一種森林滅火手持式瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計

張 鵬，胡建文

（宜昌測試技術(shù)研究所 湖北 宜昌 443003）

宜昌測試技術(shù)研究所自主研制的CMH-1型遠(yuǎn)距智能森林滅火系統(tǒng)，采用火箭彈發(fā)射技術(shù)，通過車載發(fā)射裝置將裝載滅火劑的滅火彈遠(yuǎn)程運載至火場上空一定高度布灑，完成滅火作業(yè)，該系統(tǒng)填補了我國地面智能滅火裝備的空白，也是中國和世界森林滅火裝備的發(fā)展方向。

CMH-1型遠(yuǎn)距智能森林滅火系統(tǒng)實際作戰(zhàn)時人員被分配在觀瞄陣位和發(fā)射陣位。其中觀瞄陣位人員占據(jù)火場之外的有利瞄準(zhǔn)地點，便于觀察火場情況發(fā)出作戰(zhàn)指令。發(fā)射陣位人員占據(jù)有利發(fā)射地點聽從觀瞄陣位人員的指示并操作車載發(fā)射系統(tǒng)向預(yù)定目標(biāo)發(fā)射滅火彈。在滅火系統(tǒng)研究的初級階段，觀瞄陣位人員使用測距儀瞄準(zhǔn)火場，根據(jù)觀瞄陣位坐標(biāo)和瞄準(zhǔn)參數(shù)，解算出火場坐標(biāo)后，使用對講機對發(fā)射陣位人員下達火場坐標(biāo)信息和發(fā)射指令。該瞄準(zhǔn)和計算過程略顯繁瑣，不能滿足火場情況快速多變的需求。

為改善以上情況并提高該系統(tǒng)實地滅火前瞄準(zhǔn)的準(zhǔn)備時間和異地瞄準(zhǔn)的集成化水平，筆者研制了觀瞄系統(tǒng)，該系統(tǒng)的集成度高，操作方便，實踐證明系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，同時該系統(tǒng)也填補了國內(nèi)森林滅火系統(tǒng)瞄準(zhǔn)設(shè)備的空白。技術(shù)實現(xiàn)的服務(wù)于CMH-1型森林滅火系統(tǒng)的手持式系統(tǒng)[1]。觀瞄陣位人員占據(jù)火場之外的有利瞄準(zhǔn)地點并瞄準(zhǔn)目標(biāo)火點后，操作觀瞄系統(tǒng)中的手持式數(shù)據(jù)處理傳輸器解算出火場坐標(biāo)發(fā)送給火控計算機，接著對火控系統(tǒng)下達發(fā)射若干枚滅火彈的指令。火控系統(tǒng)接收到坐標(biāo)信息和發(fā)射指令后自動調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)射裝置，完成向預(yù)定目標(biāo)投送滅火彈的任務(wù)。實踐證明該系統(tǒng)能夠顯著提高滅火系統(tǒng)瞄準(zhǔn)的效率，以滿足火場快速多變的需求。

1 系統(tǒng)概述

觀瞄系統(tǒng)是基于ARM7微處理器，GPS技術(shù)和無線通信

2 系統(tǒng)設(shè)計

觀瞄系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理傳輸器，無線數(shù)據(jù)傳輸器，激光測距儀組成。其系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖Fig.1 System structure diagram

觀瞄陣位人員使用激光測距儀瞄準(zhǔn)火場，數(shù)據(jù)處理傳輸器通過串口獲得激光測距儀瞄準(zhǔn)信息。觀瞄陣位人員操作鍵盤，根據(jù)瞄準(zhǔn)信息和本地GPS信息（觀瞄陣位GPS）解算出火場坐標(biāo)，并通過無線傳輸方式向無線數(shù)據(jù)傳輸器發(fā)送火場坐標(biāo)信息，無線數(shù)據(jù)傳輸器將信息由串口轉(zhuǎn)發(fā)給火控計算機。

火控計算機收到報文后回送確認(rèn)應(yīng)答報文，由無線數(shù)據(jù)傳輸器轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理傳輸器。觀瞄陣位人員收到應(yīng)答后，可以根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要和載車備彈情況，選擇給定發(fā)射彈數(shù)并發(fā)送發(fā)射指令或者選擇不發(fā)送發(fā)射指令繼續(xù)瞄準(zhǔn)。

無線數(shù)據(jù)傳輸器會定時向火控計算機發(fā)送本地GPS信息（車載火控系統(tǒng)GPS）。

2.1 主要硬件電路設(shè)計

基于系統(tǒng)功能對硬件的要求和總體設(shè)計原則的指導(dǎo)，數(shù)據(jù)處理傳輸器和無線數(shù)據(jù)傳輸器使用相同的硬件電路，這樣可以縮短開發(fā)時間，降低研制成本，便于生產(chǎn)調(diào)試。通過軟件的工作來區(qū)別兩個設(shè)備的功能，通過硬件電路跳線的方式區(qū)別兩個設(shè)備的接口。硬件電路以LPC2138微控制器為核心，開發(fā)出數(shù)據(jù)處理傳輸器/無線數(shù)據(jù)傳輸器硬件電路，框圖如圖2 所示[2-3]。

圖2 硬件電路框圖Fig.2 Hardware circuit diagram

1）電源設(shè)計 本設(shè)計采用6節(jié)2 300 mAH的鎳氫電池串聯(lián)來滿足觀瞄系統(tǒng)的電源需求。鎳氫電池具有低內(nèi)阻，通用性好，體積小，安全性高的特點，而且目前的設(shè)計原理與工藝也基本上克服了 “記憶效應(yīng)”。

根據(jù)CPU和外設(shè)的需要，組合穩(wěn)壓電路主要為電路板，液晶屏，無線收發(fā)模塊，AD采樣電壓參考等提供所需各種電源。

2）復(fù)位電路 復(fù)位電路采用MAX811芯片，無需外部擴展，至少140 ms復(fù)位脈寬完全滿足微控制器LPC2138的復(fù)位要求。

3）AD采樣電路 AD采樣電路用于電池組輸出電壓采樣（采樣周期為20 s），判斷電池電壓是否滿足使用要求，若不滿足使用要求，設(shè)備液晶屏顯示提示語提醒用戶充電并自我欠壓保護。

4）編程接口電路 電路板編程接口引出端，便于設(shè)備外部程序下載，調(diào)試和軟件維護升級。

5）三態(tài)緩沖器及電平轉(zhuǎn)換電路 三態(tài)緩沖器74LS244用于串口擴展，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232用于TTL電平和RS232電平的轉(zhuǎn)換。

6）串口及接口適應(yīng)性選擇電路 因數(shù)據(jù)處理傳輸器和無線數(shù)據(jù)傳輸器串口通訊時接口定義不同，為實現(xiàn)通用化設(shè)計，這里采用跳線的方式來達到相同PCB不同功能的要求。對于數(shù)據(jù)處理傳輸器，串口接收來自激光測距儀的距離，俯仰角度，真北夾角等信息。對于無線數(shù)據(jù)傳輸器，串口主要用于傳輸器和火控計算機的通信。

7）鍵盤掃描電路 根據(jù)設(shè)計需求，16個按鍵通過4行4列矩陣掃描來實現(xiàn)。4個輸入口使用10Ω電阻上拉，提高了微控制器邏輯判斷工作時的抗干擾性。

8）液晶顯示電路 液晶屏采用LM12864CCW，4行8列帶中文字庫，可以滿足系統(tǒng)的使用要求。數(shù)據(jù)線為串行通信方式，大大節(jié)省了微控制器的I/O口資源。

9）GPS電路 GPS電路由第3代SIRFSTARIII系列GPS芯片DP310，外置天線，GPS芯片上電控制電路組成。其天線基本參數(shù)為：頻率（1575.42±2MHz）阻抗（50Ω）增益（≥26dB）噪聲系數(shù)（≤1.5dB）。微控制器通過MOS管2SJ355控制GPS芯片電源的通斷，初始化后芯片上電，搜星大約30 s左右，芯片便可以定位并且將定位信息上傳給微控制器。通訊協(xié)議為NMEA0183[4]。

10）無線通訊模塊 無線通訊模塊采用RFC-30K一體化模塊，該模塊集成無線收發(fā)芯片，放大電路，天線為一體。用戶通過微控制器的SPI接口和I/O口完成無線收發(fā)時通信的控制和數(shù)據(jù)傳輸[5]。

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由C語言實現(xiàn)[6]。數(shù)據(jù)處理傳輸器主要由主程序，鍵盤事件處理子程序，液晶顯示子程序，液晶屏顯示驅(qū)動底層，異步串行通訊子程序，GPS處理子程序，通訊子程序，定時子程序，無線模塊收發(fā)子程序組成，其軟件實現(xiàn)思路如圖3所示。無線數(shù)據(jù)傳輸器程序是在數(shù)據(jù)處理傳輸器的基礎(chǔ)其在信道中存在惡意干擾源的情況中，增加的系統(tǒng)通信容量，具有一定的工程應(yīng)用價值。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.3 Flow diagram of system software

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