某型火箭布雷车模拟器主控计算机设计与实现_万业军.pdf

设备管理与维修2023 5（下）3结论与建议（1）通过打水源井采水是解决伊拉克南部油田开发所需的注水水源问题的有效方式，与海水淡化再铺设输水管道的方式相比，可显著降低成本，为油田稳产提供注入水源保障。（2）开发的国产大排量、高扬程潜油电泵在伊拉克用于水源井采水并取得成功，在高温、含砂等苛刻环境下运行稳定，产量测试达到了设计要求，探索出低成本解决原油探明储量高、地面水资源匮乏的油田注水所需水源的难题，对于解决油田注水所需水源问题具有借鉴意义。（3）电泵服务商应加强电泵井的精细化管理，重视应用数据的分析工作。优化选井选泵，加强远程监控、自动调参等智能化设计，延长电泵的使用寿命，减少停机故障，是扩大电泵在西亚地区应用的努力方向。参考文献1郑俊德，张仲宏.国外电泵采油技术新进展 J.钻采工艺，2007，30（1）：68-71.2檀朝东，黄新春，王松，等.机理仿真与数据驱动融合德电泵举升故障诊断预警理论研究进展 J.石油钻采工艺，2021，43（4）：483-488.3吕涛，郑中亮，郑博，等.海上某油田电潜泵德惊喜化管理思路及其措施 J.天津科技，2020，47（12）：48-51.4Sherif Fakher，Abdelaziz Khlaifat.Rigorous review of electrical sub-mersible pump failuremechanisms and their mitigation measures J.Journal of Petroleum Exploration and Production Technology，2021（11）：3799-3814.5周怀光，沈建新，孙玉国，等.深井小排量潜油电泵在塔里木油田的研究与应用 J.承德石油高等专科学校学报，2015，17（4）：5-8.6梅思杰，邵永实，刘军，等.潜油电泵技术（上）M.北京：石油工业出版社，2001.7邵永实，师世刚，刘军.潜油电泵技术服务手册 M.北京：石油工业出版社，2004.8李令喜，付军，刘滔.387 系列高扬程电潜泵开发 J.石油工业技术监督，2014，30（9）：1-3.9刘玉国.稠油潜油电泵工作寿命影响因素分析及治理 J.石油钻采工艺，2014，36（4）：75-78.编辑吴建卿0引言随着武器系统自动化、信息化水平的提升，主控计算机在武器系统的平战时操作使用及维修保障中都起到极为重要的作用。某型火箭布雷车是我军工程兵进行机动化布设各类雷场的新型装备，主要技术特点之一就是具有机电一体化操控、可集成化指挥编组协同作业等。这些功能的实现都与其主控计算机有着密不可分的关系，在提升工程兵部队战斗力的同时，也给部队开展训练带来了新的挑战。为提升工程兵部队装备训练效果，解决教学训练内容和方法手段单一问题，从军事效益和经济效益两个方面考虑，在研制该装备模拟器时，主控计算机作为模拟器核心部件，其开发设计与实现至关重要。1模拟主控计算机的总体设计该型火箭布雷车模拟器采用半实物模拟，最大限度地模拟操作使用环境，提升训练沉浸感。装备中主控计算机主要控制火箭布雷车的装填、操瞄、发射等动作，在教学训练中，主控计算机操作界面将与炮手直接进行频繁人机交互。因此，在模拟器主控计算机开发采用与实装的外观和功能上较为一致的仿真设计，并配置在装备内相同位置。1.1模拟器总体架构布设根据系统设计要求，模拟器采用 CAN 总线与外部设备进行数据交互，既可以有效满足模拟教学训练需要，又可以降低开发研制成本。利用转换模块和网络交换机实现 CAN 总线与 USB接口的数据交换，实现模拟器实物数据输入检测与模拟器虚拟设计数据显示。在训练过程中，模拟主控计算机将采集到的指令数据和环境信息通过 CAN 总线传输给三维视景计算机，从而驱动三维视景中虚拟布雷车完成装填、操瞄和发射动作（图 1）。1.2模拟主控计算机的设计功能需求模拟主控计算机技术性能要求高于工控机指标参数，设置开关、指示灯、按键等。其中，开关设计使用与实装相同的接口替代车外发射装置通信接口，与车外发射装置进行连接，实现装定发火仪、发射允许、电子引信等开关输入检测功能；按键设计可由炮手直接输入检测功能；内置信号转接板，采用串口通信模式摘要：某型火箭布雷车自动化信息化程度高，装备构造复杂，操作使用、维护保养、维修保障难度较大，为解决实装教学训练存在的一系列问题，研制该武器系统模拟器。根据模拟器总体设计方案，基于 STM32F4 单片机设计硬件电路和软件程序，实现了模拟器对主控计算机的各项指标要求，满足了武器系统模拟器对教学训练的需求。关键词：模拟器；主控计算机；硬件设计；软件设计中图分类号：TP337文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.16某型火箭布雷车模拟器主控计算机设计与实现万业军1，李焕良2，祝天宇1，申金星2（1.陆军工程大学军械士官学校，湖北武汉430075；2.陆军工程大学，江苏南京210007）35设备管理与维修2023 5（下）与工控机连接，检测各类开关输入和驱动指示灯输出。模拟主控计算机上位软件采用实装软件，实现操炮、装填、定位定向、输入诸元、设置参数、解算、查询、装定等功能。2模拟主控计算机的硬件设计根据模拟器总体设计和主控计算机功能提出需求技术方案，选用 STM32 系列单片机作为处理器，对外围硬件进行选型并设计相关电路，完成模拟主控计算机的硬件设计，为后续的软件应用做好平台支持。模拟主控计算机的硬件系统电路设计模块主要包括处理器、电源、存储器、收发器等（图 2）。2.1硬件组成及选型根据某型火箭布雷车模拟器 整 体 功 能 要 求，采 用STM32F429ZET6 型单片机为模拟器主控计算机的微处理器，具体参数见表 1。处理器与晶振电路、复位电路相连接；电源由PWR 电源、高效整流二极管、转化器、稳压器等组成，为处理器及其他模块提供 24 V、12 V、5 V、3.3 V 等电压规格的不间断供电；选用 IS42S16400J-7TL 型动态随机存取存储器作为存储单元；处理器内部已经集成 CAN 总线的相关控制模块，选用VP230 型 CAN 收发器，结合 SP3232EEN 型 RS-232 收发器，连接火箭布雷车的显控台及液压阀等模拟部件。表 1STM32F429ZET6 型单片机技术参数2.2硬件电路设计模拟器主控计算机的处理器、存储器、收发器等硬件模块选定后，围绕模拟器主控计算机设计的技术要求和系统其他模块的技术参数，设定各个端口，设计处理器电路、电源电路、信号处理电路等。2.2.1模拟器主控计算机处理器电路处理器电路主要包括晶振、电容和电阻（图 3），其中，引脚与稳压器相连，为处理器提供 DC 3.3 V 电源，通过与其他电容和电阻连接保证电流更加稳定。通过晶振为处理器获取时钟信号，设置上拉电阻和电容进行滤波。2.2.2电源电路电源电路主要包括 PWR 电源、高效整流二极管、转换器、稳压器、相关电容和电阻。其中，PWR 电源使用 AC 220 V 供电，通过高效整流二极管和极性电容进行整流，降低输出电流纹波引起的浪涌，提升电源效率（图 4）。2.2.3信号输入电路信号输入电路包括光电耦合器（图 5）、发火仪开关、发射允许开关、电子引信开关和药盘引信开关等，用以完成操作模拟信号输入；选用 SN74LVC16T425 型 16 位双电源总线收发器，连接LJ64H034 型液晶屏，显示模拟出装备图像及实时变化。3模拟主控计算机的软件设计基于上述主控计算机模拟器的硬件设计方案，运用 C 语言编写程序开发底层软件，实现模拟器主控计算机各模块分项功能。根据模拟主控计算机的功能进行分块编写，共包括系统自检程序（system.c）、CAN 协议总线程序（can.c）、指令通道程序（ioin.c）、检测按键程序（key.c）、终端显示程序（lcd.c）、SD 存储终端程序（sdram.c）、定时器程序（timer.c）、串口终端程序（usart.c）等部分组成。以按键输入检测程序为例，主要完成操炮手与主控计算机的人机交互，对操炮手的相应操作进行检测与识别，将按键值通过指令通道程序进行指令转换，动态密钥码防止窥视，将加密指令传输工控机进行二次加密传输，通过 CAN 总线传输到网络交换机网络，同域仿真视景计算机接受指令解码，将指令模拟武器图 3模拟器主控计算机处理器电路图 1模拟器操炮手席位总体架构图 2模拟主控计算机硬件电路设计项目参数内核ARM Cortex-M4主频180 MHz工作电压1.83.6 VI/O 口总数114 个存储资源512 kB FLASH；256 kB RAM封装LQFP144接口资源CAN、EBI/EMI、I2C、IrDA、LIN、SPI、UART/USART、USBOTG36设备管理与维修2023 5（下）图 4模拟器主控计算机电源电路系统实现虚拟装定发火仪、发射允许、电子引信视频信号。信号源推送 CAN 总线，模拟显控台显示信号源内容，主要包括定义变量、程序初始化、按键值检测、扫描按键等流程（图 6）。4结束语主控计算机作为某型火箭布雷车模拟器控制与处理的核心部件，对该模拟器整体有效完成技术战术指标发挥着至关重要的作用。按照目前计算机技术的发展状况看，模拟器主控计算机研制的重点和关键是如何能够与模拟器总体设计方案相配套，以保证高质量的完成模拟训练指标要求，并且需要综合考虑开发周期、研制成本等因素。本方案基于 STM32F4 单片机搭建电路，与模拟器 CAN 总线结构保持一致，优化合并系统结构，从而节约了研发成本、降低了风险、缩短了开发时间，满足了模拟器对于主控计算机的设计要求，有效解决了该火箭布雷车在教学训练中实装数量少、训练成本高、装备易损坏、环境限制多等诸多问题。参考文献1潘军军，孙志勇，郑铮.基于 STM32 的火箭布雷车模拟训练系统通信仿真模块设计 J.装备制造技术，2017（1）：82-85.2秦立冬.某型车载电台虚拟训练软件设计与实现 D.成都：电子科技大学，2012.3李胜朝，谢建.某型导弹模拟训练系统的设计与实现 J.计算机仿真，2003，21（12）：255-257.4王国辉，邓威.基于虚拟现实的自动装弹机虚拟维修训练系统 J.火炮发射与控制学报，2011（2）：27-30.5马天翼，朱国民，阮桂华.直升机工程模拟器主控计算机系统的设计与实现 J.直升机技术，2005（2）：24-28.6赵芳，颜和顺，韩亮，等.数字化坦克车长指控训练模拟器设计与实现 J.系统仿真学报，2009，21（18）：5727-5730.编辑张韵图 5模拟器主控计算机信号输入电路图 6按键输入检测程序流程37