基于MSP430F149单片机的车体调平装置的控制原理分析

　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。
　　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，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0.001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200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，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。
　　车体调平装置总体设计
　　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加工，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。
　　
　　图1 车体调平装置控制原理图
　　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的纵横向倾斜度，基本技术要求：①精度高于±0.012°；②使用环境温度为﹣40℃~﹢55℃。根据这些要求，选用北京星网宇达科技公司的TW-TS1110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5Hz，测量范围为±15°。测量精度：当倾角≤±5°时，精度为±0.005°；当倾角≤±15°时，精度为±0.01°；当倾角≤±30°时，精度为±0.035°。传感器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0.0015°；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0.002°，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﹣40℃~﹢55℃。