某型导弹检测仪快速检校研究

李正优，高玉水，许 忠，陈 伟

(1.装甲兵工程学院兵器工程系，北京100072;2.山西惠丰机电有限公司，山西长治046000)

某型导弹射程远、命中精度高、破甲威力大，对提高我军装甲机械化部队的远距离精确作战能力具有重要意义。随该导弹配备的检测仪是检测导弹电气性能是否符合发射要求的装备，其测量的准确性、可靠性对导弹的测试结果至关重要。随着检测仪的使用、贮存以及运输等环境的变化，导弹检测仪的技术状态会发生相应改变。因此，对导弹检测仪进行快速、全面的检测和校准，是确保导弹检测仪处于良好技术状态、为导弹提供准确检测手段的关键。

1 某型导弹检测仪快速检校的必要性

该导弹检测仪在进行二级维护保养时，需要对检测仪进行技术参数检验或调整。部队目前对该导弹检测仪采用手动检测与校正的方法，基本实现了导弹检测仪的检校。技术参数检验采用的设备有检测仪专用检测盒、万用表、示波器、频率计、100 V绝缘电阻表、直流稳压电源等。检验方法就是将检测仪的检验插座XS1的各个管脚通过专用电缆连接到检测盒面板上的24个插孔，用示波器、频率计、万用表等仪表测量插孔的电气特性，判断检测仪测量参数的准确性，连接关系如图1所示。

图1 某型导弹检测仪检校连接示意图

由于检测仪手动检测与校正项目达13项，操作步骤多达100余项，而且校验仪器仪表数量多、造价高、校验操作复杂、效率低、时间长、准确度不高等，操作人员培训难度大，设备维修保障水平低，因此不能满足导弹装备保障快速、高效的要求。

2 某型导弹检测仪需检校参数及测试资源分析

2.1 需检校参数

基于导弹检测仪的功能需求，以提高装备保障能力为目标，科学合理地确定检校参数体系，从中选择最重要的技术指标，以便合理选用或研究检校技术，便于实现快速检校，提高装备保障的效率。

在满足重要、必要、系统、快速的原则条件下，选择并确定导弹检测仪检校参数体系，主要包括:电源供电电压;“0”、“－1”、“+1”指令控制信号;“0”、“－1”、“+1”指令下的 Uz、Uy电压;导弹电路消耗电流;舵机放大器输入信号U1、U2;舵机放大器输出电压等13项检校参数。

2.2 需检校测试资源

13项检校参数所涉及的导弹检测仪的主要测试资源如图2所示，包括信号发生器、面板开关、前置放大、多路模拟开关、射随器、A/D转换、单片机和显示模块等。

以满足导弹检测仪检测精度要求为出发点，分析导弹检测仪各模块对检测仪检测精度的影响，根据导弹检测仪实际使用经验，并通过试验验证，合理确定影响导弹参数检测精度、需要且能够检校的测试资源，包括10路前置放大、多路模拟开关、射随器和A/D转换器。

图2 导弹检测仪需检校参数涉及的主要测试资源

3 某型导弹检测仪快速检校系统

3.1 总体方案

在不改变现有导弹检测仪装备的前提下，利用导弹检测仪已有检测和校准接口，采用现代测试技术，构建以单片机为控制核心的导弹检测仪快速检校系统，实现对导弹检测仪技术参数的快速检测与校准，替代导弹检测仪的检测盒、万用表、示波器、频率计等仪器仪表，达到提高检测精度、缩短检测时间、方便操作使用，进而提高装备保障能力的目的。导弹检测仪快速检校系统总体方案如图3所示。

图3 导弹检测仪快速检校系统总体方案

快速检校控制中心用来完成导弹检测仪快速检校时的程序控制、标准信号的输出控制、信号电路的通断控制、模拟导弹的负载控制、信号的处理与存储，同时根据导弹检测仪需检校参数的测试结果，给出检校操作建议;测试激励模块产生导弹检测仪检校时所需的各种模拟和数字信号输出;信号调理模块对各种测试参数进行相应的匹配、转换、驱动和衰减，之后经高精度数据采集模块送往快速检校控制中心进行处理。此外，导弹检测仪快速检校系统还具有自检、显示需检校参数测试结果等功能。

3.2 导弹检测仪快速检校系统设计与实现

3.2.1 硬件设计与实现

1)快速检校系统控制中心

快速检校系统控制中心选用 Cygnal公司的C8051F040。该芯片是混合信号高速单片机，片内含有丰富的模拟和数字外设，包括2个12位DAC、1个12位ADC和1个8位ADC、64个I/O端口、5个定时器、3个可编程电压比较器、6个PCA模块、2个增强型UART串口等［1］。C8051F040单片机采用交叉开关和可编程数字I/O设计，允许将内部数字系统资源分配给端口I/O引脚［2］。其丰富的片上资源及输入输出功能，为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的快速检校系统提供了很大方便。快速检校系统在C8051F040基础上进行部分扩展，提高了系统的可靠性和集成度。快速检校系统控制中心的资源分配如图4所示。

图4 快速检校系统控制中心资源分配

2)测试激励模块

测试激励主要包括2部分:一是由快速检校系统控制中心C8051F040单片机向导弹检测仪控制中心89C51单片机发出的检校参数请求信号(4位二进制码)，导弹检测仪根据接收到的检校参数请求信号，产生不同的指令信号或控制多路模拟开关切换至相应检校参数的前向通道;二是进行检校所需的电压激励信号，在检校过程中，按照检校时序，由C8051F040单片机控制向导弹检测仪的10条检校通道施加稳定的高精度电压激励信号。

高精度电压激励信号的产生过程:C8051F040单片机根据要产生的激励信号要求控制D/A转换器，D/A转换后的模拟信号经调理电路后输入到32选1开关电路进行选通，再经运放跟随和自激振荡消除电路处理后即可输出。信号输出的同时再输入到反馈信号选择电路，由C8051F040自带的12位A/D进行采集反馈信号，与理论值进行比较并动态调整，组成闭环控制系统，提高输出信号精度。

高精度电压激励信号产生的关键器件是D/A转换器，快速检校系统选用具有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，可保证输出电压的精度和稳定性。

3)数据采集模块

图5 ADC0转换器功能

“0”指令信号为幅度为1～2 V、频率为21 kHz的方波信号;“－1”指令信号幅度为1～2 V，由2种方波信号组合而成，前5 ms为频率为9 kHz的方波信号，后5 ms为频率为15 kHz的方波信号，分别表征导弹的右、上偏差;“+1”指令信号幅度为15～20 mV，同样由2种方波信号组合而成，前5 ms为频率为11 kHz的方波信号，后5 ms为频率为18 kHz的方波信号，分别表征导弹的左、下偏差。指令信号频率的最大误差为±1%。

指令信号频率测试采用测脉宽来计频。指令信号经过选通滤波器滤波后，得到相应频率信号，经多路转换开关选通后送C8051F040单片机。C8051F040单片机的T2-T4是16位自动重载和捕捉定时/计数器，可用来测量事件发生的时间间隔、计数外部输入波形脉冲个数以及周期性中断。测试中采用捕捉模式和计数模式相结合(T2定时、T4计数)的方法来完成测频。待测频率f的计算公式为

式中:Npulse为测量脉冲数;tT2为T2定时时间;fSYS为系统时钟频率;n为T2溢出次数;c为T2计数值。

4)测试结果显示模块

测试结果显示模块主要采用128×64点阵的汉字图形型12864液晶显示模块。该模块内置8 192个中文汉字、128个字符，具有电压低、功耗低、接口方式灵活简单、操作指令方便等特点［3］，可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可构成全中文人机交互图形界面，用于显示检校参数测试结果以及检校操作建议。在测试结果显示模块硬件接口设计中，关键是要满足液晶时序要求;在软件编程中，关键是要进行正确的初化操作及写入显示内容的代码。

3.2.2 软件设计与实现

采用Cygnal的集成开发环境(IDE)对导弹检测仪快速检校系统软件进行开发。IDE支持C语言和汇编语言的源码级调试，可以对快速检校系统控制中心进行在系统编程和非侵入式的全速在系统调试［4］。快速检校系统工作程序流程如图6所示。

系统初始化、测试激励、数据采集及显示程序的关键函数列表如下:

图6 快速检校系统工作程序流程

3.2.3 导弹检测仪快速检校方法

检校参数的选择由C8051F040单片机向导弹检测仪控制中心发送的检校代码信息决定。因为由前置放大、多路模拟开关、射随器、A/D转换器组成的10路测试通道的放大倍数各不相同，为确保每一项检校项目都符合测试要求，需要采集在测试激励作用下的导弹检测仪各测试通道的电压输出信号，分析计算出各测试通道的实际放大倍数，并与理论放大倍数相比较，根据比较结果判断是否需要进行检校。因此，导弹检测仪快速检校系统采用对由前置放大、多路模拟开关、射随器、A/D转换器组成的测试通道电路总体参数进行调校的方法，达到与采用分别调校各元器件的方法具有相同测试精度的目的。检校代码、检校参数与调校电位计具体对应关系如表1所示。

表1 检校代码、检校参数与检校电位计对应关系

4 结论

笔者在利用某型导弹检测仪已有检测和校准接口基础上，设计并实现了基于C8051F040单片机的导弹检测仪快速检校系统。该快速检校系统操作简单、便携、高效，可以对该导弹检测仪进行快速、全面的检测和校准，对提高该装备快速保障能力具有重要意义。

［1］童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2005:39.

［2］黄亮亮，朱欣华.基于实时多任务操作系统μCOS-II的8051系列单片机应用系统开发［J］.测控技术，2005，24(9):39－42.

［3］李志广，李晓泉，淮俊霞.中文图形12864点阵液晶显示模块与51单片机的并行接口电路及C51程序设计［J］.现代显示，2008(7):41－44.

［4］潘琢金，施国君.C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2002:221.