單片機(jī)具有可靠性高、功耗低、擴(kuò)展靈活、體積小、價(jià)格低和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、專(zhuān)用設(shè)備智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，有效地提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149(見(jiàn)圖3)作為核心控制器，它的主要特點(diǎn)是：

　　(1)低電壓、超低功耗

　　該單片機(jī)的電源電壓采用1.8V~3.6V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1μA，在2.2V、1MHz主頻的活動(dòng)模式時(shí)工作電流為280μA，I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA。

　　(2)強(qiáng)大的處理能力

　　該單片機(jī)為16位的精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算，還有高效的查表處理方法及較高的處理速度，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使單片機(jī)在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)8MIPS。

　　(3)豐富的片上外圍模塊

　　該單片機(jī)集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)：模擬比較器A、定時(shí)器A、定時(shí)器B、串行通信接口USART0和USART1、硬件乘法器、12位ADC、端口1~6、看門(mén)狗等。

　　(4)系統(tǒng)工作穩(wěn)定

　　該單片機(jī)在上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，同時(shí)也保證了晶體振蕩器有足夠的起振和穩(wěn)定時(shí)間;之后通過(guò)軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。在CPU運(yùn)行中，如果MCLK發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以確保系統(tǒng)正常工作。如果程序跑飛，可以用看門(mén)狗將其復(fù)位。

　　(5)方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　MSP430F149片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先通過(guò)JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運(yùn)行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲(chǔ)器內(nèi)容等信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試。由于單片機(jī)可支持串行在線編程，使開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)便，并且開(kāi)發(fā)的仿真器價(jià)格低廉，不需要昂貴的編程器。

　　無(wú)線數(shù)傳電路的設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)處理與無(wú)線數(shù)傳電路設(shè)計(jì)主要包括主控制器電路、傾角傳感器接口電路、無(wú)線數(shù)傳模塊接口電路、電源電路等?；?a target="_blank">工作原理是：系統(tǒng)通上電后，主控制器控制傾角傳感器按固定間隔檢測(cè)火箭炮車(chē)體姿態(tài)，將接收到的檢測(cè)結(jié)果運(yùn)算處理，計(jì)算每個(gè)千斤頂?shù)恼{(diào)整量，再通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給操縱指示器。

　　(1)主控制器及接口電路設(shè)計(jì)

　　主控器采用MSP430F149單片機(jī)，串口1經(jīng)TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換接傾角傳感器，用于接收傳感器輸出數(shù)據(jù)，串口2 TTL電平接無(wú)線數(shù)傳模塊，發(fā)送車(chē)體縱橫向傾斜角度和調(diào)整角度至操縱指示器。主控制器及接口電路如圖3所示。

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　　圖3 主控器及接口電路圖

　　2)電源電路設(shè)計(jì)

　　電源采用12V/1000mAh的鋰電池，直接為傾角傳感器供電，再經(jīng)兩路DC-DC轉(zhuǎn)換，分別轉(zhuǎn)換至9V和3.3V，9V電源為無(wú)線數(shù)傳模塊供電，3.3V為主控制器及接口電路供電，充電電路采用LM317芯片，恒流方式充電。電源電路見(jiàn)圖4所示。

　　(3)無(wú)線數(shù)傳模塊的選用

　　在一些多測(cè)試點(diǎn)的系統(tǒng)中，伴隨傳感器而來(lái)的是大量數(shù)據(jù)線纜。眾多的線纜不僅帶來(lái)布線的復(fù)雜不便，而且存在著短路、短線隱患，成本高，易老化，還給系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)增加了難度。另外，在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，需要將傳感器放置在有危險(xiǎn)的封閉環(huán)境中進(jìn)行工作，試圖通過(guò)連線的方法得到傳感器的信號(hào)顯然是有一定難度的。而采用無(wú)線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳送，可以解決這一問(wèn)題。相比有線傳輸，無(wú)線傳輸具有不占據(jù)空間、沒(méi)有布線要求、成本低、可靠性高、維護(hù)方便及傳輸中的干擾較少等優(yōu)點(diǎn)，這也在一定程度上提高了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

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　　圖4 電源電路圖

　　根據(jù)實(shí)際情況，本文采用ZT-TR43F無(wú)線數(shù)傳模塊，它是一款無(wú)線收發(fā)一體的低功耗通信模塊。該模塊的技術(shù)指標(biāo)如下：①載波頻率為433MHz，工作頻率為428MHz~435MHz;②最大發(fā)射功率5mW，接收靈敏度﹣105dBm;③采用FSK調(diào)制，采用前向信道糾錯(cuò)編碼，抗干擾能力強(qiáng);④有八個(gè)工作信道可供選擇;⑤傳輸速率9.6kbps;⑥降低噪聲放大器LNA、功率放大器PA、壓空振蕩器VCO等大部分功能集成在芯片內(nèi)，外圍電路簡(jiǎn)單易于開(kāi)發(fā)。采用該無(wú)線數(shù)傳模塊，可以使車(chē)體調(diào)平裝置滿足某型火箭炮調(diào)平時(shí)的無(wú)線數(shù)傳要求：①適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪嚯x，一般以不超過(guò)30m為宜，通信功率過(guò)大使通信距離過(guò)遠(yuǎn)，會(huì)造成炮與炮之間相互干擾;②較強(qiáng)的抗干擾能力，系統(tǒng)在較強(qiáng)的外界干擾中也能正常工作;③較低的功耗，該裝置野外應(yīng)用，無(wú)固定供電電源，只能靠電池維持系統(tǒng)運(yùn)行。

　　無(wú)線模塊ZT-TR43F與單片機(jī)接口提供了RS232/TTL/RS485三種接口方式，本系統(tǒng)采用TTL接口方式，方便與MSP430F149單片機(jī)的接口。其中MSP430單片機(jī)的RXD、TXD口分別與無(wú)線模塊的TXD、RXD口相接，地線與地線相接。

　　考慮到多門(mén)火箭炮同時(shí)調(diào)平時(shí)，有多個(gè)調(diào)平裝置同時(shí)工作，為防止之間相互干擾，采取不同的通信信道或不同編碼方式識(shí)別，每個(gè)裝置上帶有撥碼盤(pán)，通過(guò)撥碼盤(pán)設(shè)置各自的通信信道或識(shí)別碼。

　　調(diào)整角度的計(jì)算

　　主控制器接收到車(chē)體的縱橫向傾斜角度后，需要計(jì)算每個(gè)千斤頂相對(duì)調(diào)整的角度，角度計(jì)算的幾何關(guān)系見(jiàn)圖5。

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　　圖5 角度計(jì)算關(guān)系圖

　　如圖5所示，車(chē)體水平傾斜角度可反映在橫向和縱向兩個(gè)方向，圖5中a和b分別為橫向和縱向傾斜角度，設(shè)α和β為傾角傳感器得出的橫向和縱向角度。若α大于0，則A端千斤頂打高，B端千斤頂打低。兩端千斤頂各位移約為α/2乘以AB端點(diǎn)間隔的一半的距離，然后調(diào)整千斤頂直到橫向水準(zhǔn)氣泡居中。若β大于0，則A端和B端同時(shí)打低，若β小于0，則A端和B端同時(shí)打高。打高過(guò)程中調(diào)整千斤頂直到縱向水準(zhǔn)氣泡居中。