某型導彈檢測儀快速檢校研究

李正優，高玉水，許 忠，陳 偉

(1.裝甲兵工程學院兵器工程系，北京100072;2.山西惠豐機電有限公司，山西長治046000)

某型導彈射程遠、命中精度高、破甲威力大，對提高我軍裝甲機械化部隊的遠距離精確作戰能力具有重要意義。隨該導彈配備的檢測儀是檢測導彈電氣性能是否符合發射要求的裝備，其測量的準確性、可靠性對導彈的測試結果至關重要。隨著檢測儀的使用、貯存以及運輸等環境的變化，導彈檢測儀的技術狀態會發生相應改變。因此，對導彈檢測儀進行快速、全面的檢測和校準，是確保導彈檢測儀處于良好技術狀態、為導彈提供準確檢測手段的關鍵。

1 某型導彈檢測儀快速檢校的必要性

該導彈檢測儀在進行二級維護保養時，需要對檢測儀進行技術參數檢驗或調整。部隊目前對該導彈檢測儀采用手動檢測與校正的方法，基本實現了導彈檢測儀的檢校。技術參數檢驗采用的設備有檢測儀專用檢測盒、萬用表、示波器、頻率計、100 V絕緣電阻表、直流穩壓電源等。檢驗方法就是將檢測儀的檢驗插座XS1的各個管腳通過專用電纜連接到檢測盒面板上的24個插孔，用示波器、頻率計、萬用表等儀表測量插孔的電氣特性，判斷檢測儀測量參數的準確性，連接關系如圖1所示。

圖1 某型導彈檢測儀檢校連接示意圖

由于檢測儀手動檢測與校正項目達13項，操作步驟多達100余項，而且校驗儀器儀表數量多、造價高、校驗操作復雜、效率低、時間長、準確度不高等，操作人員培訓難度大，設備維修保障水平低，因此不能滿足導彈裝備保障快速、高效的要求。

2 某型導彈檢測儀需檢校參數及測試資源分析

2.1 需檢校參數

基于導彈檢測儀的功能需求，以提高裝備保障能力為目標，科學合理地確定檢校參數體系，從中選擇最重要的技術指標，以便合理選用或研究檢校技術，便于實現快速檢校，提高裝備保障的效率。

在滿足重要、必要、系統、快速的原則條件下，選擇并確定導彈檢測儀檢校參數體系，主要包括:電源供電電壓;“0”、“－1”、“+1”指令控制信號;“0”、“－1”、“+1”指令下的 Uz、Uy電壓;導彈電路消耗電流;舵機放大器輸入信號U1、U2;舵機放大器輸出電壓等13項檢校參數。

2.2 需檢校測試資源

13項檢校參數所涉及的導彈檢測儀的主要測試資源如圖2所示，包括信號發生器、面板開關、前置放大、多路模擬開關、射隨器、A/D轉換、單片機和顯示模塊等。

以滿足導彈檢測儀檢測精度要求為出發點，分析導彈檢測儀各模塊對檢測儀檢測精度的影響，根據導彈檢測儀實際使用經驗，并通過試驗驗證，合理確定影響導彈參數檢測精度、需要且能夠檢校的測試資源，包括10路前置放大、多路模擬開關、射隨器和A/D轉換器。

圖2 導彈檢測儀需檢校參數涉及的主要測試資源

3 某型導彈檢測儀快速檢校系統

3.1 總體方案

在不改變現有導彈檢測儀裝備的前提下，利用導彈檢測儀已有檢測和校準接口，采用現代測試技術，構建以單片機為控制核心的導彈檢測儀快速檢校系統，實現對導彈檢測儀技術參數的快速檢測與校準，替代導彈檢測儀的檢測盒、萬用表、示波器、頻率計等儀器儀表，達到提高檢測精度、縮短檢測時間、方便操作使用，進而提高裝備保障能力的目的。導彈檢測儀快速檢校系統總體方案如圖3所示。

圖3 導彈檢測儀快速檢校系統總體方案

快速檢校控制中心用來完成導彈檢測儀快速檢校時的程序控制、標準信號的輸出控制、信號電路的通斷控制、模擬導彈的負載控制、信號的處理與存儲，同時根據導彈檢測儀需檢校參數的測試結果，給出檢校操作建議;測試激勵模塊產生導彈檢測儀檢校時所需的各種模擬和數字信號輸出;信號調理模塊對各種測試參數進行相應的匹配、轉換、驅動和衰減，之后經高精度數據采集模塊送往快速檢校控制中心進行處理。此外，導彈檢測儀快速檢校系統還具有自檢、顯示需檢校參數測試結果等功能。

3.2 導彈檢測儀快速檢校系統設計與實現

3.2.1 硬件設計與實現

1)快速檢校系統控制中心

快速檢校系統控制中心選用 Cygnal公司的C8051F040。該芯片是混合信號高速單片機，片內含有豐富的模擬和數字外設，包括2個12位DAC、1個12位ADC和1個8位ADC、64個I/O端口、5個定時器、3個可編程電壓比較器、6個PCA模塊、2個增強型UART串口等［1］。C8051F040單片機采用交叉開關和可編程數字I/O設計，允許將內部數字系統資源分配給端口I/O引腳［2］。其豐富的片上資源及輸入輸出功能，為設計小體積、低功耗、高可靠性、高性能的快速檢校系統提供了很大方便。快速檢校系統在C8051F040基礎上進行部分擴展，提高了系統的可靠性和集成度。快速檢校系統控制中心的資源分配如圖4所示。

圖4 快速檢校系統控制中心資源分配

2)測試激勵模塊

測試激勵主要包括2部分:一是由快速檢校系統控制中心C8051F040單片機向導彈檢測儀控制中心89C51單片機發出的檢校參數請求信號(4位二進制碼)，導彈檢測儀根據接收到的檢校參數請求信號，產生不同的指令信號或控制多路模擬開關切換至相應檢校參數的前向通道;二是進行檢校所需的電壓激勵信號，在檢校過程中，按照檢校時序，由C8051F040單片機控制向導彈檢測儀的10條檢校通道施加穩定的高精度電壓激勵信號。

高精度電壓激勵信號的產生過程:C8051F040單片機根據要產生的激勵信號要求控制D/A轉換器，D/A轉換后的模擬信號經調理電路后輸入到32選1開關電路進行選通，再經運放跟隨和自激振蕩消除電路處理后即可輸出。信號輸出的同時再輸入到反饋信號選擇電路，由C8051F040自帶的12位A/D進行采集反饋信號，與理論值進行比較并動態調整，組成閉環控制系統，提高輸出信號精度。

高精度電壓激勵信號產生的關鍵器件是D/A轉換器，快速檢校系統選用具有12位分辨率的AD7542。AD7542是精密的CMOS型DAC，具有良好的直流和交流特性，控制方便，可保證輸出電壓的精度和穩定性。

3)數據采集模塊

圖5 ADC0轉換器功能

“0”指令信號為幅度為1～2 V、頻率為21 kHz的方波信號;“－1”指令信號幅度為1～2 V，由2種方波信號組合而成，前5 ms為頻率為9 kHz的方波信號，后5 ms為頻率為15 kHz的方波信號，分別表征導彈的右、上偏差;“+1”指令信號幅度為15～20 mV，同樣由2種方波信號組合而成，前5 ms為頻率為11 kHz的方波信號，后5 ms為頻率為18 kHz的方波信號，分別表征導彈的左、下偏差。指令信號頻率的最大誤差為±1%。

指令信號頻率測試采用測脈寬來計頻。指令信號經過選通濾波器濾波后，得到相應頻率信號，經多路轉換開關選通后送C8051F040單片機。C8051F040單片機的T2-T4是16位自動重載和捕捉定時/計數器，可用來測量事件發生的時間間隔、計數外部輸入波形脈沖個數以及周期性中斷。測試中采用捕捉模式和計數模式相結合(T2定時、T4計數)的方法來完成測頻。待測頻率f的計算公式為

式中:Npulse為測量脈沖數;tT2為T2定時時間;fSYS為系統時鐘頻率;n為T2溢出次數;c為T2計數值。

4)測試結果顯示模塊

測試結果顯示模塊主要采用128×64點陣的漢字圖形型12864液晶顯示模塊。該模塊內置8 192個中文漢字、128個字符，具有電壓低、功耗低、接口方式靈活簡單、操作指令方便等特點［3］，可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，也可構成全中文人機交互圖形界面，用于顯示檢校參數測試結果以及檢校操作建議。在測試結果顯示模塊硬件接口設計中，關鍵是要滿足液晶時序要求;在軟件編程中，關鍵是要進行正確的初化操作及寫入顯示內容的代碼。

3.2.2 軟件設計與實現

采用Cygnal的集成開發環境(IDE)對導彈檢測儀快速檢校系統軟件進行開發。IDE支持C語言和匯編語言的源碼級調試，可以對快速檢校系統控制中心進行在系統編程和非侵入式的全速在系統調試［4］。快速檢校系統工作程序流程如圖6所示。

系統初始化、測試激勵、數據采集及顯示程序的關鍵函數列表如下:

圖6 快速檢校系統工作程序流程

3.2.3 導彈檢測儀快速檢校方法

檢校參數的選擇由C8051F040單片機向導彈檢測儀控制中心發送的檢校代碼信息決定。因為由前置放大、多路模擬開關、射隨器、A/D轉換器組成的10路測試通道的放大倍數各不相同，為確保每一項檢校項目都符合測試要求，需要采集在測試激勵作用下的導彈檢測儀各測試通道的電壓輸出信號，分析計算出各測試通道的實際放大倍數，并與理論放大倍數相比較，根據比較結果判斷是否需要進行檢校。因此，導彈檢測儀快速檢校系統采用對由前置放大、多路模擬開關、射隨器、A/D轉換器組成的測試通道電路總體參數進行調校的方法，達到與采用分別調校各元器件的方法具有相同測試精度的目的。檢校代碼、檢校參數與調校電位計具體對應關系如表1所示。

表1 檢校代碼、檢校參數與檢校電位計對應關系

4 結論

筆者在利用某型導彈檢測儀已有檢測和校準接口基礎上，設計并實現了基于C8051F040單片機的導彈檢測儀快速檢校系統。該快速檢校系統操作簡單、便攜、高效，可以對該導彈檢測儀進行快速、全面的檢測和校準，對提高該裝備快速保障能力具有重要意義。

［1］童長飛.C8051F系列單片機開發與C語言編程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2005:39.

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