCD顯示、按鍵控制及驅(qū)動(dòng)電流監(jiān)控等外圍電路構(gòu)成一個(gè)完整的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)。

　　單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)

　　由AT89C55單片機(jī)及其外圍電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)，是整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)控制器的核心，其主要特點(diǎn)是可以在線擦寫(xiě)，方便程序更改，用于檢測(cè)是否有按鍵按下，適時(shí)發(fā)出控制命令控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制LCD模塊顯示轉(zhuǎn)臺(tái)工作情況，檢測(cè)并顯示驅(qū)動(dòng)電流，若電流超限自動(dòng)斷電，此外還具備系統(tǒng)復(fù)位功能和自檢功能以保證系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)。

　　單片機(jī)的P0口、P1口、P2口、P3口全部參與系統(tǒng)工作，其中P0口主要用于控制LCD的顯示;P1口主要用于通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng);P2口主要通過(guò)控制ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片來(lái)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電流的大小;P3口主要用于檢測(cè)按鍵控制電路工作狀態(tài)。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的每個(gè)軸都由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)靠單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力不足以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制?？紤]用硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)使電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高，相互之間易受干擾，而直接采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以該系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的核心部件。