車(chē)載轉臺水平度動(dòng)態(tài)監測系統的研究

摘要：隨著(zhù)車(chē)栽轉臺工作對監控系統測量精度要求的不斷提高，傳統的調平方法已無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)載系統對快速、實(shí)時(shí)性的發(fā)展要求。在分析了傳統調平方法的不足之后，提出了一種對車(chē)載轉臺水平度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測的方案，利用電子水平儀的特點(diǎn)，采用通過(guò)DsP控制雙方向同步顯示的方法進(jìn)行監測。實(shí)驗結果表明，該方法在滿(mǎn)足系統操作方便、成本低的要求的同時(shí)，保證了車(chē)栽轉臺的水平精度，具有很強的工程應用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：轉臺調平水平儀DSP

轉臺是廣泛應用于航空、航天、兵器、航海等領(lǐng)域的光機電一體化設備，車(chē)載轉臺系統憑借其優(yōu)異的機動(dòng)性能，得到了廣泛應用。然而與陸基轉臺不同的是，即使是落地測量，地表的差異、周?chē)h(huán)境的變化都將導致車(chē)載轉臺的水平度發(fā)生明顯改變，水平基準的改變則會(huì )影響整個(gè)轉臺的精度，為此必須對轉臺的水平機構進(jìn)行調整。

傳統的轉臺調平方法是將一臺數字式電子水平儀以平行于B、C連線(xiàn)的方向擺放到轉臺A點(diǎn)上，如圖l所示，測量A處的水平值，然后將轉臺旋轉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(guò)調整B或C點(diǎn)的調平機構，使得三點(diǎn)的水平值達到相同。這樣，一個(gè)由三點(diǎn)所確定的轉臺被視為水平。

這種傳統的調平方法雖然在陸基轉臺上應用起來(lái)非常方便，可是要在車(chē)載轉臺上仍采用該方法，就會(huì )給工作帶來(lái)很多的不便。圖2為電子水平儀應用在車(chē)載轉臺系統的工作模型。工作過(guò)程中的不足點(diǎn)具體體現在以下三方面：

(1)原有電子水平儀的測量底座對溫度的變化較為敏感，導致不同溫度下的測量結果有較大差異，所以氣候條件惡劣、周?chē)h(huán)境干擾大會(huì )對水平儀的測量結果產(chǎn)生很大影響；

(2)工作過(guò)程中，因水平儀安裝在轉臺上，會(huì )隨著(zhù)轉臺工作位置的不斷變換而發(fā)生改變。因此調平人員不能隨時(shí)看到水平儀的讀數，無(wú)法掌握恰當的調平時(shí)刻；

(3)調平時(shí)，調平人員要同時(shí)兼顧在載車(chē)上讀數與載車(chē)下調平的雙重工作．這樣勢必會(huì )影響調平的精確度和快速性。

因此，為了克服傳統調平方法應用在車(chē)載轉臺上時(shí)產(chǎn)生的種種弊端，提出了對車(chē)載轉臺水平度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測的方法。該方法應用到目前的車(chē)載轉臺設備中，保證了車(chē)載轉臺的水平精度，對提高車(chē)載設備的機動(dòng)性能起著(zhù)很重要的作用，并且對今后的車(chē)載自穩定系統的研究也有著(zhù)深遠的意義。

1新型動(dòng)態(tài)監測系統的工作原理

對車(chē)載轉臺的水平度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測，其主導思想就是將車(chē)載設備的水平度通過(guò)數字式電子水平儀同步傳送至中心機和載車(chē)側壁的數碼管上，使得在中心機上就可以實(shí)時(shí)監測轉臺的水平度，同時(shí)高平人員調平時(shí)在載車(chē)側壁就可以看到水平儀測量出的水平值。該方法的實(shí)現主要是根據數字式電子水平儀會(huì )輸出與測量結果成正比的模擬電壓量的原理，只要將該電壓量進(jìn)行相應的模數轉換即可。具體實(shí)現方法如下：

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臺上方或下方，即可避免外界環(huán)境對測量結果的影響，另外將水平儀的測量值輸出到兩個(gè)方向同步顯示，一部分將顯示值引導到主控軟件的界面上，另一部分同步到載車(chē)的側壁上。具體的同步方式如圖3所示。

這樣，一方面調平人員可以根據中心機界面上水平度的實(shí)時(shí)顯示來(lái)監測車(chē)載轉臺的水平度，以判斷是否需要調平；另一方面，在詞平的過(guò)程當中，調平人員可在車(chē)下根據載車(chē)側壁的顯示值進(jìn)行調平，提高了調平的精確度和快速性。

2系統的硬件實(shí)現

2．1硬件結構

系統的硬件結構框圖如圖4所示，由水平儀、AID轉換芯片ADl674、DSP、BCD-7段鎖存/譯碼/驅動(dòng)器MCl4513、外部電壓基準MAX6133、MAX488接口芯片和中心機等部分組成。

2．2硬件工作過(guò)程分析

在該系統中，A/D轉換和數碼顯示是相對較為重要的部分，下面介紹其具體的工作過(guò)程。

2．2．1A/D轉換

當水平儀自身顯示值為1時(shí)，它會(huì )輸出lmV的電壓值，因此該設計中ADl674采用了外部電壓基準，12V電壓經(jīng)由MAX6133后輸出4。096V的基準電壓，于是12位MD轉換器在轉換過(guò)程中，lmV對應一個(gè)字節，這樣不但簡(jiǎn)化丁中間的數據運算過(guò)程，而且減少了由于運算帶來(lái)的誤差。ADl674將來(lái)自水平儀的模擬電壓信號轉換成12位的數字信號后，通過(guò)DSP的數據總線(xiàn)傳送到DSP中，DSP進(jìn)行相應處理之后，輸出相應的控制信號驅動(dòng)載車(chē)側壁的數碼管，使之與水平儀同步顯示相同的測量值。

2．2．2數碼顯示

DSP將從A/D轉換器讀取回來(lái)的數據在自身的寄存器內部進(jìn)行十進(jìn)制數據轉換之后，再由IOPC口輸出顯示數字的BCD碼到BCD-7段鎖存，譯碼，驅動(dòng)器MCl4513中，由剩余閑置的I/O口產(chǎn)生BCD碼輸入鎖存信號。當BED碼被鎖存后，經(jīng)7段譯碼，相應位的數碼管將產(chǎn)生相應的顯示值。與此同時(shí)，DSP將數據從其自身串口發(fā)出，通過(guò)MAX488芯片轉換成PS422信號后傳送至中心機，并在中心機的界面上實(shí)時(shí)顯示。圖5為水平儀同步顯示部分的電路原理圖。

3軟件設計

該系統軟件部分主要包括數碼管顯示和中心機實(shí)時(shí)監控兩部分。

3．1數碼管顯示程序設計

數碼管顯示程序主要是采用DSP進(jìn)行控制，具體包括以下幾部分：主程序、中斷初始化程序、十進(jìn)制子程序、串口發(fā)數子程序和顯示子程序。其中，主程序中開(kāi)始啟動(dòng)A/D轉換并等待中斷；中斷初始化程序主要負責設置外部中斷的響應方式、外部中斷的開(kāi)啟、總中斷的開(kāi)啟；十進(jìn)制子程序把12位二進(jìn)制數據轉換成相應的十進(jìn)制數據；串口發(fā)數子程序將從A/D轉換器讀取回來(lái)的數據量通過(guò)串口以固定波特率發(fā)送到中心機；顯示子程序將要顯示數字的BCD碼發(fā)送到MCl4513并置位相應鎖存位。系統程序流程框圖如圖6所示。