郭 含 杨 雷 王 茜 邵曦浩

（1.空军勤务学院 徐州 221000）（2.中国空空导弹研究院军事代表室 洛阳 471000）（3.93088部队 赤峰 024000）

1 引言

某型导弹进行技术维护时，为了确保其测试结果的准确可靠，需要使导弹轴线与大地水平面平行。现用的水平调整装置主要由调整架和光学倾角仪组成。测量时，调整架固定在导弹的两个吊挂上，然后将倾角仪置于调整架上，根据倾角仪的测量结果调整导弹位置。

由于采用机械结构，在调整调节过程中存在以下问题：第一，操作繁琐，使用时至少需要两人操作，一人观察倾角仪的测量结果，另一人进行导弹位置的调整；第二，调整架和倾角仪分别放置于不同的箱内，而且调整架的体积较大，不符合小型化、便携式的保障趋势，不便转移运输；第三，由于倾角仪采用水泡式结构，不能有效判断需要调整的幅度大小，导致调整时间较长，制约保障效率提升。因此，需要设计一种适用于该型导弹的便携式水平调整装置，解决上述出现的问题和不足，提高导弹的保障效率。

2 总体设计

对于该型导弹的水平调整装置要满足以下要求：1）具有较高的检测精度（误差不大于0.1°），保证测量结果的准确性；2）具有低电流、低功耗、防静电和电磁干扰等特点，防止对导弹本身产生影响，或者外部干扰影响到仪器的测量结果；3）具有较强的环境适应能力（温度、湿度等）；4）装置体积较小、便于转移运输。

另外，从操作的简便性来说，还应具有倾角显示和到位报警提示功能，这样，可以使操作人员及时了解需要调整的幅度大小，以减少调整的时间。根据测量需求，该型便携式水平调整装置总体设计如图1所示。

图1 某型导弹便携式水平调整装置总体设计

3 硬件设计

便携式水平调整装置硬件系统设计如图2所示。倾角传感器用于采集导弹在测试架（车）上的倾斜角度，通过信号调理电路对采集到的信号进行放大、滤波等处理，将处理的信号送入A/D转换模块进行信号转换，转换后的数字信号送入单片机［1～2］。单片机是整个测量系统的核心，用于对整个系统进行控制和数据的存储与处理，单片机将处理后的倾角信息通过显示器反馈给操作人员，指导人员进行导弹水平调整。当调整到一定的范围内，报警提示电路工作，提示操作人员此时导弹的水平已经满足要求。

图2 水平调整装置硬件系统设计

3.1 硬件选型

1）倾角传感器选型

SCA100T-D01是一款基于3D-MEMS技术，测量范围为±30°的高分辨率X、Y双轴倾角传感器芯片。主要有以下特点：（1）体积小、质量轻（＜1.2g），抗震性强，可承受20000g的机械冲击，稳定性高；（2）采用+5V直流单电源供电，工作电流4mA；（3）内置信号调理电路，能对采集的信号进行处理，以线性模拟电压输出，模拟量（带宽10Hz）输出分辨率 0.0035°，输出灵敏度为 4V/g；（4）工作温度-40℃～125℃，内置温度传感器可自动实现温度补偿［3-5］。综合分析，该型倾角传感器符合测量需求。

其作用原理如图3所示，当SCA100T-D01放置于光滑平面时，只受重力作用；当传感器位于XOY斜面时，X、Y轴方向分别受到g·sinα和g·cosα的分量作用（其中g表示重力加速度，α表示水平倾角），然后分别将X、Y轴测得的力的作用转化为电压信号输出［6］。

图3 倾角传感器作用原理

根据下列公式可将输出的电信号转化为X轴和Y轴方向的倾斜角度。

其中，V0是设备在0°时的电压输出值，Sensitivity是设备的灵敏度，SCA100T-D01的offset值为2.5V，灵敏度为4V/g。

2）其他器件选型

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能COMS8位微控制器。内置8KB系统可编程Flash程序存储器，512字节RAM，32个通用I/O接口，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器和1个6向量中断结构。采用ADC0809逐次逼近式A/D转换器，其价格较为便宜，操作安装简单，功率消耗较低，由单个+5V电源供电。LCD1602液晶显示器，是一种低压、微功耗的元件，可显示2行，每行16个字符，采用数字式接口，方便与单片机进行连接，常用于便携式测量仪器。通过分析，可利用该显示器显示X和Y轴倾角［7～8］。

3.2 内部电路设计

STC89C52单片机时钟信号可由内部方式产生，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHz，外加电容可以对频率起微调作用。复位电路可在上电或芯片工作的任何时候对单片机进行复位，引脚上出现2个机器周期的高电平即可使单片机复位，设计中采用手动按键复位方式。报警提示电路中由PNP三极管驱动蜂鸣器来实现，基极接单片机，当X、Y轴倾角＜0.1°时，端口变成低电平，驱动三极管导通，VCC电压加载到蜂鸣器使其发声。

电源可用LM7805稳压器来产生稳定的5V电压，该电路中（如图4所示），由电池产生6V电压，经LM7805稳压器而产生稳定的+5V电压，其中C5是极性电容，起到稳压的作用，C4是非极性电容，滤除输出电压中不是直流的成分。经探针测试，可稳定输出+5V直流电压。

图4 电源电路设计

综合上述分析，并结合设计的实际情况，将各硬件通过电路连接，得到该测量装置的整体电路设计。

4 软件设计

4.1 主程序设计

系统主程序如图5所示，程序运行时，首先对单片机、LCD液晶显示器和倾角传感器初始化［10-11］。测量开始后，传感器将实时采集的角度信息经转换后传入单片机，单片机根据运算程序得到当前倾角值，通过调用显示子程序将测量值显示在LCD液晶显示器，操作人员根据显示的角度信息进行导弹位置调整。当精度不满足要求时，重复上述信号采集、处理、显示的过程，直到精度满足＜0.1°的要求时蜂鸣器报警，导弹位置调整完毕。

4.2 显示程序设计

1602液晶显示器内部CG ROM已存储160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个对应的固定的代码［12］。如图6，程序运行时，首先将LCD显示器初始化，程序查询LCD的工作状态，当LCD处于空闲状态时，单片机与LCD建立相应的通讯控制关系，然后单片机将处理后的信息写入LCD中，LCD对数据进行显示。

图5 系统主程序

图6 显示模块子程序

4.3 报警程序设计

报警提示程序就是将实际测量的角度值与导弹要求的角度值（＜0.1°）作比较。如果实际测量角度较大，则继续进行测量，蜂鸣器不工作；当测量的角度值小于0.1°时，满足导弹要求，此时，报警电路工作［13］。具体子程序如下：

if（Angle_Value_Result＜0.1）

｛

BEEP_Cnt=5；

｝

5 结构设计

装置外观结构如图7，上部是装置本体外加一高精度水平泡，用于调整，防止测量误差过大。下部为金属底座，通过锁紧螺钉使装置的定位面和导弹吊挂的下表面贴紧，保证装置时刻与导弹处于同一角度。上、下部通过转接台连接，转接台可以根据人员操作位置进行旋转，使显示屏面向操作人员，方便操作。装置外壳可采用锌合金铸造，以提高装置的抗冲击性和耐磨性，同时，金属外壳也可起到一定的防静电和屏蔽外部电磁干扰的作用。另外，整个装置功耗低、电流很小，产生的电磁辐射很小，满足导弹测试要求。

图7 装置外观结构示意图

6 实验验证

利用初步设计的装置对该型导弹水平进行了6次水平调整实验，并记录每次调整所需时间，每次调整后用原调整装置检验。如果原装置测量合格，则说明便携式装置适用于该导弹的测量，精度也满足要求。为判断工作效率，另外使用原装置对导弹水平进行6次调整，同样测量出每次所需的时间，得到测试结果对比如图8所示。

图8 利用两种装置调节水平耗时对比

经对比分析，6次实验便携式装置的测量精度都满足要求，可以用于该型导弹水平调整工作。从测量时间上看，便携式装置比原装置提高了约50%，主要因为便携式装置安装快速、读数方便、操作简单和有到位提示功能。综上分析，设计的便携式水平调整装置能初步满足该型导弹的水平调整需求，并且在保障效率上有较大提高。

7 结语

当前，战争模式的深入变革对武器装备保障效率提出了更高的要求，促使保障装备向通用化、便携化、信息化加速发展，以适应未来战争需要。以单片机和双轴高精度倾角传感器为核心的便携式水平调整装置具有结构简单、方便使用等优点，并通过实验初步验证，可满足某型导弹水平调整的需求，在调整时间上比原装置大幅减少，对该型导弹保障效率的提高有一定意义。