一种装备状态信息自动采集系统的设计与实现＊

叶结松 朱岳超 郝延军

（中国人民解放军陆军军官学院 合肥 230031）

1 引言

武器装备使用管理是武器装备全寿命管理的重要阶段。装备在使用的过程中，其质量状态信息在不断变化，传统的人工采集方法不仅采集工作量大，采集信息不全，而且受人为因素的影响，导致数据缺乏说服力，难以作为装备维修、保养、报废、退役的依据。当前，有许多装备管理信息系统用于部队装备的管理，这些系统大多侧重于对人工登统计信息的数据管理和简单分析，不具备对装备使用过程中的实时质量状态信息自动采集功能，也无法分析利用这些信息对装备的管理活动提出合理化的建议，难以真正实现装备管理的科学化、实时化、精确化和自动化。因此，研究通用装备状态信息自动采集方法与决策支持模型，具有十分重要的现实意义。

2 系统的组成

系统由下位机、上位机、传感器和相关软件组成。具体划分为三个子系统，分别是装备数据库子系统、装备状态采集子系统和装备管理决策支持子系统。总体结构与数据流程如图1所示。

系统通过直接引线、装备数据接口、多传感器，将装备各子系统运行状态的各种电信号采集并转换送至下位机；下位机以MSP430F149单片机为核心，包括前端的信号调理电路和数据采集系统，以及相应的数据存储和显示电路，完成装备各子系统的状态信息监测和简易故障状态报警；无线数传模块连接在上下位机的串行通信接口上，将串行数据转换为无线信号发出，同时将接收到的无线信号转换为串行数据。

2.1 装备数据库子系统

装备数据库子系统由Oracle 10g建成，包括公共基础数据库和业务数据库两大部分。公共基础数据库主要包括装备分类字典、装备字典等；业务数据库主要包括装备使用记录、维修记录、保养记录、装备状态数据等。数据库系统的设计遵循数据库设计通用标准和军队装备管理规范。

2.2 装备状态采集子系统

装备状态采集子系统由装备状态采集仪和一系列传感器组成。装备状态采集仪具有状态数据采集、数据存储、数据导出和无线数传等功能；传感器的选型和设计根据每种装备所要采集的状态信息的不同而不同，通常包括温度传感器、转速传感器、电流传感器、电压传感器和自研制传感器系统等。

2.3 装备管理决策支持子系统

装备管理决策支持子系统由三大部分组成。一是装备的日常管理维护，主要包括装备的使用管理、维修管理、保养管理等；二是装备管理的辅助决策，主要包括装备寿命预测、装备故障预测、装备战斗力评估、装备保障资源配置建议等；三是装备数据的导入与导出，该部分主要是为了提高系统的信息共享能力和对其他系统的兼容性。

3 系统硬件

系统硬件除上位机采用便携式工业计算机支撑软件运行外，其他硬件主要用于装备状态信息的采集。

3.1 硬件设计原则

装备状态信息采集硬件的设计必须立足现有装备的实际，重点把握三个原则：一是不能破坏装备的结构；二是不能影响装备的战技术性能；三是携带、使用方便。基于以上原则，在装备状态信息采集途径上可采取三种方式：一是通过引线；二是通过装备自带的数据接口；三是设计具有自通信功能的状态采集传感器。

3.2 传感器的选型与设计

不同装备结构不同，反映其质量状态的参数也不同，采集其状态信息所需的传感器也不同，有些可以直接选用通用的传感器模块，有些则需要根据实际情况对通用传感器进行进一步的改装和集成。

1）通用传感器模块

对于装备的行驶里程、发动机状态、电源状态、工作时间等信息的采集，可以选用通用传感器模块。例如电流传感器、电压传感器、光电转速传感器、温度传感器等。为了不破坏装备又方便使用，可以选用薄膜或厚膜传感器。

2）传感器采集系统

对于部分装备的一些特定状态参数，利用通用传感器无法完成采集工作，这就需要根据实际情况研制相关的传感器采集系统。下面以采集火炮初速和发射弹数为例介绍传感器采集系统的设计，系统的组成如图2所示。

图2 火炮初速与发射弹数采集系统组成

工作过程：炮管口部固定一个靶支架，支撑两个相距500mm的通电线圈，当弹丸先后飞经两个线圈时，线圈磁通发生突变，先后产生两个感应信号，信号经放大、整形后由该装置输出初速脉冲，送给炮口信号处理装置进行计时和解算得到初速，同时触发计数器开始累计发射弹数。计时通过两线圈的时间、解算的炮口初速和发射弹数发送到数据采集器中，同时激光CCD位移传感器将测得的后座位移信号经处理装置处理后，通过数据采集器，并在数据采集器中处理和修正。

3.3 装备状态采集仪的设计

装备状态采集仪由电源电路、输入按键电路、Flash存储器、无线数传模块、状态输入串行接口、USB接口、输入串行接口等部分组成。具体的硬件设计结构如图3所示。

图3 装备状态采集仪硬件结构图

1）电源电路

电源电路由电源接口、充电单元电路和锂电池组成。实现系统接口与装备的电源连接，并将装备电源电压转换到“采集仪”工作的5V电压。同时，设计了充电电路为“采集仪”的锂电池充电。装备电源无电或故障时，“采集仪”整个电路的供电由锂电池提供，锂电池为5V电压输出，容量为3000mAh。系统采集低功耗设计，整个适配器电路功耗不超过0.5W。

2）微控制器

微控制器采用美国TI公司的MSP430F149单片机，该单片机据有极低的功耗，单片机工作时，电流在毫安级，无状态数据输入输出或读写存储器时，系统处于休眠状态，工作电流在微安级。

3）Flash存储器

Flash存储器为非易失存储介质，容量为4G。Flash存储器内部存储单元分为两部分，一部分用于记录装备当前状态数据，另一部分用于记录装备的历史状态数据。

4 系统软件

系统软件由上位机和下位机软件两部分组成。

4.1 下位机软件

下位机软件完成装备状态信息采集、装备在线实时状态监测以及数据通讯，主要由系统设置模块、硬件自检模块、实时状态监测模块和数据通信模块组成。

4.2 上位机软件

上位机软件主要包括数据库管理、通信管理、装备日常管理和装备管理决策支持等四大模块。软件的系统框架如图4。

本文仅讨论装备管理决策支持模块的主要功能。系统在模型库和知识库的支持下，通过对装备实时状态数据和日常管理数据的分析与挖掘，能实现各级装备机关及部门对本单位、本部门装备工作现状及发展趋势的调查、研究、综合、统计、分析和预测，对下一步工作确定目标方向、方针政策提供依据。

图4 上位机软件系统框架图

1）装备寿命预测

根据装备实际采集到的状态数据，建立装备寿命预测模型，预测装备使用寿命，提出报废、退役建议。

2）装备故障预测

根据装备实际采集到的状态数据和维修记录，建立装备故障分析与预测模型，对每一种装备的质量状态做出正确评估，提出装备维修和保养的合理化、预见性的建议。

3）装备战斗力评估

根据装备实际采集到的状态数据和维修记录，建立装备战斗力评估模型，对每一种装备迅速形成战斗力情况进行统计分析，给出评估结果。

4）装备保障资源配置

根据本单位装备实力和装备使用、维修、保养情况，提出装备维修保障资源配置需求，同时对后期装备的调拨提出合理化建议。

5 结语

本系统通过设计相关硬件，实现了通用装备状态信息的实时采集，立足装备质量状态数据和管理日常管理数据，建立了装备管理辅助决策的相关模型，对预测装备使用寿命并提出报废、退役建议，评估每一种装备迅速形成战斗力的能力，优化装备维修保障资源配置方案，提出合理化、预见性的装备维修保养建议等工作提供了科学的决策依据。同时，本系统的设计思路对新装备研制时增加状态信息自动采集功能具有一定的借鉴意义。

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