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火控計算機自動檢測系統的設計

添加時間:2021/07/31 來源:未知 作者:樂楓
本文的研究成果可以提高該型號火箭炮火控計算機的檢測效率和檢測質量,同時還 可以節約資源、減少浪費,提高武器質量。
以下為本篇論文正文:

 摘要

  隨著科學技術的進步,國產武器系統的發展也日新月異,高科技裝備越來越多,性 能也越來越強,但武器系統的檢測技術和檢測設備卻發展緩慢。以國產某型號火箭炮火 控計算機檢測為例,雖然火控計算機已經更新換代,但是依然采用人工為主的檢測方法, 效率很低,而且在操作過程中會對火控計算機及檢測臺造成嚴重磨損,影響火控計算機 及檢測臺的使用壽命,所以研究和改進該型號火控計算機檢測方法對于提高檢測效率、 保證檢測質量,以及提高火控計算機的穩定性和使用壽命具有實際的意義。

  本文基于現有的火控計算機檢測臺,研究具有電壓測量和自動輸入功能的火控計算 機檢測方法。以 AT89C51 單片機為控制核心、ADC0808 為模數轉換器件、LCD1602 液 晶為顯示設備設計了電壓測量模塊,并利用 proteus 實現了精度為 0.01V 的電壓測量模 塊的仿真。針對人工輸入指令檢測火控計算機的效率低下,容易出錯等問題,利用 CH9326 串口轉 HID 芯片,設計了自動輸入模塊。該模塊可以生成檢測所需的指令,并 根據火控計算機每個檢測項目所需的檢測時間,利用軟件設計相鄰指令的不同時間間 隔,從而實現了加電便可以自動輸入指令檢測火控計算機的目的。 針對紙質表格記錄火控計算機檢測數據具有不方便保存、容易出錯以及浪費資源、 效率低等缺點,本文利用 C/C++語言,基于 MFC(微軟基礎類庫),實現了數據記錄軟 件的設計。該軟件可以保存火控計算機的串口、RD、CAN 口等檢測數據,從而替代了 紙張,解決紙質記錄浪費資源的問題,還可以方便的進行數據的添加、保存、修改等操 作,同時,采用二進制方式保存檢測數據,相比明文,具有較高的安全性。

  本文的研究成果可以提高該型號火箭炮火控計算機的檢測效率和檢測質量,同時還 可以節約資源、減少浪費,提高武器質量。

  關鍵詞:火控計算機,電壓測量,自動輸入,記錄軟件

Abstract

  With the rapid development of science and technology, the development of domestic weapon systems is also changing with each passing day. More and more high technologies are used, and more and more advanced, with stronger and stronger performance. However, the development of weapon system detection technology and detection equipment is slow. In certain domestic type fire control computer test, for example, although now the fire control computer has been updated, but still USES the artificial detection method, efficiency is very low, and the wear and tear of the fire control computer and test bench is very serious, so research and improve the type of fire control computer detection methods for the improvement of detection efficiency and quality, and improve the stability and service life of the fire control computer has the practical significance.

  Based on the existing fire control computer testing platform, this paper studies the fire control computer testing method with the function of voltage measurement and automatic input. With AT89C51 microcontroller as the control core, AD0808 as the digital-to-analog conversion device, LCD1602 liquid crystal as the display device voltage measurement module, and using proteus to achieve the simulation of the voltage measurement module, completed the accuracy of 0.01V voltage measurement module design. Aiming at the low efficiency and error-prone problem caused by manual input in the detection of fire control computer, the automatic input module is designed by using the CH9326 digital-to-analog conversion chip and AT89C51 as the controller. According to the detection time and recording time of each item in the fire control computer, this module designs different time intervals of adjacent instructions from the software level, thus realizing the purpose of automatically inputting instructions into the fire control computer after power is added.

  At the same time, in view of the inconvenience, error prone, resources wasting and low efficiency of using paper form to record fire control computer detection data,this paper uses C++ language, based on MFC (Microsoft base class library), to achieve the design of data recording software. The software can save the testing data of fire control computer serial port, RD, CAN, which can replace the paper recording and solve the problem of wasting resources.

  It is also convenient for data adding,saving, modifying.Simultaneously the test data uses binary code to record, compared with clear, which has high security. The research results of this paper can improve the detection efficiency and quality of this type of fire control computer.It can also save resources, reduce waste and raise the quality of weapons.

  Keywords: Fire control computer, Voltage measurement, Automatic input, Recording software

火控計算機

目 錄

  1 緒論

  1.1 課題研究背景與意義

  本課題來源于北方自動控制技術研究所某遠程火箭炮改裝項目。在完成火控計算機 檢測系統改進的基礎上,對檢測數據的記錄方法進行了研究。 隨著我國軍事技術的發展,裝備部隊的火箭炮武器系統智能化程度越來越高,火控 計算機作為火箭炮的信息與控制核心,功能也越來越復雜。以國產某型號遠程火箭炮為 例,在該型號的遠程火箭炮中,火控計算機主要的作用是與火箭炮火控系統的其他單體 進行數據交換與命令通訊,同時采集車輛信息,檢測和控制火箭炮車的一系列狀態與操 作,并進行自動操描解算,所以對其可靠性和可維護性要求非常高。但是,火控計算機 構造精密復雜,維護檢修難度大,以往采用的檢測方法對維護人員的技能和知識要求很 高,而且需要多種設備支持,所以維護效率很低、檢測質量差[1]. 在對國產該型號火箭炮火控計算機進行檢測時,需要利用檢測臺向火控計算機發送 指令,火控計算機完成操作并將結果返回檢測臺,由檢測臺進行分析并給出最終的檢測 結果。但是檢測時需要檢測臺、顯示器和兩個鍵盤同時接入火控計算機,布線很復雜, 不方便拆卸。

  其中,檢測臺主要負責向火控計算機輸入檢測指令,并且判斷檢測結果是 否正確,顯示器則直接連接在火控計算機上,顯示火控計算機的內存等信息。這種檢測 方法需要利用鍵盤手動選擇檢測內容并輸入數據,因此很容易出現輸入錯誤或者誤碰等 情況導致檢測出錯,這些都降低了檢測效率和檢測質量,而且當檢測到火控計算機出現 問題時,還需要將火控計算機檢測臺撤下,將線纜移除,然后測量火控計算機的端口電 壓,查找出錯原因,這也進一步增加了工作量,并且加速了火控計算機接口、線纜以及 火控計算機調試臺的損耗,增加了成本。 另外該型號火控計算機的檢測數據通常采用紙質表格記錄,由于火控計算機在整個 火箭炮的火控系統中很重要,所以對其檢測數據的記錄要求也很嚴格,記錄的表格不能 涂改,因此一旦某個數據記錄出錯,便需要更換表格,重新記錄數據,這無疑會提高檢 測人員的工作難度、增加工作量以及工作壓力,同時造成資源浪費。

  基于以上背景,本課題研究并設計了火控計算機自動檢測系統,達到自動選擇檢測項目并輸入檢測指令的目的,并且設計了電壓測量電路,實現了不需要移除外部設備就 能夠測量管腳電壓的目標。同時,本文基于 MFC 設計了火控計算機檢測數據記錄軟件, 用來代替傳統的紙質表格,減少紙張的消耗和資源浪費,而且增加數據記錄的靈活性, 減少因記錄錯誤帶來的額外工作,提高了檢測效率。

  1.2 國內外研究現狀

  1.2.1 火控計算機檢測的研究現狀

  現在國內對于各類武器火控計算機檢測方法的研究也一直在進行。 王志強通過模擬火控計算機系統與雷達之間的數據傳輸與處理流程,完成了基于通 用平臺的 LLP12 火控計算機系統雷達接口模擬器的硬件和軟件設計,實現了驗證該款火 控計算機接口正確性的目標[2]. 汪元蛟設計了火控計算機系統測試平臺,完成了對某型號火控計算機顯示屏、數據 通訊以及數字鍵盤的功能測試[3]. 鄭文等基于 PC 總線,設計完成了國產某型號雷達火控計算機的接口模塊測試方案, 同時開發了可以檢測該火控計算機性能和故障的測試軟件,實現了對該型號火控計算機 的檢測[4]. 陳軍偉等采用相關矩陣的方法解決了某新型裝甲車輛火控計算機在維修與保障時 存在的檢測困難、檢測效率低以及不夠可靠等不足,為該型號裝甲車輛的維護與保障提 供了技術支持[5].

  1.2.2 電壓檢測的研究現狀

  目前,全球的電壓檢測方法和設備越來越多,電壓檢測設備正在朝著經濟、小型、 快速的方向發展,許多學者都在該領域做出了貢獻。 2018 年,楊淑霞等從電壓有效值的定義、測試系統和規則采樣的原理以及采樣程序 等方面,證明了基于規則采樣的電壓有效值測量方法可以應用于移動電站電壓有效值的準確測量,按照 GJB1488-92《軍用內燃機電站通用試驗方法》進行試驗,試驗結果符 合 GJB 235A-97《軍用交流移動電站通用規范》的要求[6]. 2018 年,翟偉芳等采用將電壓測量儀器的表筆探針直接與測量儀機身相連的方法, 實現了儀器小型化及輕量化的改進設計,實驗證明,該方法可以有效提高電壓的測量效 率[7].2018 年,蔡驍利用 FPGA 和電壓采集芯片 MAX1312,并利用 SG240128-01D 系列 的液晶顯示屏給出了電壓測量系統的解決方案[8]. 2019 年,游志宇等通過將電阻分壓、高速模擬切換開關與高速數據采集卡相結合, 設計完成了高速單片電池電壓檢測系統。該系統可以達到對單片燃料電池電壓進行高速 與高精度采集的目標。通過多次實驗測試得出,該檢測系統的測量速度以及精度均比現 在的檢測系統高,平均誤差為 4.52 mV,測量時間小于 6 ms[9].

  綜上所述,在電壓測量方面國內外的學者已經做了很多的研究,并且取得了很大的 成就,本文在此基礎上深入研究,從而實現在火控計算機發生故障時,不用拆卸設備即 可實現電壓測量與查找錯誤點的目標。 1.2.3 輸入設備的研究現狀 現在常用的輸入設備有鼠標、鍵盤等,在對設備進行檢測時,常常也要用到鼠標、 鍵盤輸入指令,但是這些輸入設備使用起來往往會帶來各種不便,而且還常常會因為誤 觸等帶來不必要的麻煩,因此現在很多專家、學者進行了相關的研究用來克服這些缺點。

  2018 年,羅志聰等利用 Android 設備具有的方便、開放等特點,開發了服務于電腦 端的應用程序。該程序可以利用 TCP/IP 協議,以及 Socket 編程與自定義數據傳輸方法, 實現便攜式設備與電腦端的無線連接,從而解決了 Windows 平臺互通性差的問題。通過 測試,開發的模擬輸入設備可以模擬鍵盤、手柄、遙控器等多種設備,具有非常好的兼 容性[10].2019 年,王成志等利用 AutoSim 通過靜態分析方法識別應用中控件需要的文本輸 入類型,并在應用動態執行的過程中將符合控件輸入類型的文本注入到控件中,有效提 高了動態分析的覆蓋范圍。經實際運行測試,該方法在識別界面軟件輸入類型中的準確率達到了 88.68%,并且能夠幫助自動化測試工具擴大 33.7%的界面覆蓋率。同時,該方 法還可以避免人工干預對動態分析效率的降低問題[11].

  除此之外,現在利用語音輸入、手勢輸入的設備也越來越多,這些設備都可以降低 出錯率,提高生產效率以及產品質量。

  1.2.4 記錄軟件的研究現狀

  由于記錄數據常采用 Excel、word 等軟件,或者是紙質的表格,記錄效率低,而且 使用紙質表格時容易因記錄出錯導致記錄混亂,不方便查看,并且利用紙張記錄出錯后 需要重新記錄,大大增加了工作量,所以現在很多學者都在進行專用的記錄軟件研究與 開發。2018 年,李建兵等利用 C/S 架構開發了管理學生上機信息的軟件系統,該軟件系統 在與 Xplico 開源取證工具配合后,可以實現學生上網信息記錄和登記的功能[12].

  2018 年,趙峰等設計開發了基于 Windows 平臺的資料記錄與數據處理軟件。這款 軟件可以自動生成外業記錄軟件的配置文件、打印外業觀測手簿、打印成果與精度統計 表。最重要的是,該款軟件可以對數據進行加密解密處理,提高了數據記錄的安全性。 同時該軟件還具有自動轉換數據格式的功能,并且可以解決大量人工參與資料整理帶來 的工作量大、效率低、出錯率高的問題[13].

  2018 年,張健等利用 VBA 編程技術,同時基于 Excel 開發了可以智能檢定并自動 處理數據的軟件。通過測試,這款軟件可以有效增強數據的安全性、提高工作人員的工 作效率和工作質量,并且具有很高的數據查詢、保存以及檢索能力。同時,應用該款軟 件還可以減少紙質記錄,節約資源,達到保護環境,節能減排的目標[14]. 2019 年,劉娜等借鑒 E-R(Entity-Relation)圖模型的基本思想,通過分析羅氏機械 增壓器的具體結構組成,將設備中各零部件及其兩兩間的裝配關系分別編碼,得到一種 新的記錄裝備維修數據的方法,該方法提高了記錄效率,并且在后期進行數據挖掘時有 明顯優勢[15]. 2019 年,潘天祥等基于 Android Stdio 2.3.3,利用徠卡 TS50 的 GeoCom 接口技術和 藍牙模塊以及全自動目標追蹤與測量功能,開發了一款適用于高鐵平面控制測量的軟件。該軟件可以在手機客戶端進行參數配置,具有目標學習和目標測量等功能,有效減 少了人工的繁瑣操作,提高了記錄的準確性,實現了高速鐵路測量項目的測量目標[16]. 雖然有許多學者進行了記錄軟件的研究,但是所開發的軟件都有很強的針對性,不 能直接使用在其他類型數據的記錄上,所以本文針對火控計算機檢測數據的記錄方法和 內容進行研究,開發適合記錄的軟件終端。

  1.3 本文研究的主要內容及論文結構安排

  本文主要研究某型號火箭炮火控計算機自動檢測系統,根據火控計算機檢測要求對 檢測系統進行改進,并開發火控計算機檢測記錄軟件。論文的主要內容如下: 第一章:緒論。介紹了課題的研究背景和意義,以及電壓測量、輸入設備和記錄軟 件的研究現狀,確立了論文的主要研究內容。

  第二章:火控計算機檢測平臺的檢測方案。對火控計算機檢測平臺的作用、內部構 造以及檢測方法和檢測步驟進行了介紹。同時,分析了現有檢測系統的缺點與不足,進 而提出了系統的設計方案以及設計指標,并且給出了記錄軟件的設計方案。

  第三章:電壓測量電路的硬件設計和軟件設計。主要包含電壓測量電路主控芯片的 選擇、數模轉換模塊以及顯示模塊的設計,并利用 proteus 軟件設計出了原理圖。同時, 還對電壓測量電路軟件設計部分進行了介紹。

  第四章:輸入電路的硬件設計和軟件設計。主要包括輸入電路的設計原理,并從輸 入電路主控芯片的選型、串口轉 HID 模塊以及輸入接口等方面進行了電路的原理圖設 計。本章還介紹了 PCB 的設計規則和注意事項,以此設計了輸入電路的 PCB.最后, 從軟件的設計流程、指令的鍵值以及指令輸入的間隔時間等方面進行了輸入電路的軟件 設計。

  第五章:記錄軟件的設計。本章主要介紹了記錄軟件設計的編程環境選擇、記錄軟 件的布局以及軟件設計的流程。同時,還介紹了該軟件設計時的注意事項和用到的設計 方法,最終給出了軟件設計的最終效果。

  第六章:系統調試。本章主要從電壓測量模塊、輸入模塊以及記錄軟件等三部分對 火控計算機自動檢測系統進行了調試。經測試,三部分均能滿足設計要求,可以用于火控計算機的檢測。

  第七章:總結。對本文所做的工作進行總結,分析系統設計中的優缺點,并對工作 做進一步的展望。

  2 火控計算機檢測臺構造與檢測方案

  2.1 火控計算機檢測臺構成

  2.2 火控計算機檢測方法

  2.3 火控計算機檢測內容

  2.4 檢測系統缺陷分析

  2.5 本章小結

  3 電壓測量模塊設計

  3.1 電壓測量模塊電路設計

  3.1.1 電壓測量原理

  3.1.2 電路原理圖設計

  3.2 電壓測量模塊軟件設計

  3.2.1 編輯器選擇

  3.2.2 軟件設計

  3.3 本章小結

  4 輸入模塊設計

  4.1 輸入模塊電路設計

  4.1.1 設計原理

  4.1.2 輸入模塊原理圖設計

  4.2 輸入模塊 PCB 設計

  4.3 輸入模塊程序設計

  4.4 本章小結

  5 記錄軟件設計

  5.1 記錄軟件設計要求

  5.2 編程語言及編程工具的選擇

  5.2.1 編程語言的選擇

  5.2.2 編程工具的選擇

  5.3 記錄軟件開發

  5.3.1 界面設計

  5.3.2 數據存儲與讀取設計

  5.4 本章小結

  6 系統調試

  6.1 電壓測量模塊調試

  6.2 輸入模塊調試

  6.3 記錄軟件調試

  6.4 本章小結

7 總結與展望

  7.1 本文總結

  本文從國產某型號火箭炮火控計算機現有的檢測方法、檢測臺構造等方面介紹了現 在火控計算機檢測方法的不足,然后從以下三點完成了火控計算機自動檢測系統的設 計。

 。1)電壓測量電路的設計。利用該電壓測量電路可以實現當火控計算機檢測出錯 時,不拆除外部設備即可查找錯誤原因的目的。該電壓測量電路可以實現 0~30V 電壓的 檢測,精度為 0.01V,完全可以滿足要求;

 。2)輸入電路設計。本輸入電路工作原理是模擬鍵盤的工作原理,實現自動向火 控計算機調試臺輸入指令的目的。該輸入電路可以自動選擇相應的檢測項目對火控計算 機進行檢測,并且利用軟件實現了不同的檢測項目給與不同檢測時間的效果,而且在每 次檢測結束后留有合理的時間供檢測人員記錄。解決了人工檢測時常常因為誤觸導致檢 測失敗,需要重新檢測帶來的效率低下等問題。

 。3)記錄軟件設計。根據紙質表格記錄數據有記錄效率低、不方便記錄、不方便 修改和保存、安全性差等缺點,設計了火控計算機檢測數據記錄軟件。該軟件界面簡潔 明了,操作簡單,使用難度低,可以很方便的進行數據的記錄、修改和刪除,而且數據 采用的是二進制方式進行存取,不容易泄密,安全性好。在發生電腦死機、重啟或者軟 件崩潰等突發情況時,數據包也不會出現損壞或丟失,可以很快的進行修復。

  7.2 未來展望

  本文進行了火控計算機自動檢測系統的設計,可以對火控計算機檢測臺自動輸入檢 測指令,實現了自動選擇檢測內容和自動輸入檢測指令的功能,同時還設計了火控計算 機檢測數據記錄軟件,實現了方便記錄、修改記錄數據,提高檢測數據的安全性,同時 減少資源浪費的目的。但是,本文也有許多不足,主要有以下幾個方面。 (1)電壓檢測電路的精度可以進一步提升,F在電壓檢測電路的檢測精度為 0.01V,在以后可以進一步修改設計,提升檢測精度。

 。2)輸入設備現在只是利用程序生成鍵值單方向火控計算機檢測臺輸入指令,依靠 時間間隔達到輸入不會互相干擾的目的,不能檢測是否檢測完成,整體設計不夠智能化, 在以后的設計中,要利用串口通信實現輸入設備和檢測臺的相互通信。

 。3)利用記錄軟件記錄檢測數據時,需要檢測人員輸入數據,在今后的設計中,要 實現記錄軟件自動從檢測臺讀取數據并記錄,實現自動化檢測的目的。

致 謝

  三年的研究生生活轉瞬即逝,學生時代也馬上結束,即將步入工作崗位中去迎接新 的挑戰。這三年可以說是我生命中最重要的時光,這三年中,在老師、同事和同學的幫 助下,我學到了很多知識,增長了很多見識,不經意間成長了很多,感謝所有幫助過我 的老師、同事和同學。

  首先,我最需要感謝的就是我的導師王召巴教授。在研究生三年中,王老師給予了 我極大的關心與幫助。研二時,王老師幫我聯系了北方自動控制技術研究所實習,研三 又不辭勞苦的悉心指導我的畢業論文,正是王老師在百忙之中的認真指導和辛苦批改, 我才能順利完成本篇論文。另外,王老師深厚的學術造詣,對待科學嚴謹的態度,都值 得我終生學習。我將一直將王老師作為學習的榜樣,不斷奮斗。

  其次,我要感謝北方自動控制技術研究所給我提供的實習機會,感謝姚翔師傅在實 習期間給與我的指導與幫助。正是由于姚師傅的幫助,我才能在實習的一年中,接觸到 許多學校里學習不到的新知識,不斷提升自己的實踐能力,并且有機會參與到公司的項 目研究設計中去,同時,姚師傅也在我完成畢業論文的過程中,為我提供了方向和技術 支持。也感謝調試二組的宋艷芳組長、楊雷澤副組長、王俊師傅、楊文斌師傅等前輩, 這一年他們無論對我的生活還是學習上都提供了很大的幫助,讓我能在短暫的實習中不 斷進步,不斷成長。

  另外,還要感謝實驗室所有老師與同學對我的幫助。在三年的研究生學習中,感謝 課題組陳友興老師、金永老師、王偉老師、吳其洲老師、趙霞老師等對我的指導與關心。

  感謝涂晨、王炳偉、謝鵬英等同學的幫助。此外,還要感謝我的家人,感謝他們在我讀 研期間在我生活上給予我在經濟與生活上的支持與關懷。 最后,感謝所有參與本論文評審與答辯的專家和老師。

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