• / 11
  • 下載費用:30 金幣  

一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210057367.8

申請日:

2012.03.07

公開號:

CN102589351B

公開日:

2014.11.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):F41G 5/06變更事項:發明人變更前:樊昌元 牛海順變更后:樊昌元 龍興波 牛海順|||實質審查的生效IPC(主分類):F41G 5/06申請日:20120307|||公開
IPC分類號: F41G5/06; G01C1/00; A01G15/00 主分類號: F41G5/06
申請人: 成都信息工程學院
發明人: 樊昌元; 龍興波; 牛海順
地址: 610225 四川省成都市西南航空港經濟開發區學府路一段24號
優先權:
專利代理機構: 成都信博專利代理有限責任公司 51200 代理人: 卓仲陽
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201210057367.8

授權公告號:

102589351B|||||||||

法律狀態公告日:

2014.11.26|||2014.03.05|||2012.09.19|||2012.07.18

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法,涉及人工影響天氣炮射作業監測及傳感與自動控制技術領域。其裝置中的方位檢測電路由一個同軸雙聯互補多圈電位器及相應信號調理電路構成,同軸雙聯電位器由兩個獨立電位器構成,其數量檢測電路主要由接近開關與4N25光耦合器、中央微處理器構成;中央微處理器通過數據總線/地址總線/控制總線與上述各電路連接。同軸雙聯電位器是以同軸互補多圈電位器的形式安裝在人影高炮方位角控制器的旋轉處,接近開關安裝在高炮的退彈口處,能完成高炮作業的方位和俯仰角自動檢測;實現炮彈發射時間和數量的自動檢測,基于TCP/IP的GPRS數據傳輸。

權利要求書

1.一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置,包括中央微處理器(U1)、
方位檢測電路(U6)、俯仰檢測電路、數量檢測電路(U7)、GSM模塊電路、時
鐘電路、電源控制電路、鐵電存儲電路;其特征在于,所述方位檢測電路(U6)
由一個同軸雙聯互補多圈電位器及相應信號調理電路構成,同軸雙聯電位器由兩
個獨立電位器構成,每一個電位器通過各自的信號調理電路將電阻轉變為電信
號,電信號經微處理器自帶A/D轉換后得到相應數字信號;所述數量檢測電路
(U7)主要由IDB40NA接近開關(J1)與4N25光耦合器(U5)、中央微處理器
(U1)構成;所述中央微處理器(U1)通過數據總線/地址總線/控制總線與上述
各電路連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置,
其特征在于,所述相應信號調理電路是指第一單路信號調理電路與第二單路信號
調理電路并且電路相同,主要包括同軸雙聯電位器RPD1、中央微處理器(U1),
TLC2652高精度運算放大器(U2)、TL431電壓基準源(U3)、AD8221儀用放大
器(U4)、開關K1、K2;其開關K1、K2受微處理器(U1)控制。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝
置的檢測方法,其特征在于,所述同軸雙聯電位器RPD1是以同軸互補多圈電位
器的形式安裝在人影高炮方位角控制器的旋轉處(U8)。
4.根據權利要求1所述的一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的
檢測方法,其特征在于,IDB40NA接近開關(J1)安裝在高炮的退彈口處(U9),
每退出一個彈殼經過IDB40NA接近開關(J1)時,IDB40NA接近開關(J1)就輸
出一個高低電平變化,從而檢測出炮彈數量。
5.根據權利要求1所述的一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的
檢測方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)采用基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法,對雙聯電位器的每
一個電位器進行電阻測量,由于雙聯是互補的可以實現高炮的全方位角測量;
(2)給電位器兩端加一合適的電源,電位器中心抽頭的電壓隨電位器旋轉
而變化,實現了電壓測量到角度測量的轉換;
(3)測量中心抽頭的電壓即可以測量出電位器電阻,從而得到方位角任意
角度的測量數據,即人影高炮機械旋轉角度的測量數據;
(4)在中央微處理器LPC2387的指令下,將方位角測量數據存入存儲器。

說明書

一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法

技術領域

本發明涉及人工影響天氣炮射作業監測及傳感與自動控制技術領域,尤其是一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法。?

背景技術

根據人們的意愿,通過人工干預,使某些局地天氣現象朝有利于人們預定目的方向轉化,以克服或減輕惡劣天氣引發的災害,這種改造自然的科學技術措施稱人工影響天氣,簡稱人影。?

隨著社會發展和科學技術的進步,人工影響天氣中的高炮打雨和打冰雹(以下簡稱人影作業)的科學有效性越來越受到人們的關注,人影作業信息收集及管理是人工影響天氣業務工作的一項日常工作,快捷方便的作業信息收集可大大提高工作效率,讓管理部門及時獲取作業一線的實時信息,為作業指揮和作業效益評估提供基礎數據,解決多年來指揮、作業、評估相互脫節的技術難題。?

目前,人影高炮作業的起止時間、炮彈發射數量及方位角和仰角都是依靠人工的方法獲取并通過電話或電臺將相關信息上報到人影指揮部門和管理部門,因此,存在作業數據采集困難、設備運行狀況無法實時監控等實際情況,耗費大量的人力、物力,由于中間環節太多,人工引起誤差和不準確的情況時有發生,急需建立一套基于現代化炮射作業檢測系統。發明人曾在2008年針對目前炮射作業系統智能化低、安全性差的問題,提出一種以Cygnal?C8051F340單片機、HBR110語音識別芯片為核心,由SANG1000傾角傳感器,CANG10電子羅盤以及其他外圍電路組成的炮射作業檢測系統并發表了一篇相關的文章“氣象炮射檢測系統設計”(作者:李東、郭維波、樊昌元、黃華)。但是,“氣象炮射檢測系統設計”中存在很多關鍵技術缺陷問題:?

1、方位角測量問題:采用電子羅盤測量即方位角傳感器CANG10,利用地磁場來實現定向功能的,在實驗室能得到高精度方位角測量,由于高炮屬于金屬,對測量周圍的電磁場影響很大,安裝到高炮后的電子羅盤測量精度大大下降,有?時誤差達到幾十度,其精度遠遠達不到測量要求,且該傳感器價格昂貴例如CANG10傳感器4800元/只;?

2、炮彈數量的檢測問題:通過語音識別的方法獲得炮彈數量,炮擊聲音識別模塊采用的是HBR110或RSC-300語音識別芯片,在實驗室的識別率都不高不高,且受環境影響很大,該方法不適用于產品;?

3、俯仰角測量問題:采用傾角傳感器SANG1000測量,該傳感器價格昂貴例如SANG1000傳感器4800元/只。?

由于目前尚無人影高炮作業參數數字化采集裝置,而“氣象炮射檢測系統設計”方法具有成本高、精度低等缺點而遠遠達不到人影高炮作業參數數字化采集裝置設計要求。發明人通過潛心研究炮射作業起止時間、炮彈發射數量及方位角和仰角等信息自動采集技術,提出了基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法,以期通過引入本裝置、方法,實時監測作業起止時間、炮彈發射數量及方位和仰角,為作業管理提供科學數據,既能達到科學化、規范化管理的目的,也能為安全生產提供有力的保障。?

發明內容

本發明的目的有二,第一、提出并設計一種人影高炮作業參數數字化采集裝置;第二、提出一種基于人影高炮的雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量方法。?

為實現上述目的,本發明提供的技術解決方案是,提供一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置,包括中央微處理器U1、方位檢測電路U6、俯仰檢測電路、數量檢測電路U7、GSM模塊電路、時鐘電路、電源控制電路、鐵電存儲電路;特別地,所述的方位檢測電路由一個同軸雙聯互補多圈電位器及相應信號調理電路構成,同軸雙聯電位器由兩個獨立電位器構成,每一個電位器通過各自的信號調理電路將電阻轉變為電信號,電信號經微處理器自帶A/D轉換后得到相應數字信號;所述數量檢測電路主要由IDB40NA接近開關J1與4N25光耦合器U5、中央微處理器U1構成;所述中央微處理器U1通過數據總線/地址總線/控制總線與上述各電路連接。?

所述相應信號調理電路是指第一單路信號調理電路與第二單路信號調理電路并且相同,主要包括同軸雙聯電位器RPD1、中央微處理器U1,TLC2652高精度運算放大器U2、TL431電壓基準源U3、AD8221儀用放大器U4、開關K1、K2;?其開關K1、K2受微處理器U1控制。?

進一步地,提供基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的檢測方法,尤其是安裝方面,所述同軸雙聯電位器RPD1是以同軸互補多圈電位器的形式安裝在人影高炮方位角控制器的旋轉處U8。所述IDB40NA接近開關J1是安裝在高炮的退彈口處U9,每退出一個彈殼經過IDB40NA接近開關J1時,IDB40NA接近開關J1就輸出一個高低電平變化,從而檢測出炮彈數量。?

進一步地,提供基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的檢測方法,尤其是基于人影高炮的雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量方法,包括如下步驟:?

(1)采用基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法,對裝置中雙聯電位器的每一個電位器進行電阻測量,由于雙聯是互補的可以實現高炮的全方位角測量;?

(2)給雙聯電位器兩端加一合適的電源,電位器中心抽頭的電壓隨電位器旋轉而變化,實現了電壓測量到角度測量的轉換;?

(3)測量中心抽頭的電壓即可以測量出電位器電阻,從而得到方位角任意角度的測量數據,即人影高炮機械旋轉角度的測量數據;?

(4)在中央微處理器LPC2387的指令下,將方位角測量數據存入存儲器。?

本發明的主要技術指標見表一:?

表一主要技術指標?

??主要指標 ??數值范圍 ??方位角精度 ??<1° ??俯仰角精度 ??<1° ??起止時間 ??<2S ??炮彈數量檢測 ??>99% ??工作電壓 ??12V?DC(內部鋰電池供電) ??工作電流 ??<200MA(平均電流) ??工作溫度 ??-20℃+70℃ ??工作濕度 ??<95%,無凝露 ??儲藏溫度 ??-40℃+85℃ ??通信頻率 ??900/1800Mhz

[0021]???信息交互時間 ??<20S(平均時間) ??待機時間 ??>60小時(內部鋰電池供電)

與現有技術比較,本發明具有的優點與顯著效果如下:?

1、將裝置安裝在人影高炮上,能完成高炮作業的方位和俯仰角自動檢測;實現炮彈發射時間和數量的自動檢測,相關數據存儲;基于TCP/IP的GPRS數據傳輸,其系統前端安裝在人影高炮作業現場。?

2、能將相關數據實時傳輸到人影管理部門,讓管理部門及時獲取作業一線的實時信息,為作業指揮和作業效益評估提供基礎數據,解決多年來指揮、作業、評估相互脫節的技術難題,避免因中間環節多,人工引起誤差和不準確的情況發生,為氣象人影高炮作業科學化、規范化管理提供有力保障。?

3、提出并采用“基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法”使其完成對方位角任意角度的測量,解決了電位器在旋轉過程中的盲區,使方位角度的測量從原來的340°左右提高到全角度360°。?

4、該裝置具有快捷方便的作業信息收集能力,大大提高工作效率,同時節省大量的人力、物力。?

附圖說明

圖1是本發明所述硬件電路總體框圖示意圖。?

圖2是本發明所述同軸雙聯互補多圈電位器單路信號調理電路示意圖。?

圖3是本發明所述炮彈數量檢測電路示意圖。?

圖4是本發明實施例,所述裝置A在人影高炮上的安裝部分示意圖。?

圖5是本發明實施例,所述基于雙聯同軸互補多圈電位器的安裝部分示意圖。?

圖6是本發明又一實施例,所述IDB40NA接近開關就J1的安裝示意圖。?

具體實施方式

參見圖1~圖5,本發明包括中央微處理器U1、方位檢測電路U6、俯仰檢測電路、數量檢測電路U7、GSM模塊電路、時鐘電路、電源控制電路、鐵電存儲電路。所述中央微處理器U1通過數據總線/地址總線/控制總線與上述各電路連接。采集裝置的中央微處理器U1采用LPC2387芯片,控制整個系統的信息獲取和信號處理、通信等處理的操作。LPC2387微處理器是基于一個支持實時仿真的16位/32位ARM7TDMI-S?CPU,并帶有512kB嵌入的高速Flash存儲器,128位寬度?的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。?

所述方位檢測電路U6由一個同軸雙聯互補多圈電位器及相應信號調理電路構成,所述相應信號調理電路是指第一單路信號調理電路與第二單路信號調理電路并且電路相同,主要包括同軸雙聯電位器RPD1、中央微處理器U1,TLC2652高精度運算放大器U2和電壓基準源U3TL431、開關K1、K2;其開關K1、K2受中央微處理器U1控制。同軸雙聯電位器由兩個獨立電位器構成,每一個電位器通過各自的信號調理電路將電阻轉變為電信號,電信號經微處理器自帶A/D轉換后得到相應數字信號;圖2中RPD1為同軸雙聯電位器中的一個電位器,測量電路采用4線制的方式進行設計,而4線制的電路中需要精密的恒流源,另外,由于單元測量電路的輸出信號較弱,需要將信號放大,放大后再進行A/D轉換。圖2中U1為LPC2387中央處理器,RPD1選用WDD35導電塑電位器,恒流源電路設計中選用TLC2652高精度運算放大器和電壓基準源TL431。?

在圖2中,開關K1、K2受微控制器控制,當處于圖示位置時,電壓基準源U3使得U2的V+端輸入電壓為2.5V,根據理想運放特點,有V+=V-=2.5V且V-端無電流流出,則流過R1的電流為0.5mA。R3和R4中無電流,則有電位器RPD1中的電流等于R1電流為0.5mA,即流經電位器RPD1電流為0.5mA的恒流源,差分放大電路運方為TLC2652。R0和R1選用具有相同溫漂的高精密電阻,當開關K1、K2均處于另一位置時,流經R0的電流也為恒定的0.5mA,將為溫度補償和校準用。?

圖3中,數量檢測電路U7的功能是完成高炮作業用彈量的自動檢測,電路主要由IDB40NA接近開關J1與4N25光耦合器U5、中央微處理器U1構成;J1為接近開關IDB40NA,炮彈彈殼經過時,輸出電平發生改變,U5為4N25光耦合器,主要作用是抗干擾和完成電平匹配,接近傳感器工作電壓為12伏,中央處理器工作電壓3.3伏,U1為LPC2387中央處理器,完成對接近開關的高低低電平的實時檢測,以獲得炮彈數量的實時檢測。?

此外,俯仰檢測電路主要完成高炮作業的俯仰角自動檢測,電路主要由傾角傳感器BX-1XN-232和相應接口電路構成。GSM模塊電路主要完成高炮作業結束后將作業的方位角、俯仰角、用彈量、作業起止時間等數據通過TCP/IP方式實時傳輸到人影管理部門,電路由GTM900和相應的接口電路組成。?

時鐘電路得到電路運行的時鐘,提供高炮作業起止時間,電路由DS1302和相應的電路組成。電源控制電路完成電池的容量檢測、充電自動控制、電池低電量和環境高低溫的自動保護等功能。串口電路完成液晶顯示功能按鍵或計算機與本裝置的數據通信接口,主要由MAX232及外圍電路構成。鐵電存儲電路實現裝置參數設置和高炮作業重要數據的長時間存儲,電路主要由FM25H20和相應外圍電路構成。?

液晶顯示及功能按鍵部分主要完成所有信息顯示和對裝置人機交互操作,包括系統參數設置、時鐘調校、方位俯仰角定標指令TCP/IP地址設置等功能。該模塊電路可以獨立于采集裝置外。?

圖4、圖5提供了一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的檢測方法,尤其是安裝方面。圖4顯示了所述裝置在人影高炮上的安裝位置,人影高炮上有2個6mm的孔,正好適合該設備安裝。另外,俯仰傳感器就設計到設備中,不需要單獨安裝。圖5顯示了所述同軸雙聯電位器RPD1是以同軸互補多圈電位器的形式安裝在人影高炮方位角控制器的旋轉處U8。所述IDB40NA接近開關J1是安裝在高炮的退彈口處U9,每退出一個彈殼經過IDB40NA接近開關J1時,IDB40NA接近開關J1就輸出一個高低電平變化,從而檢測出炮彈數量。?

本發明還提供基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置的檢測方法,尤其是基于人影高炮的雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量方法,包括如下步驟:?

(1)采用基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法,對裝置中雙聯電位器的每一個電位器進行電阻測量,由于雙聯是互補的可以實現高炮的全方位角測量;?

(2)給雙聯電位器兩端加一合適的電源,電位器中心抽頭的電壓隨電位器旋轉而變化,實現了電壓測量到角度測量的轉換;?

(3)測量中心抽頭的電壓即可以測量出電位器電阻,從而得到方位角任意角度的測量數據,即人影高炮機械旋轉角度的測量數據;?

(4)在中央微處理器LPC2387的指令下,將方位角測量數據存入存儲器。所述方位角檢測設計是采用“基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法”。?

炮射作業方位角測量是采集器的關鍵技術,通過采用“基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法”可以精確測量高炮的方位角,由于電位器機械旋轉,其?電阻不一樣,通過測量電阻就可以測量器旋轉的角度,事實上多圈電位器的機械旋轉角度為360°,而電器角度達不到360°,通常只有340°左右,特別高級的其價格也非常昂貴,可以達到350°左右,這樣就有測量盲區,由此提出“基于雙聯同軸互補多圈電位器方位角測量法”,通過對雙聯電位器的每一個電位器的電阻測量,由于雙聯是互補的就可以實現高炮的方位角測量;電阻的測量通常是給電位器兩端加一合適的電源,電位器中心抽頭的電壓隨電位器旋轉而變化,通過測量中心抽頭的電壓就可以測量出電位器電阻,從而得到機械旋轉角度,解決了電位器在旋轉過程中的盲區。?

算法設計原理:一個電位器在旋轉過程中有一個盲區,比如電器測量范圍為比如0°~330°就有30°的盲區,在這個盲區內,測量值全是0,無法達到系統設計的要求。因此系統采用雙聯電位器來完成對任意角度的測量。?

電位器是以同軸互補的形式進行安裝,給它們加上電源后,它們同時都會對電壓分壓,兩片AD芯片也都會對所分得的電壓進行采樣,什么時候該以第一個電位器為基準?什么時候又該以第二個電位器為基準?如何避開盲區電壓無法測量的問題?這兩個電位器該如何協調工作來共同完成對角度的測量?這里就牽涉到一個門限設定的問題。設定門限為UL~UH(如果電位器電壓為3.3伏,可選為0.9~2.7伏)。當電位器1實時分得的電壓在UL和UH之間時,此時就以電位器1來測量角度;當電位器1實時分得的電壓值在門限值以外,此時就以電位器2來測量角度。?

設總電壓為U0,電位器1實時分得的電壓為U1,電位器2實時分得的電壓為U2。當電位器1實時所分得的電壓在門限以內,即UL≤U1≤UH時:?

θ = U 1 - U L U 0 × 360 - - - ( 1 ) ]]>

當電位器1實時分得的電壓在門限以外,即U1<UL或者U1>UH時:?

θ = U 2 - U 2 B + U H - U L U 0 × 360 - - - ( 2 ) ]]>

其中,θ——方位角,零刻度可以根據實際安裝位置來修正;?

U2B——當電位器1測得的電壓是UH時電位器2的電壓值,而這個值是可以準確測量出來的。?

計算出后θ,就得到相對方位角,設備安裝到高炮上通過零刻度校正后就可以得到高炮實際方位角。?

本發明裝置安裝后的使用過程:?

裝置及傳感器安裝在高炮上,打開電源開關,檢查各指示燈,指示燈正常后,裝置就已經進入實時自動檢測高炮的方位角和俯仰角,此時即可進行高炮作業,當高炮完成第一炮作業的同一時刻,就自動記錄作業的開始時間和此發炮彈的方位角、俯仰角,同時啟動定時器,如果20秒(此時間可根據需要來設置)內沒有作業就將最后一次作業時間記錄下來,并通過短信或TCT/IP的方式將此次作業的起止時間、每發炮彈的方位角俯仰角數據發射到管理中心。整個過程,除處理開關電源外,其余過程全是自動完成的。?

關 鍵 詞:
一種 基于 人影 高炮 作業 參數 數字化 采集 裝置 及其 檢測 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種基于人影高炮作業參數的數字化采集裝置及其檢測方法.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6419087.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图