fdyq-型微型電子測壓器的智能化通信與操作設(shè)計

fdyq-型微型電子測壓器的智能化通信與操作設(shè)計

一、測試的智能化火炮內(nèi)動態(tài)壓參數(shù)是火炮開發(fā)、設(shè)計和施工中的重要參數(shù)之一。它對測試彈頭的強度、預(yù)測手榴彈的外部速度以及發(fā)射藥物的性能具有重要意義。微型電子測壓器作為火炮膛壓測試的理想儀器，為常規(guī)兵器的設(shè)計和檢驗提供了重要的保障。面對其惡劣的實測環(huán)境和繁重的測試任務(wù)，如何提高其智能化水平并保證其測試的可靠性和精度顯得尤為重要。中北大學(xué)FDYQ-II型微型電子測壓器在體積、功耗、功能、可靠性等各項技術(shù)指標(biāo)在國際同類產(chǎn)品中都處于領(lǐng)先地位，但是其智能化水平和使用便捷性與國際同類產(chǎn)品尚有一定的差距。例如實驗前用戶需求用萬用表分別測試面板上的焊盤“VC”、“VDD”和“VIN”的值以保證其狀態(tài)正常，實驗后用鑷子觸碰面板上的焊盤“IR”和“GND”以打開測壓器內(nèi)部紅外，當(dāng)準(zhǔn)備好外部的通信條件后才可讀取測試數(shù)據(jù)，操作很不方便。國外早已出現(xiàn)了用紅外近程控制和無線遙測控制的同類產(chǎn)品，在其配套產(chǎn)品（如無線手持顯示分析儀）的智能化研究方面也處于領(lǐng)先位置，所以提高FDYQ-II型微型電子測壓器的智能化水平刻不容緩。二、操作，保障了儀器的可靠性智能化儀器發(fā)展的方向就是儀器的智能化操作，可解釋為無接觸性操作或“傻瓜”型操作，不僅提高了儀器在使用過程中的便捷性，降低了用戶使用儀器的難度，而且增強了儀器的可靠性。智能化功能設(shè)計是新型微型電子測壓器區(qū)別以往測壓器的關(guān)鍵所在。智能化功能設(shè)計包括智能化編程、智能化一鍵測試和智能化壽命計數(shù)3個方面的內(nèi)容。1、壽命計數(shù)功能的改進(jìn)和發(fā)展在以往的測壓器中，測壓器的壽命只能由用戶進(jìn)行監(jiān)測和反饋，而且往往受測試條件所限，用戶也很容易疏忽此方面，從而造成了因某批測壓器的壽命統(tǒng)計不準(zhǔn)確而干擾和誤導(dǎo)了對其整體可靠性的衡量。改進(jìn)后的智能化微型電子測壓器中嵌有智能化壽命計數(shù)功能，它能實時自動監(jiān)測某個編號測壓器的正式試驗使用次數(shù)和讀數(shù)次數(shù)、調(diào)試試驗使用次數(shù)和讀數(shù)次數(shù)。在解放了用戶的同時，準(zhǔn)確可靠的壽命統(tǒng)計數(shù)據(jù)為將來衡量其整體可靠性打下了堅實的基礎(chǔ)。2、開始工作時，工作時長在測壓器測試之前，往往需要用萬用表來測試其當(dāng)前工作狀態(tài)是否正常，一般需要測試3次，而每次測試都必須在其開始工作后，因此這個過程可能需要較長的時間，而且不是很方便。現(xiàn)在在其內(nèi)部嵌入了一鍵測試的功能，能高效方便地實現(xiàn)此功能，由于在上電過程中會把VDD/2和VIN這兩個測試值寫入對應(yīng)的FLASH，并同測試數(shù)據(jù)一起傳回上位機，所以其基本能全程監(jiān)測某個測壓器的工作狀態(tài)是否正常，也為發(fā)生測試事故時的分析提供了可靠的依據(jù)。3、編程成功并不影響編程質(zhì)量在以往對測壓器進(jìn)行編程時，都只是以發(fā)出5個有效的編程字節(jié)和測壓器面板上的LED小燈會常亮5～6s作為編程成功的依據(jù)，但是因通信故障和外部環(huán)境的干擾可能會出現(xiàn)在編程過程中無法確定是否編程成功的狀況?，F(xiàn)在在其內(nèi)部嵌入了編程實反饋功能，即測壓器在接收到用戶給其發(fā)送的編程數(shù)據(jù)后，會從編程所寫入的存儲單元讀出再回傳給上位機，上位機比較無誤后確定編程成功，與此同時小燈也會常亮5～6s，用戶界面上會彈出對應(yīng)的“編程成功”提示框，編程狀態(tài)條也會由紅色變成綠色。在方便了用戶使用的同時，也為測壓器能正常使用提供了有利的保障。三、軟件方案的設(shè)計1、工作狀態(tài)設(shè)計圖1為FDYQ-II型微型電子測壓器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，圖2為重新設(shè)計的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。下面對新的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的每一個狀態(tài)進(jìn)行了分析。(1）主從系統(tǒng)復(fù)位改造接通電源時，自動開啟內(nèi)置紅外收發(fā)器，此時滿足紅外通信的條件，功耗約為1.4mA。考慮到主從系統(tǒng)工作的同步性，一般需要進(jìn)行復(fù)位操作。如果已經(jīng)讀取過上次的試驗數(shù)據(jù)，則小燈處于熄滅狀態(tài)；如果未曾讀取上次的試驗數(shù)據(jù)，則小燈處于常亮狀態(tài)。(2）用戶并讀取測量數(shù)據(jù)的命令系統(tǒng)處于系統(tǒng)復(fù)位態(tài)時有4種狀態(tài)走向。a.如果用戶需要查看上次的試驗數(shù)據(jù)，可以通過上位計算機的用戶界面軟件（以下簡稱用戶界面軟件）發(fā)送“讀數(shù)命令”；b.如果用戶需要重新設(shè)置“觸發(fā)電平”、“測量量程”或“采樣頻率”，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“編程命令”；c.如果用戶既不需要讀取上次的測量數(shù)據(jù)，又不需要再對其編程，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“關(guān)紅外命令”；d.如果用戶想要跳過中間的關(guān)閉紅外和延時上電過程，直接進(jìn)入準(zhǔn)備采樣態(tài)，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“直接上電命令”。(3）系統(tǒng)復(fù)位態(tài)如果用戶需要對系統(tǒng)進(jìn)行編程，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“編程命令”，編程完畢后其自動進(jìn)入系統(tǒng)復(fù)位態(tài)。編程過程可以通過LED小燈和用戶界面軟件監(jiān)測，如果編程成功，小燈會常亮約5s，且用戶界面軟件會有相應(yīng)的提示，此過程可重復(fù)多次。(4）關(guān)紅外命令系統(tǒng)復(fù)位后，如果不需要編程和讀數(shù)，且需要用倒置開關(guān)上電，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“關(guān)紅外命令”，系統(tǒng)隨后進(jìn)入關(guān)閉紅外態(tài)。關(guān)閉紅外態(tài)是整個系統(tǒng)功耗最低的狀態(tài)，僅有22mA左右。(5）可把重電關(guān)置開關(guān)作為先導(dǎo)開關(guān)下電關(guān)閉紅外后，可以通過倒置開關(guān)上電，系統(tǒng)進(jìn)入延時上電態(tài)。如果延時少于20s，可以再通過倒置開關(guān)下電；如果延時滿20s，上電成功，系統(tǒng)將進(jìn)入準(zhǔn)備采樣態(tài)，一旦上電，倒置開關(guān)就不起作用了。在整個延時上電的過程中，可以通過面板上LED小燈的狀態(tài)來監(jiān)測延時上電的狀態(tài)是否正常，正常情況下此過程小燈處于慢閃狀態(tài)。(6）準(zhǔn)備采樣態(tài)延時滿20s或發(fā)送“直接上電命令”后，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備采樣態(tài)。在此狀態(tài)，系統(tǒng)主要做采樣前的準(zhǔn)備工作，如配置時鐘、模塊初始化等，此時小燈處于熄滅狀態(tài)。(7）全工作狀態(tài)延時滿30s后，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采樣的等待觸發(fā)態(tài)，此時系統(tǒng)處于全工作狀態(tài)，功耗也最大，約為5mA。此時系統(tǒng)一直采集常壓下的偏置電平作為火炮膛壓的電平基線值，觸發(fā)前的采樣數(shù)據(jù)循環(huán)存儲在預(yù)設(shè)容量的RAM里，小燈處于快閃狀態(tài)。(8）入觸發(fā)狀態(tài)當(dāng)火炮膛內(nèi)壓力達(dá)到編程設(shè)定的觸發(fā)壓力值時，系統(tǒng)進(jìn)入觸發(fā)態(tài)，此時其也處于全工作狀態(tài)，功耗也最大。在此狀態(tài)，系統(tǒng)把觸發(fā)后的膛壓轉(zhuǎn)換電平直接存入預(yù)留的有始末地址的FLASH中，此時小燈處于常亮狀態(tài)。(9）b記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入當(dāng)為存儲觸發(fā)后數(shù)據(jù)預(yù)留的FLASH存滿后，系統(tǒng)會自動把觸發(fā)前RAM里的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到為存儲觸發(fā)前數(shù)據(jù)預(yù)留的FLASH中，從而可得到完整的膛壓數(shù)據(jù)。在導(dǎo)完數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會關(guān)閉與采樣有關(guān)的模塊，以降低功耗。但其會自動開啟紅外以便能與外界通信，此后系統(tǒng)自動進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，小燈也處于常亮狀態(tài)。(10）用戶輸出“讀取命令”系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時讀數(shù)，有兩種情況：a.接通電源時，如果用戶需要讀取上次的膛壓數(shù)據(jù)，可以通過用戶界面軟件發(fā)送“讀數(shù)命令”，讀數(shù)完畢后其自動返回系統(tǒng)復(fù)位態(tài)，此過程可以重復(fù)多次；b.本次膛壓測試試驗完畢后，也可以通過用戶界面軟件發(fā)送“讀數(shù)命令”，此過程也可以重復(fù)多次。2、高效的數(shù)據(jù)處理MSP430FG4618單片機內(nèi)部嵌入式軟件對其自動控制操作起支配作用，以實現(xiàn)對火炮膛內(nèi)壓力的采集、存儲及把數(shù)據(jù)上傳給計算機進(jìn)行處理和顯示。通過單片機內(nèi)部程序來實現(xiàn)諸如定時、內(nèi)部放大、采樣、內(nèi)觸發(fā)、主從單片機通信和上下位機紅外通信等功能。圖3是智能化微型電子測壓器的主從單片機整體流程設(shè)計。3、顯示的用戶接口軟面板是用戶用來操作儀器，與儀器進(jìn)行通信，輸入?yún)?shù)設(shè)置，輸出結(jié)果顯示的用戶接口。采用VB語言開發(fā)的上位機軟件主界面如圖4所示，它比原來的界面增添更多的功能：測量電壓、使用次數(shù)、讀數(shù)次數(shù)、編程狀態(tài)、編程數(shù)據(jù)、系統(tǒng)復(fù)位、檢測儀器、關(guān)閉紅外、直接上電。四、面板檢測和自適應(yīng)系統(tǒng)的智能化設(shè)計實現(xiàn)了對測壓器的無接觸性操作，除擰開端蓋、接通電源等必需性手動操作外，測試前后的其他操作都可以通過發(fā)送紅外命令的方式來執(zhí)行，不僅提高了操作的便捷性、降低了誤操作的幾率，而且去除了面板上所有焊點及對應(yīng)的走線，較大地減小了其體積。圖5是前面板改進(jìn)前后的示意圖。改進(jìn)前，首先用插針連接“VC”和“+”以接通電路電源，其次根據(jù)用戶需求用鑷子分別觸碰面板上的焊盤，并用萬用表分別測試“VC”、“VDD”和“VIN”的值以保證其狀態(tài)正常，試驗結(jié)束后用鑷子觸碰“IR”和“GND”以打開測壓器內(nèi)部紅外，當(dāng)準(zhǔn)備好外部的通信條件后即可讀取測試數(shù)據(jù)；改進(jìn)后，除需用插針手動連接“VC”和“+”及系統(tǒng)異常時需用插針手動連接“RST”和“-”外，其余操作都通過紅外以發(fā)送命令的形式來完成，充分體現(xiàn)了其無接觸性操作的便捷性。五、測試系統(tǒng)的智能化以往在對測壓器進(jìn)行操作時，都需要用鑷子來觸發(fā)對應(yīng)的工作