火控计算机自动检测系统的设计

　摘要

　　随着科学技术的进步，国产武器系统的发展也日新月异，高科技装备越来越多，性 能也越来越强，但武器系统的检测技术和检测设备却发展缓慢。以国产某型号火箭炮火 控计算机检测为例，虽然火控计算机已经更新换代，但是依然采用人工为主的检测方法， 效率很低，而且在操作过程中会对火控计算机及检测台造成严重磨损，影响火控计算机 及检测台的使用寿命，所以研究和改进该型号火控计算机检测方法对于提高检测效率、 保证检测质量，以及提高火控计算机的稳定性和使用寿命具有实际的意义。

　　本文基于现有的火控计算机检测台，研究具有电压测量和自动输入功能的火控计算 机检测方法。以 AT89C51 单片机为控制核心、ADC0808 为模数转换器件、LCD1602 液 晶为显示设备设计了电压测量模块，并利用 proteus 实现了精度为 0.01V 的电压测量模 块的仿真。针对人工输入指令检测火控计算机的效率低下，容易出错等问题，利用 CH9326 串口转 HID 芯片，设计了自动输入模块。该模块可以生成检测所需的指令，并 根据火控计算机每个检测项目所需的检测时间，利用软件设计相邻指令的不同时间间 隔，从而实现了加电便可以自动输入指令检测火控计算机的目的。 针对纸质表格记录火控计算机检测数据具有不方便保存、容易出错以及浪费资源、 效率低等缺点，本文利用 C/C++语言，基于 MFC（微软基础类库），实现了数据记录软 件的设计。该软件可以保存火控计算机的串口、RD、CAN 口等检测数据，从而替代了 纸张，解决纸质记录浪费资源的问题，还可以方便的进行数据的添加、保存、修改等操 作，同时，采用二进制方式保存检测数据，相比明文，具有较高的安全性。

　　本文的研究成果可以提高该型号火箭炮火控计算机的检测效率和检测质量，同时还 可以节约资源、减少浪费，提高武器质量。

　　关键词：火控计算机，电压测量，自动输入，记录软件

Abstract

　　With the rapid development of science and technology, the development of domestic weapon systems is also changing with each passing day. More and more high technologies are used, and more and more advanced, with stronger and stronger performance. However, the development of weapon system detection technology and detection equipment is slow. In certain domestic type fire control computer test, for example, although now the fire control computer has been updated, but still USES the artificial detection method, efficiency is very low, and the wear and tear of the fire control computer and test bench is very serious, so research and improve the type of fire control computer detection methods for the improvement of detection efficiency and quality, and improve the stability and service life of the fire control computer has the practical significance.

　　Based on the existing fire control computer testing platform, this paper studies the fire control computer testing method with the function of voltage measurement and automatic input. With AT89C51 microcontroller as the control core, AD0808 as the digital-to-analog conversion device, LCD1602 liquid crystal as the display device voltage measurement module, and using proteus to achieve the simulation of the voltage measurement module, completed the accuracy of 0.01V voltage measurement module design. Aiming at the low efficiency and error-prone problem caused by manual input in the detection of fire control computer, the automatic input module is designed by using the CH9326 digital-to-analog conversion chip and AT89C51 as the controller. According to the detection time and recording time of each item in the fire control computer, this module designs different time intervals of adjacent instructions from the software level, thus realizing the purpose of automatically inputting instructions into the fire control computer after power is added.

　　At the same time, in view of the inconvenience, error prone, resources wasting and low efficiency of using paper form to record fire control computer detection data,this paper uses C++ language, based on MFC （Microsoft base class library）， to achieve the design of data recording software. The software can save the testing data of fire control computer serial port, RD, CAN, which can replace the paper recording and solve the problem of wasting resources.

　　It is also convenient for data adding,saving, modifying.Simultaneously the test data uses binary code to record, compared with clear, which has high security. The research results of this paper can improve the detection efficiency and quality of this type of fire control computer.It can also save resources, reduce waste and raise the quality of weapons.

　　Keywords: Fire control computer, Voltage measurement, Automatic input, Recording software

目 录

　　1 绪论

　　1.1 课题研究背景与意义

　　本课题来源于北方自动控制技术研究所某远程火箭炮改装项目。在完成火控计算机 检测系统改进的基础上，对检测数据的记录方法进行了研究。 随着我国军事技术的发展，装备部队的火箭炮武器系统智能化程度越来越高，火控 计算机作为火箭炮的信息与控制核心，功能也越来越复杂。以国产某型号远程火箭炮为 例，在该型号的远程火箭炮中，火控计算机主要的作用是与火箭炮火控系统的其他单体 进行数据交换与命令通讯，同时采集车辆信息，检测和控制火箭炮车的一系列状态与操 作，并进行自动操描解算，所以对其可靠性和可维护性要求非常高。但是，火控计算机 构造精密复杂，维护检修难度大，以往采用的检测方法对维护人员的技能和知识要求很 高，而且需要多种设备支持，所以维护效率很低、检测质量差[1]. 在对国产该型号火箭炮火控计算机进行检测时，需要利用检测台向火控计算机发送 指令，火控计算机完成操作并将结果返回检测台，由检测台进行分析并给出最终的检测 结果。但是检测时需要检测台、显示器和两个键盘同时接入火控计算机，布线很复杂， 不方便拆卸。

　　其中，检测台主要负责向火控计算机输入检测指令，并且判断检测结果是 否正确，显示器则直接连接在火控计算机上，显示火控计算机的内存等信息。这种检测 方法需要利用键盘手动选择检测内容并输入数据，因此很容易出现输入错误或者误碰等 情况导致检测出错，这些都降低了检测效率和检测质量，而且当检测到火控计算机出现 问题时，还需要将火控计算机检测台撤下，将线缆移除，然后测量火控计算机的端口电 压，查找出错原因，这也进一步增加了工作量，并且加速了火控计算机接口、线缆以及 火控计算机调试台的损耗，增加了成本。 另外该型号火控计算机的检测数据通常采用纸质表格记录，由于火控计算机在整个 火箭炮的火控系统中很重要，所以对其检测数据的记录要求也很严格，记录的表格不能 涂改，因此一旦某个数据记录出错，便需要更换表格，重新记录数据，这无疑会提高检 测人员的工作难度、增加工作量以及工作压力，同时造成资源浪费。

　　基于以上背景，本课题研究并设计了火控计算机自动检测系统，达到自动选择检测项目并输入检测指令的目的，并且设计了电压测量电路，实现了不需要移除外部设备就 能够测量管脚电压的目标。同时，本文基于 MFC 设计了火控计算机检测数据记录软件， 用来代替传统的纸质表格，减少纸张的消耗和资源浪费，而且增加数据记录的灵活性， 减少因记录错误带来的额外工作，提高了检测效率。

　　1.2 国内外研究现状

　　1.2.1 火控计算机检测的研究现状

　　现在国内对于各类武器火控计算机检测方法的研究也一直在进行。 王志强通过模拟火控计算机系统与雷达之间的数据传输与处理流程，完成了基于通 用平台的 LLP12 火控计算机系统雷达接口模拟器的硬件和软件设计，实现了验证该款火 控计算机接口正确性的目标[2]. 汪元蛟设计了火控计算机系统测试平台，完成了对某型号火控计算机显示屏、数据 通讯以及数字键盘的功能测试[3]. 郑文等基于 PC 总线，设计完成了国产某型号雷达火控计算机的接口模块测试方案， 同时开发了可以检测该火控计算机性能和故障的测试软件，实现了对该型号火控计算机 的检测[4]. 陈军伟等采用相关矩阵的方法解决了某新型装甲车辆火控计算机在维修与保障时 存在的检测困难、检测效率低以及不够可靠等不足，为该型号装甲车辆的维护与保障提 供了技术支持[5].

　　1.2.2 电压检测的研究现状

　　目前，全球的电压检测方法和设备越来越多，电压检测设备正在朝着经济、小型、 快速的方向发展，许多学者都在该领域做出了贡献。 2018 年，杨淑霞等从电压有效值的定义、测试系统和规则采样的原理以及采样程序 等方面，证明了基于规则采样的电压有效值测量方法可以应用于移动电站电压有效值的准确测量，按照 GJB1488-92《军用内燃机电站通用试验方法》进行试验，试验结果符 合 GJB 235A-97《军用交流移动电站通用规范》的要求[6]. 2018 年，翟伟芳等采用将电压测量仪器的表笔探针直接与测量仪机身相连的方法， 实现了仪器小型化及轻量化的改进设计，实验证明，该方法可以有效提高电压的测量效 率[7].2018 年，蔡骁利用 FPGA 和电压采集芯片 MAX1312,并利用 SG240128-01D 系列 的液晶显示屏给出了电压测量系统的解决方案[8]. 2019 年，游志宇等通过将电阻分压、高速模拟切换开关与高速数据采集卡相结合， 设计完成了高速单片电池电压检测系统。该系统可以达到对单片燃料电池电压进行高速 与高精度采集的目标。通过多次实验测试得出，该检测系统的测量速度以及精度均比现 在的检测系统高，平均误差为 4.52 mV,测量时间小于 6 ms[9].

　　综上所述，在电压测量方面国内外的学者已经做了很多的研究，并且取得了很大的 成就，本文在此基础上深入研究，从而实现在火控计算机发生故障时，不用拆卸设备即 可实现电压测量与查找错误点的目标。 1.2.3 输入设备的研究现状 现在常用的输入设备有鼠标、键盘等，在对设备进行检测时，常常也要用到鼠标、 键盘输入指令，但是这些输入设备使用起来往往会带来各种不便，而且还常常会因为误 触等带来不必要的麻烦，因此现在很多专家、学者进行了相关的研究用来克服这些缺点。

　　2018 年，罗志聪等利用 Android 设备具有的方便、开放等特点，开发了服务于电脑 端的应用程序。该程序可以利用 TCP/IP 协议，以及 Socket 编程与自定义数据传输方法， 实现便携式设备与电脑端的无线连接，从而解决了 Windows 平台互通性差的问题。通过 测试，开发的模拟输入设备可以模拟键盘、手柄、遥控器等多种设备，具有非常好的兼 容性[10].2019 年，王成志等利用 AutoSim 通过静态分析方法识别应用中控件需要的文本输 入类型，并在应用动态执行的过程中将符合控件输入类型的文本注入到控件中，有效提 高了动态分析的覆盖范围。经实际运行测试，该方法在识别界面软件输入类型中的准确率达到了 88.68%,并且能够帮助自动化测试工具扩大 33.7%的界面覆盖率。同时，该方 法还可以避免人工干预对动态分析效率的降低问题[11].

　　除此之外，现在利用语音输入、手势输入的设备也越来越多，这些设备都可以降低 出错率，提高生产效率以及产品质量。

　　1.2.4 记录软件的研究现状

　　由于记录数据常采用 Excel、word 等软件，或者是纸质的表格，记录效率低，而且 使用纸质表格时容易因记录出错导致记录混乱，不方便查看，并且利用纸张记录出错后 需要重新记录，大大增加了工作量，所以现在很多学者都在进行专用的记录软件研究与 开发。2018 年，李建兵等利用 C/S 架构开发了管理学生上机信息的软件系统，该软件系统 在与 Xplico 开源取证工具配合后，可以实现学生上网信息记录和登记的功能[12].

　　2018 年，赵峰等设计开发了基于 Windows 平台的资料记录与数据处理软件。这款 软件可以自动生成外业记录软件的配置文件、打印外业观测手簿、打印成果与精度统计 表。最重要的是，该款软件可以对数据进行加密解密处理，提高了数据记录的安全性。 同时该软件还具有自动转换数据格式的功能，并且可以解决大量人工参与资料整理带来 的工作量大、效率低、出错率高的问题[13].

　　2018 年，张健等利用 VBA 编程技术，同时基于 Excel 开发了可以智能检定并自动 处理数据的软件。通过测试，这款软件可以有效增强数据的安全性、提高工作人员的工 作效率和工作质量，并且具有很高的数据查询、保存以及检索能力。同时，应用该款软 件还可以减少纸质记录，节约资源，达到保护环境，节能减排的目标[14]. 2019 年，刘娜等借鉴 E-R（Entity-Relation）图模型的基本思想，通过分析罗氏机械 增压器的具体结构组成，将设备中各零部件及其两两间的装配关系分别编码，得到一种 新的记录装备维修数据的方法，该方法提高了记录效率，并且在后期进行数据挖掘时有 明显优势[15]. 2019 年，潘天祥等基于 Android Stdio 2.3.3,利用徕卡 TS50 的 GeoCom 接口技术和 蓝牙模块以及全自动目标追踪与测量功能，开发了一款适用于高铁平面控制测量的软件。该软件可以在手机客户端进行参数配置，具有目标学习和目标测量等功能，有效减 少了人工的繁琐操作，提高了记录的准确性，实现了高速铁路测量项目的测量目标[16]. 虽然有许多学者进行了记录软件的研究，但是所开发的软件都有很强的针对性，不 能直接使用在其他类型数据的记录上，所以本文针对火控计算机检测数据的记录方法和 内容进行研究，开发适合记录的软件终端。

　　1.3 本文研究的主要内容及论文结构安排

　　本文主要研究某型号火箭炮火控计算机自动检测系统，根据火控计算机检测要求对 检测系统进行改进，并开发火控计算机检测记录软件。论文的主要内容如下： 第一章：绪论。介绍了课题的研究背景和意义，以及电压测量、输入设备和记录软 件的研究现状，确立了论文的主要研究内容。

　　第二章：火控计算机检测平台的检测方案。对火控计算机检测平台的作用、内部构 造以及检测方法和检测步骤进行了介绍。同时，分析了现有检测系统的缺点与不足，进 而提出了系统的设计方案以及设计指标，并且给出了记录软件的设计方案。

　　第三章：电压测量电路的硬件设计和软件设计。主要包含电压测量电路主控芯片的 选择、数模转换模块以及显示模块的设计，并利用 proteus 软件设计出了原理图。同时， 还对电压测量电路软件设计部分进行了介绍。

　　第四章：输入电路的硬件设计和软件设计。主要包括输入电路的设计原理，并从输 入电路主控芯片的选型、串口转 HID 模块以及输入接口等方面进行了电路的原理图设 计。本章还介绍了 PCB 的设计规则和注意事项，以此设计了输入电路的 PCB.最后， 从软件的设计流程、指令的键值以及指令输入的间隔时间等方面进行了输入电路的软件 设计。

　　第五章：记录软件的设计。本章主要介绍了记录软件设计的编程环境选择、记录软 件的布局以及软件设计的流程。同时，还介绍了该软件设计时的注意事项和用到的设计 方法，最终给出了软件设计的最终效果。

　　第六章：系统调试。本章主要从电压测量模块、输入模块以及记录软件等三部分对 火控计算机自动检测系统进行了调试。经测试，三部分均能满足设计要求，可以用于火控计算机的检测。

　　第七章：总结。对本文所做的工作进行总结，分析系统设计中的优缺点，并对工作 做进一步的展望。

　　2 火控计算机检测台构造与检测方案

　　2.1 火控计算机检测台构成

　　2.2 火控计算机检测方法

　　2.3 火控计算机检测内容

　　2.4 检测系统缺陷分析

　　2.5 本章小结

　　3 电压测量模块设计

　　3.1 电压测量模块电路设计

　　3.1.1 电压测量原理

　　3.1.2 电路原理图设计

　　3.2 电压测量模块软件设计

　　3.2.1 编辑器选择

　　3.2.2 软件设计

　　3.3 本章小结

　　4 输入模块设计

　　4.1 输入模块电路设计

　　4.1.1 设计原理

　　4.1.2 输入模块原理图设计

　　4.2 输入模块 PCB 设计

　　4.3 输入模块程序设计

　　4.4 本章小结

　　5 记录软件设计

　　5.1 记录软件设计要求

　　5.2 编程语言及编程工具的选择

　　5.2.1 编程语言的选择

　　5.2.2 编程工具的选择

　　5.3 记录软件开发

　　5.3.1 界面设计

　　5.3.2 数据存储与读取设计

　　5.4 本章小结

　　6 系统调试

　　6.1 电压测量模块调试

　　6.2 输入模块调试

　　6.3 记录软件调试

　　6.4 本章小结

7 总结与展望

　　7.1 本文总结

　　本文从国产某型号火箭炮火控计算机现有的检测方法、检测台构造等方面介绍了现 在火控计算机检测方法的不足，然后从以下三点完成了火控计算机自动检测系统的设 计。

　　（1）电压测量电路的设计。利用该电压测量电路可以实现当火控计算机检测出错 时，不拆除外部设备即可查找错误原因的目的。该电压测量电路可以实现 0~30V 电压的 检测，精度为 0.01V,完全可以满足要求；

　　（2）输入电路设计。本输入电路工作原理是模拟键盘的工作原理，实现自动向火 控计算机调试台输入指令的目的。该输入电路可以自动选择相应的检测项目对火控计算 机进行检测，并且利用软件实现了不同的检测项目给与不同检测时间的效果，而且在每 次检测结束后留有合理的时间供检测人员记录。解决了人工检测时常常因为误触导致检 测失败，需要重新检测带来的效率低下等问题。

　　（3）记录软件设计。根据纸质表格记录数据有记录效率低、不方便记录、不方便 修改和保存、安全性差等缺点，设计了火控计算机检测数据记录软件。该软件界面简洁 明了，操作简单，使用难度低，可以很方便的进行数据的记录、修改和删除，而且数据 采用的是二进制方式进行存取，不容易泄密，安全性好。在发生电脑死机、重启或者软 件崩溃等突发情况时，数据包也不会出现损坏或丢失，可以很快的进行修复。

　　7.2 未来展望

　　本文进行了火控计算机自动检测系统的设计，可以对火控计算机检测台自动输入检 测指令，实现了自动选择检测内容和自动输入检测指令的功能，同时还设计了火控计算 机检测数据记录软件，实现了方便记录、修改记录数据，提高检测数据的安全性，同时 减少资源浪费的目的。但是，本文也有许多不足，主要有以下几个方面。 （1）电压检测电路的精度可以进一步提升。现在电压检测电路的检测精度为 0.01V,在以后可以进一步修改设计，提升检测精度。

　　（2）输入设备现在只是利用程序生成键值单方向火控计算机检测台输入指令，依靠 时间间隔达到输入不会互相干扰的目的，不能检测是否检测完成，整体设计不够智能化， 在以后的设计中，要利用串口通信实现输入设备和检测台的相互通信。

　　（3）利用记录软件记录检测数据时，需要检测人员输入数据，在今后的设计中，要 实现记录软件自动从检测台读取数据并记录，实现自动化检测的目的。

致 谢

　　三年的研究生生活转瞬即逝，学生时代也马上结束，即将步入工作岗位中去迎接新 的挑战。这三年可以说是我生命中最重要的时光，这三年中，在老师、同事和同学的帮 助下，我学到了很多知识，增长了很多见识，不经意间成长了很多，感谢所有帮助过我 的老师、同事和同学。

　　首先，我最需要感谢的就是我的导师王召巴教授。在研究生三年中，王老师给予了 我极大的关心与帮助。研二时，王老师帮我联系了北方自动控制技术研究所实习，研三 又不辞劳苦的悉心指导我的毕业论文，正是王老师在百忙之中的认真指导和辛苦批改， 我才能顺利完成本篇论文。另外，王老师深厚的学术造诣，对待科学严谨的态度，都值 得我终生学习。我将一直将王老师作为学习的榜样，不断奋斗。

　　其次，我要感谢北方自动控制技术研究所给我提供的实习机会，感谢姚翔师傅在实 习期间给与我的指导与帮助。正是由于姚师傅的帮助，我才能在实习的一年中，接触到 许多学校里学习不到的新知识，不断提升自己的实践能力，并且有机会参与到公司的项 目研究设计中去，同时，姚师傅也在我完成毕业论文的过程中，为我提供了方向和技术 支持。也感谢调试二组的宋艳芳组长、杨雷泽副组长、王俊师傅、杨文斌师傅等前辈， 这一年他们无论对我的生活还是学习上都提供了很大的帮助，让我能在短暂的实习中不 断进步，不断成长。

　　另外，还要感谢实验室所有老师与同学对我的帮助。在三年的研究生学习中，感谢 课题组陈友兴老师、金永老师、王伟老师、吴其洲老师、赵霞老师等对我的指导与关心。

　　感谢涂晨、王炳伟、谢鹏英等同学的帮助。此外，还要感谢我的家人，感谢他们在我读 研期间在我生活上给予我在经济与生活上的支持与关怀。 最后，感谢所有参与本论文评审与答辩的专家和老师。

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