摘  要： 92輪式步兵戰(zhàn)車是機(jī)械化步兵開展裝備訓(xùn)練和處突維穩(wěn)的一種主要裝備。30 mm火炮安全射向裝置能有效克服92輪式步兵戰(zhàn)車的槍、炮車存在的射擊隱患——火炮發(fā)射彈藥可毀傷車體前部的天線及對(duì)車體周圍的機(jī)械化步兵構(gòu)成危害。安全射向裝置基于單片機(jī)控制，采用機(jī)械和電子傳感器共同限位，由角度和角速度傳感器獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，單片機(jī)處理相應(yīng)指令，使該指令和火炮炮塔的擊發(fā)門運(yùn)算一起控制槍、炮塔的射擊動(dòng)作，確保射向裝置設(shè)計(jì)可靠性和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)不需對(duì)裝備加改裝，電路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)合理，能防止誤傷機(jī)械化步兵，達(dá)到安全射擊。
關(guān)鍵詞： 92輪式步兵戰(zhàn)車；30 mm火炮；單片機(jī)；角度傳感器；角速度傳感器

　92輪式步兵戰(zhàn)車被廣泛裝備裝甲機(jī)械化部隊(duì)。其可分為基型車、槍車、炮車等車型，分別安裝有25 mm機(jī)關(guān)炮、14.7 mm機(jī)關(guān)槍、30 mm火炮等武器。為滿足不同戰(zhàn)術(shù)通信的需求，車身上安裝天線數(shù)量不等。由于92輪式步兵戰(zhàn)車的槍車和炮車的炮塔可以360度旋轉(zhuǎn)且射角內(nèi)都可以射擊。所以為了避免槍、炮發(fā)射出去的彈藥毀傷天線，同時(shí)傷及車體周圍的機(jī)械化步兵，需要進(jìn)行裝備的加改裝。
　設(shè)計(jì)一種裝置以防止火炮射擊時(shí)發(fā)生意外，避免火炮射出的炮彈打到車體前部的天線造成不必要的裝備損壞或人員傷亡。
　92輪式步兵戰(zhàn)車分為基型車、槍車、炮車等車型。設(shè)計(jì)主要考慮槍車和炮車的兩種情況。并主要對(duì)炮車進(jìn)行研究，因?yàn)榕谲嚤葮屲嚉怕蚀蟆?br /> 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
　火炮的射擊大致可分為兩種狀態(tài)：第一種狀態(tài)是指炮塔和車體都處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的射擊；第二種狀態(tài)是指炮塔相對(duì)于車體運(yùn)動(dòng)時(shí)的射擊。
    通過測(cè)量和計(jì)算分別算出靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況下的炮塔相對(duì)天線的角度。并通過公式1 023/X=360/角度計(jì)算出角度對(duì)應(yīng)的十位二進(jìn)制代碼。炮塔旋轉(zhuǎn)以炮塔中心為軸心旋轉(zhuǎn)，火炮俯仰以耳軸為軸心。

　無論炮塔轉(zhuǎn)至何角度只要根據(jù)表1進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就能得到角度所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼值（當(dāng)然最好用密位代替角度，但由于芯片選取難度較大，這里直接測(cè)量角度）。Y為某一時(shí)刻炮塔所對(duì)應(yīng)角度的十位二進(jìn)制代碼。
如果炮塔剛好轉(zhuǎn)到上述兩角度后，在很短的時(shí)間內(nèi)角度傳感器會(huì)迅速測(cè)量出該角度，并直接將角度信息以模擬量的形式輸出給單片機(jī)。
　單片機(jī)接收到信號(hào)后，會(huì)立刻將收到的模擬量與自己限制通過的二進(jìn)制代碼做比對(duì)。如果代碼相同，單片機(jī)就會(huì)輸出0，這時(shí)單片機(jī)的輸出結(jié)果0與槍或炮的射擊門做與運(yùn)算，最后的結(jié)果即為0，則此時(shí)無論怎么按火炮的射擊門，火炮都不能正常擊發(fā)；如果比對(duì)的結(jié)果不同，單片機(jī)就會(huì)輸出1，這時(shí)單片機(jī)的輸出結(jié)果1與槍或炮的射擊門做與運(yùn)算，則此時(shí)單片機(jī)相當(dāng)于不起到任何作用。

　只要知道炮塔的旋轉(zhuǎn)角速度W就可得到X1、X2、X3、X4的具體值。因?yàn)閃是炮塔的最大旋轉(zhuǎn)角速度。所有炮彈可能擊中天線的角度都被包含在內(nèi)。
　因此在角度X12與X11之間或X13與X14之間，只要通過單片機(jī)控制火炮此時(shí)不能夠射擊，就達(dá)到的設(shè)計(jì)目的了。
?。?）車體和炮塔同時(shí)運(yùn)動(dòng)
　雖然車的速度相對(duì)于火炮的速度來說很小，但為了提高計(jì)算精度，將各種情況考慮在內(nèi)，盡量提高設(shè)計(jì)的理論可行性和正確性。
　車體向前方運(yùn)動(dòng)，火炮向前射擊。這時(shí)炮塔與車體的正前方向夾角小于等于90°。涉及到車體分速度的問題（設(shè)炮塔與車體正前方向的夾角為γ，車速為C車），（cosγ×C車+C炮）就相當(dāng)于此時(shí)的炮彈向前的相對(duì)速度。X1、X2、X3、X4這時(shí)的值分別為：

　（3）天線相對(duì)于車體晃動(dòng)
　如果天線晃動(dòng)，那么前提必須是車體也在動(dòng)（不考慮風(fēng)刮等外界因素）。因此這種情況是建立在第二種情況之上的。天線繞著底座中心做近似圓周的運(yùn)動(dòng)。
　這時(shí)在第二種情況的基礎(chǔ)上（炮塔與車體間成銳角時(shí)，即火炮在X11與X12之間或X13與X14之間不能射擊。炮塔與車體間成鈍角時(shí)，即火炮在X21與X22之間或X23與X24之間不能射擊）。必須把天線晃動(dòng)的角度加上，即在這個(gè)角度范圍內(nèi)火炮都不可以射擊。設(shè)這個(gè)大角度為X。如果能夠獲得天線的擺幅，那么就能夠求出這種情況下不能夠射擊的角度范圍。但考慮實(shí)際情況無法確定天線晃動(dòng)幅度的具體值，所以對(duì)這種情況不做更深層次計(jì)算。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及安裝
　由AT89C51單片機(jī)、RS232串口芯片、MAX232電平調(diào)節(jié)器、角度傳感器、炮塔旋轉(zhuǎn)角速度傳感器芯片和炮塔射擊門的相關(guān)電路等組成。
　將角度傳感器和角速度傳感器分別固定在車體的內(nèi)部能夠與炮塔同時(shí)旋轉(zhuǎn)的地方，采用捆綁式固定。單片機(jī)及與其相關(guān)的芯片固定在射擊門附近的面板上。確保安裝不影響裝備其他方面的性能，不移動(dòng)車身上的任何原有裝備。
　傳感器隨炮塔同步旋轉(zhuǎn)，并且實(shí)時(shí)將所需要的角度或角速度信息實(shí)時(shí)傳給單片機(jī)。單片機(jī)通過快速分析后將處理的結(jié)果輸出，輸出結(jié)果在與槍車或炮車的射擊門做與運(yùn)算。最后的輸出結(jié)果控制火炮的射擊動(dòng)作。這樣就可以避免發(fā)射的炮彈擊中天線，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。
2.2 射擊安全角度、角速度限制傳感器設(shè)計(jì)
2.2.1 角度傳感器（磁性編碼器）
　磁性編碼器是采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信號(hào)感應(yīng)非接觸的特點(diǎn)，配合微控制器進(jìn)行智能化信號(hào)處理制成的角度傳感器。磁場(chǎng)信號(hào)感應(yīng)非接觸，傳感器結(jié)構(gòu)無觸點(diǎn)，無磨損，無接觸電噪聲，360°全量程高分辨率角度傳感，根據(jù)不同使用要求，可提供多種輸出模式。導(dǎo)線將磁性編碼器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接即可，這樣磁性編碼器測(cè)得的實(shí)時(shí)信號(hào)就會(huì)導(dǎo)入單片機(jī)中。經(jīng)過單片機(jī)的快速處理后，將是否射擊的命令以電信號(hào)的形式傳出與射擊門一起來控制火炮的射擊動(dòng)作。
2.2.2 角速度傳感器（微型壓電陀螺）
　微型壓電陀螺具有低的驅(qū)動(dòng)電壓和功耗及快速響應(yīng)特點(diǎn)，可測(cè)量包含旋轉(zhuǎn)的各種運(yùn)動(dòng)。最大角速度±300（°/s），比例系數(shù)0.67（mV/°/s），線性度±5（%fs），響應(yīng)頻率（Hz）50 max。微型壓電陀螺測(cè)得的實(shí)時(shí)信號(hào)同樣導(dǎo)入單片機(jī)中。經(jīng)過單片機(jī)的快速處理后，將是否射擊的命令以電信號(hào)的形式傳出與射擊門一起來控制火炮的射擊動(dòng)作。
2.3 射向安全限制裝置原理圖
　射向安全限制裝置原理圖如圖2所示。根據(jù)AT89C51單片機(jī)的具體使用方法以及各管腳的功能，將傳感器等與單片機(jī)連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的通路。

　角度傳感器輸出端的引線與單片機(jī)連接了16個(gè)輸入管腳（P0和P1端）的輸入引線相接，其次將角速度傳感器的輸出端連接到單片機(jī)輸入端P1的一個(gè)管腳處。再有就是通過電瓶調(diào)節(jié)器MAX 232將單片機(jī)與串口芯片RS-232相連接。再對(duì)單片機(jī)加上相應(yīng)的晶振電路，最后單片機(jī)的輸出端與槍或炮的射擊門作與運(yùn)算，最后的結(jié)果以一條線的形式傳給車體的擊發(fā)電路，來控制火炮的射擊動(dòng)作。
3 軟件設(shè)計(jì)
　程序流程圖如圖3所示。

　根據(jù)DXP圖用C語言（keil c）進(jìn)行程序的編寫，通過程序控制單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
火炮安全射向裝置可以減少部隊(duì)在訓(xùn)練、遂行多樣性任務(wù)時(shí)安全隱患，避免意外事故的發(fā)生。但也存在一定的弊端，如火炮正對(duì)著天線且射擊方向上有敵人，在同時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的情況下，己方很可能比對(duì)方出手要慢，被敵火力所消滅。因此設(shè)計(jì)上存在一定射擊死角。計(jì)算時(shí)可能受到外界因素的干擾，這也會(huì)影響到射擊的精度?；鹋谙拗蒲b置只是一個(gè)初步的裝置設(shè)計(jì)，與具有完整功能的30 mm火炮限制裝置還存在一定的差距，有待進(jìn)一步完善措施：
?。?）選取多傳感器、多單片機(jī)共同參與控制火炮擊發(fā)電路，這樣在獲取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)更加迅速更加準(zhǔn)確。
?。?）選取獲取數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、傳輸更精確的傳感器。
?。?）優(yōu)化程序中的贅余代碼，縮短程序的運(yùn)行時(shí)間，提高程序運(yùn)行效率。
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