基于DSP的某航炮综合测控系统

张原++刘小龙

摘要： 为满足航炮在射击过程中的高速稳定性，以及与飞机通信的可靠性，采用以DSP TMS320F2812为核心，加以CPLD、铁电存储器、信号调理电路为其硬件设备，模块化、安全可靠性、可测试性、人机交互的测控系统软件设计。其中任务管理模块进行故障报错，并在脉冲传输过程中通过CPLD对余弹脉冲信号进行相应滤波处理，排除杂波对余弹脉冲所产生的干扰，以及根据任务管理模块控制指示灯的闪烁次数，判断错误类型并进行自动纠错。当测试或射击过程中出现错误状态，系统将按逻辑切断所有输出，以保护航炮电路和测控系统的安全性，并且指示灯按照规定的错误码报告当前错误，根据错误类型进行自动排误，并重新初始化测控系统。经验证此系统安全可靠，保证航炮顺利完成任务。

关键词： 模块化设计； 航炮； 射击稳定性； 通信可靠性； DSP

中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A文章编号： 1004⁃373X（2014）08⁃0055⁃03

DSP⁃based monitoring and control system for aircraft gun

ZHANG Yuan， LIU Xiao⁃long

（Electronic Infomation Institute， Northwestern Polytechnical University， Xian 710129， China）

Abstract： In order to meet the high⁃speed stability in shooting process of aircraft gun， and the communication reliability between gun and aircraft， the software design of the monitoring system with high modularization， high reliability and perfect human⁃computer interaction was realized by taking DSP TMS320F2812 as its core， and CPLD， ferroelectric memory and signal conditioning circuit as its hardware devices. Its task management module reports fault error， and executes the corresponding filtering processing for the pulse signal of rest shells through CPLD in the process of pulse transmission， so as to eliminate clutter interference， judge the error type according to the number of the control indicator light flashing， and then correct error automatically. When an error state occurs in the process of test or shooting， the system cuts off all output on the basis of the logic， so as to protect the circuit and the monitoring system of the aircraft gun. The indicator light report the current error according to the rules of error code， and then the system corrects the error automatically and reinitializes the system. The system security and reliability was validated. The system can complete the task smoothly.

Keywords： modularization design； aircraft gun； shooting stability； communication reliability； DSP

0引言

航空机关炮[1]是军用飞机所使用的重要武器之一。能自动完成开膛，抽壳，抛壳，进弹，锁膛，击发等系列射击动作。在执行任务的时候，其安全性尤为重要。如果在任务过程中出现哑火、卡弹或者弹夹检测错误等，将会造成任务失败，甚至会威胁到飞行员自身的生命安全。所以，安全的航炮控制和稳定可靠地检测系统对于航空机关炮而言，迫在眉睫。为此，本文利用DSP[2]设计了一种安全稳定的航炮综合测控系统。经测试，该系统稳定可靠，大大地提升了航炮的安全稳定性能，并且具有很好的扩展功能，方便装备的更新换代，使得飞行员能够更好更安全地完成战斗任务以及促进我国军事的发展。

1系统硬件设计

该航炮综合测控系统以DSP TMS320F2812为核心，其具有较高的电机控制稳定性。再加以CPLD（Complex Programmable Logic Device）、铁电存储器（FRAM）、信号调理电路等[3]。其中，信号调理电路对各路模/数转换A/D、数/模转换D/A以及I/O信号进行相应信号的转换、输出及采集，以满足测控系统的各项指标与要求。

系统的硬件结构如图1所示。从图中可以看出，该硬件平台具有比较广泛的适应能力，提供了较为丰富的硬件基础。预留多路A/D、D/A、I/O等端口，在硬件不变的情况下，可以通过软件完成系统功能的扩充。

图1 航炮测控系统硬件结构

1.1模块化设计

1.1.1任务管理模块设计

任务管理模块是航炮设计控制系统的硬件核心，相当于航炮的测控模块的CPU。采用嵌入式处理的方法，选用新一代嵌入式DSP芯片TMS320F2812来完成，32位控制、内含闪存及高达150 MIPS的数字信号处理器，相比前一代而言，提高了运算精度和系统处理能力。其主要功能在于：解析飞机指令，既满足飞机设计要求又满足马达驱动要求。记录工作过程，保存飞机指令和执行过程中的航炮状态。检测航炮工作状态，并对不同情况做出相应反应。

1.1.2通信适配器模块

实现控制盒与液压马达直接的通信、航炮与飞机之间的通信。控制盒与液压马达之间采用422总线通信的方式来发送命令和查询工作状态。航炮与飞机之间采用1553B总线来完成航炮与飞机之间的信息交互。

1.1.3数据存储模块

数据存储模块需要存储航炮工作过程中的相关数据以便以后的分析，包括航炮的状态、速度等。采用2 MB容量的高速铁电存储器（FRAM），其读/写速度快，可无限擦写，功耗低等优点。保证系统参数的可修改性和系统的可扩展性。

1.1.4输入/输出模块

输入/输出模块主要以数字量和模拟量的方式与航炮通信，实现对航炮的控制，包括I/O模块，A/D模块和D/A模块。并且预留备用端口，在系统需要进行功能扩展时进行利用，可以使系统具有良好的功能扩展性。

1.2安全可靠性

通过任务管理模块处理航炮在运行过程中的各项参数的控制，如果出现错码、故障情况，将通过任务管理模块控制指示灯，进行故障报错。断开各项电压供应并自动解决故障。例如，余弹检测错误，则系统将自动响应错误并进行弹夹反转操作。

在稳定性方面，航炮系统的余弹脉冲信号[2]回送接口与任务管理模块的接口相连接，对余弹脉冲进行接收。脉冲传输过程中通过CPLD对余弹脉冲信号进行相应滤波处理，排除杂波对余弹脉冲所产生的干扰。

由于射击停止过程中，虽然发送了马达停止指令，但是当击发停止后液压马达仍未完全停止，将产生转过发射口而未发射的余弹。为保证每一发的不浪费并且避免下次射击出现问题，完成完整的弹夹射击。当击发命令停止后，马达开始制动，停转后，通过余弹信号，判断未发射却超过发射口的余弹数，马达反转，对弹夹反转相应余弹量。具体射击过程如图2所示。

图2 余弹与反转控制

当测试或射击过程中出现错误状态，系统将按逻辑切断所有输出，以保护航炮电路和测控系统的安全性。指示灯按照规定的错误码报告当前错误，根据错误类型进行自动排误，并重新初始化测控系统。

2软件设计

为了使航炮测控系统能够有更好的可测试性和人机交互性，在软件设计方面，通过通信显示窗口，实时显示测试和射击过程中回传的各项通信数据，包括马达、飞机通信数据。通过实时数据可以更为直观的判断整个测试和射击过程，从而分析过程中可能出现的问题。通过工控机RS 232与任务管理模块之间的专用通信协议来修改航炮的各项参数，实现人机交互。

2.1可测试性

软件主流程如图3所示。图3为测控系统的总体流程图，在测控系统[4]运行过程中，首先进行初始化和自检，确保系统状态良好。系统通过RS 232[5]与任务管理模块通信[6]，将所需修改的参数，如射速、余弹检测数等进行修改，并存入FRAM中。通过这种方法，可以方便在没有与飞机通信的情况下的模拟航炮射击测试。

测试过程中，液压马达的及时数据，包括状态字、转速、时间等参数信息，将通过422回传至工控机测控软件，并通过软件实时显示模块，显示所接收的各项数据。从而实时监测，并且根据数据进行及时排故。

图3 软件主流程

2.2人机交互

在软件的人机交互性上，通过波形显示控件、数据显示框和参数修改界面，对马达的转速、传输数据、状态等进行实时显示。测试过程中，通过修改各项参数并点击保存，即可实时的完成软件测试过程中的参数修改。通过自动分析功能，对错误原因进行实时报故，使测控系统的整个测试过程更加直观。

3结语

航炮在射击过程中的稳定性是保证打击任务成功与否的关键。本设计基于DSP为核心，通过余弹脉冲信号检测与滤波保证了余弹检测的准确性。由错误类型进行自动纠错从而保证了航炮任务过程中的可靠性和稳定性。测控软件模拟飞机与航炮之间的通信过程，从而实现在非战斗情况下的航炮射击测试。实验与实际应用证明，该系统为航炮的稳定性提供了强有力的保障。

参考文献

[1] 付兴振，陈遵银，董绪华.舰炮射击数控系统的设计及实现[J].计算机自动测量与控制，2001，9（4）：36⁃38.

[2] 杨东凯，梁帆，凌桂龙.DSP嵌入式系统[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3] 苏承龙.DSP开发宝典[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001，3（3）：44.

[5] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北 京：清华大学出版社，2008.

[6] 苏奎峰.TMS320F2812DSP原理与开发[M].北京：北京航

空航天大学出版社，2011.

1.1.4输入/输出模块

输入/输出模块主要以数字量和模拟量的方式与航炮通信，实现对航炮的控制，包括I/O模块，A/D模块和D/A模块。并且预留备用端口，在系统需要进行功能扩展时进行利用，可以使系统具有良好的功能扩展性。

1.2安全可靠性

通过任务管理模块处理航炮在运行过程中的各项参数的控制，如果出现错码、故障情况，将通过任务管理模块控制指示灯，进行故障报错。断开各项电压供应并自动解决故障。例如，余弹检测错误，则系统将自动响应错误并进行弹夹反转操作。

在稳定性方面，航炮系统的余弹脉冲信号[2]回送接口与任务管理模块的接口相连接，对余弹脉冲进行接收。脉冲传输过程中通过CPLD对余弹脉冲信号进行相应滤波处理，排除杂波对余弹脉冲所产生的干扰。

由于射击停止过程中，虽然发送了马达停止指令，但是当击发停止后液压马达仍未完全停止，将产生转过发射口而未发射的余弹。为保证每一发的不浪费并且避免下次射击出现问题，完成完整的弹夹射击。当击发命令停止后，马达开始制动，停转后，通过余弹信号，判断未发射却超过发射口的余弹数，马达反转，对弹夹反转相应余弹量。具体射击过程如图2所示。

图2 余弹与反转控制

当测试或射击过程中出现错误状态，系统将按逻辑切断所有输出，以保护航炮电路和测控系统的安全性。指示灯按照规定的错误码报告当前错误，根据错误类型进行自动排误，并重新初始化测控系统。

2软件设计

为了使航炮测控系统能够有更好的可测试性和人机交互性，在软件设计方面，通过通信显示窗口，实时显示测试和射击过程中回传的各项通信数据，包括马达、飞机通信数据。通过实时数据可以更为直观的判断整个测试和射击过程，从而分析过程中可能出现的问题。通过工控机RS 232与任务管理模块之间的专用通信协议来修改航炮的各项参数，实现人机交互。

2.1可测试性

软件主流程如图3所示。图3为测控系统的总体流程图，在测控系统[4]运行过程中，首先进行初始化和自检，确保系统状态良好。系统通过RS 232[5]与任务管理模块通信[6]，将所需修改的参数，如射速、余弹检测数等进行修改，并存入FRAM中。通过这种方法，可以方便在没有与飞机通信的情况下的模拟航炮射击测试。

测试过程中，液压马达的及时数据，包括状态字、转速、时间等参数信息，将通过422回传至工控机测控软件，并通过软件实时显示模块，显示所接收的各项数据。从而实时监测，并且根据数据进行及时排故。

图3 软件主流程

2.2人机交互

在软件的人机交互性上，通过波形显示控件、数据显示框和参数修改界面，对马达的转速、传输数据、状态等进行实时显示。测试过程中，通过修改各项参数并点击保存，即可实时的完成软件测试过程中的参数修改。通过自动分析功能，对错误原因进行实时报故，使测控系统的整个测试过程更加直观。

3结语

航炮在射击过程中的稳定性是保证打击任务成功与否的关键。本设计基于DSP为核心，通过余弹脉冲信号检测与滤波保证了余弹检测的准确性。由错误类型进行自动纠错从而保证了航炮任务过程中的可靠性和稳定性。测控软件模拟飞机与航炮之间的通信过程，从而实现在非战斗情况下的航炮射击测试。实验与实际应用证明，该系统为航炮的稳定性提供了强有力的保障。

参考文献

[1] 付兴振，陈遵银，董绪华.舰炮射击数控系统的设计及实现[J].计算机自动测量与控制，2001，9（4）：36⁃38.

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[3] 苏承龙.DSP开发宝典[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001，3（3）：44.

[5] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北 京：清华大学出版社，2008.

[6] 苏奎峰.TMS320F2812DSP原理与开发[M].北京：北京航

空航天大学出版社，2011.

1.1.4输入/输出模块

输入/输出模块主要以数字量和模拟量的方式与航炮通信，实现对航炮的控制，包括I/O模块，A/D模块和D/A模块。并且预留备用端口，在系统需要进行功能扩展时进行利用，可以使系统具有良好的功能扩展性。

1.2安全可靠性

通过任务管理模块处理航炮在运行过程中的各项参数的控制，如果出现错码、故障情况，将通过任务管理模块控制指示灯，进行故障报错。断开各项电压供应并自动解决故障。例如，余弹检测错误，则系统将自动响应错误并进行弹夹反转操作。

在稳定性方面，航炮系统的余弹脉冲信号[2]回送接口与任务管理模块的接口相连接，对余弹脉冲进行接收。脉冲传输过程中通过CPLD对余弹脉冲信号进行相应滤波处理，排除杂波对余弹脉冲所产生的干扰。

由于射击停止过程中，虽然发送了马达停止指令，但是当击发停止后液压马达仍未完全停止，将产生转过发射口而未发射的余弹。为保证每一发的不浪费并且避免下次射击出现问题，完成完整的弹夹射击。当击发命令停止后，马达开始制动，停转后，通过余弹信号，判断未发射却超过发射口的余弹数，马达反转，对弹夹反转相应余弹量。具体射击过程如图2所示。

图2 余弹与反转控制

当测试或射击过程中出现错误状态，系统将按逻辑切断所有输出，以保护航炮电路和测控系统的安全性。指示灯按照规定的错误码报告当前错误，根据错误类型进行自动排误，并重新初始化测控系统。

2软件设计

为了使航炮测控系统能够有更好的可测试性和人机交互性，在软件设计方面，通过通信显示窗口，实时显示测试和射击过程中回传的各项通信数据，包括马达、飞机通信数据。通过实时数据可以更为直观的判断整个测试和射击过程，从而分析过程中可能出现的问题。通过工控机RS 232与任务管理模块之间的专用通信协议来修改航炮的各项参数，实现人机交互。

2.1可测试性

软件主流程如图3所示。图3为测控系统的总体流程图，在测控系统[4]运行过程中，首先进行初始化和自检，确保系统状态良好。系统通过RS 232[5]与任务管理模块通信[6]，将所需修改的参数，如射速、余弹检测数等进行修改，并存入FRAM中。通过这种方法，可以方便在没有与飞机通信的情况下的模拟航炮射击测试。

测试过程中，液压马达的及时数据，包括状态字、转速、时间等参数信息，将通过422回传至工控机测控软件，并通过软件实时显示模块，显示所接收的各项数据。从而实时监测，并且根据数据进行及时排故。

图3 软件主流程

2.2人机交互

在软件的人机交互性上，通过波形显示控件、数据显示框和参数修改界面，对马达的转速、传输数据、状态等进行实时显示。测试过程中，通过修改各项参数并点击保存，即可实时的完成软件测试过程中的参数修改。通过自动分析功能，对错误原因进行实时报故，使测控系统的整个测试过程更加直观。

3结语

航炮在射击过程中的稳定性是保证打击任务成功与否的关键。本设计基于DSP为核心，通过余弹脉冲信号检测与滤波保证了余弹检测的准确性。由错误类型进行自动纠错从而保证了航炮任务过程中的可靠性和稳定性。测控软件模拟飞机与航炮之间的通信过程，从而实现在非战斗情况下的航炮射击测试。实验与实际应用证明，该系统为航炮的稳定性提供了强有力的保障。

参考文献

[1] 付兴振，陈遵银，董绪华.舰炮射击数控系统的设计及实现[J].计算机自动测量与控制，2001，9（4）：36⁃38.

[2] 杨东凯，梁帆，凌桂龙.DSP嵌入式系统[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3] 苏承龙.DSP开发宝典[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4] 崔功，齐晓林，冀捐灶，等.航炮综合控制设备自动测试系统的设计与实现[J].火炮发射与控制学报，2001，3（3）：44.

[5] 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发[M].北 京：清华大学出版社，2008.

[6] 苏奎峰.TMS320F2812DSP原理与开发[M].北京：北京航

空航天大学出版社，2011.