羅倩 陳大坤
摘 要:發(fā)控系統(tǒng)作為滅火彈的核心控制單元,包括目標的瞄準、發(fā)射姿態(tài)的調(diào)整和滅火彈的發(fā)射。本文主要介紹通過單片機之間數(shù)據(jù)的傳遞來控制整個發(fā)控系統(tǒng)的運行,實現(xiàn)了對火源的精準測距、發(fā)射架姿態(tài)的調(diào)整以及滅火彈的發(fā)射,經(jīng)設(shè)計分析,該發(fā)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞:發(fā)控系統(tǒng);激光測距;單片機
1 引言
由于我國地域廣闊,地形復雜,森林覆蓋面積廣,一旦發(fā)生森林火災,人工滅火的工作極難開展,且受到地形、氣象等自然因素的影響,給撲火人員帶來了極大危險。目前我國滅火手段和設(shè)備相對落后,滅火效率低,且滅火危險系數(shù)高,不僅威脅消防人員的人身安全,也給國家森林資源安全帶來極大的損失。
森林滅火彈是針對森林火災火情復雜,滅火人員無法近距離滅火的特點而研制的。本文主要介紹一種基于單片機的森林滅火彈發(fā)控系統(tǒng)的研究。該發(fā)控系統(tǒng)主要由瞄準定位裝置、傳感器模塊、控制盒組成如圖1所示。
2 組成
2.1 瞄準定位裝置
瞄準定位裝置由測距儀和羅盤儀組成,其中測距儀測量至目標點的直線距離,羅盤儀測定目標距磁北方向(標準方向)的偏角,其精度一般為0.5°,精度較高的可達0.25°。
考慮到安全性,測量時瞄準定位裝置通過三腳架放置在發(fā)射車側(cè)面距發(fā)射車10m左右位置,此時瞄準點距目標點和從回轉(zhuǎn)中心距目標點之間最大角度誤差為0.57°,橫向偏差約為8m(射程1km),距離誤差最多10m。
瞄準點、發(fā)射點與目標點的位置關(guān)系如圖2所示:
圖2中,A點為瞄準點,B點為發(fā)射車回轉(zhuǎn)中心點,C點為目標點。α為瞄準點至目標點的方位角,L1為瞄準點至目標點的水平距離,L為發(fā)射車回轉(zhuǎn)中心至目標點的水平距離。γ為發(fā)射車至目標點的方位角。由圖2可知,
L= (1)
(2)
γ=α-δ (3)
通過公式1、2、3可精確求出發(fā)射裝置旋轉(zhuǎn)方位角以及實際射程。
2.2 控制盒
2.2.1 地面控制盒
地面控制盒主要由控制面板、液晶屏、小鍵盤、控制電路板和殼體組成。其主要實現(xiàn)以下功能。
1)與彈上處理組合實時通信,將車體的實時信息如發(fā)射架的位置、支腿的狀態(tài),瞄準的信息(高低角和方位角)以及電容的充電情況和裝彈狀態(tài)顯示在液晶屏上。
2)當面板上的調(diào)平、復位、撤收和發(fā)射等按鈕被按下時,上傳調(diào)平、復位、撤收和發(fā)射等命令到彈上處理組合,啟動相應的程序;
3)完成發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)備自檢;
4)接收電子羅盤儀發(fā)送的方位角和高低角,將方位角和高低角顯示在液晶屏上,并通過射表算出發(fā)射所需的射程和方位角,通過外部連接的鍵盤,輸入發(fā)射所需的射程和方位角,將裝訂好到參數(shù)上傳到彈上控制盒,并將射程和方位角顯示在液晶屏上。
5)連接外部的液晶屏,用于顯示車體的狀態(tài),瞄準狀態(tài),裝訂的參數(shù)以及裝彈的情況,便于實時監(jiān)測整個發(fā)控系統(tǒng)的運行。
6)當面板上充電按鈕被按下時,給彈上處理組合發(fā)送充電命令,觸發(fā)繼電器給電容充電。
2.2.2 彈上控制盒
彈上處理組合主要由箱體、控制電路板和DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊組成,安裝于發(fā)射架的下方。
彈上控制盒主要完成以下功能:
1)接收安裝在發(fā)射架傾角傳感器和安裝在支腿上四個載荷傳感器的信息,并將車體位置的實時信息下傳到地面控制盒,在液晶顯示屏上實時監(jiān)控車體狀態(tài);
2)接收地面控制盒上傳的調(diào)平、撤收、復位以及裝訂發(fā)射參數(shù),驅(qū)動電機上下運動來調(diào)整發(fā)射架的位置,并將發(fā)射架的信息回傳給地面控制盒并在液晶屏上顯示;
3)判斷充電電容的充電情況,當接收到地面控制盒觸發(fā)充電繼電器時,開始充電,在電容充滿電后,斷開充電電源,通過比較器與基準電源比較輸入到單片機,判斷該電容是否充電完成,并將充電情況下傳到地面控制盒并在液晶屏上顯示充電情況,檢測完成后等待發(fā)射命令,其基本原理圖如圖3所示;
4)判斷滅火彈是否安裝完畢,通過單片機產(chǎn)生一個高電平來驅(qū)動光耦前端,將點火器和限流電阻接入光耦的后端并接通另一組光耦,若單片機接收到高電平,則證明點火器斷開,滅火彈沒有裝好,若接收到低電平則證明點火器連接完好,滅火彈安裝完好,檢測完成后等待發(fā)射命令,其原理圖如圖4所示;
5)接收地面控制盒中發(fā)射信號(點發(fā)和齊發(fā)),激活點火電路。發(fā)射管按照以下方式排列,共有三組,一共24發(fā)彈。
滅火彈發(fā)動機點火器與控制盒的發(fā)射通道之間直接用導線進行連接,通道號與發(fā)射管號相對應。為了盡量保證發(fā)射時發(fā)射架重心不偏移,設(shè)定發(fā)射順序為:①→⑧→②→⑦→③→⑥→④→⑤。
單發(fā)模式:當?shù)孛婵刂坪忻姘迳系膯伟l(fā)按鈕被按下時,地面控制盒將發(fā)射信號上傳到彈上控制盒,彈上控制盒啟動檢測電路,檢測合格后,切換到發(fā)射電路。每按下一次單發(fā)按鈕,發(fā)射一枚滅火彈,并等待下一次單發(fā)命令,發(fā)射按照①→⑧→②→⑦→③→⑥→④→⑤的順序進行,直到24發(fā)彈發(fā)射完成。
齊發(fā)模式:當?shù)孛婵刂坪忻姘迳系凝R發(fā)按鈕被按下時,地面控制盒將發(fā)射信號上傳到彈上控制盒,彈上控制盒啟動檢測電路,檢測合格后,切換到發(fā)射電路。每按下一次齊發(fā)按鈕,就按照①→⑧→②→⑦→③→⑥→④→⑤的順序,以不超過3s的時間間隔先后發(fā)射,并等待下一次齊發(fā)命令,直到三組彈發(fā)射完成,整體發(fā)射的時間不超過100s。
6)接收地面控制盒手動把手調(diào)節(jié)的指令,驅(qū)動直流電機將發(fā)射架調(diào)整到指定的位置。
2.3 傳感器模塊
傳感器主要是收集車體的狀態(tài)、發(fā)射架的姿態(tài)等數(shù)據(jù),傳到控制盒,控制盒將其收到的數(shù)據(jù)實時顯示在液晶屏上,以便實時監(jiān)測。
3 軟件設(shè)計要求
本次單片選用宏晶科技的STC8A4K64S4A12,該芯片工作電壓范圍2.0~5.5V,有59個IO口,4路串口通信,可滿足此次設(shè)計要求。軟件需實現(xiàn)以下工作:
1)對電容充電情況的檢測功能;
2)對導彈安裝完畢的檢查功能;
3)當接收到自檢、撤收、復位和發(fā)射等命令時,可執(zhí)行相應的操作;
4)實現(xiàn)兩個組合之間的通訊,傳感器與單片機之間是數(shù)字量的傳遞,因安裝在支腿上的傳感器離彈上彈上控制盒較遠,為了保證信號穩(wěn)定傳遞,采用485通訊協(xié)議,彈上處理組合和地面控制盒之間采用422通訊;
5)數(shù)據(jù)的處理分析功能,對于測量的數(shù)據(jù)進行分析處理,并以文字或圖像的方式進行實時顯示;
6)外接薄膜數(shù)字小鍵盤,用于射程和方位角的輸入;
4 結(jié)束語
通過設(shè)計分析,本系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,能快速準確地實現(xiàn)森林滅火彈的發(fā)射。
參考文獻:
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