基于无线数据传输的水下爆炸压力遥测系统

发布于:2021-12-08 02:05:43

电子工程师 测 控 技 术 与 设 备 h CE $ &v %h G’% B v C ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ((

基于无线数据传输的水下爆炸压力遥测系统

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国防科技大学电子科学与工程学院 长沙 A C D F @ BCE 大连 B H A F 中国人民解放军 G A G部队 G 分队 @ BE D BCB 李洪涛 闫吉杰 皇甫堪

摘 要 J 介绍了基于无线数据传输的水下爆炸压力遥测系统 K 该系统能够对水下多 个测点 上 I 的爆炸压力 峰值 L 冲击波与二 次波 波 形 L 心与 测 点间 的 距 离 等 进 行 同 时 测 量 M 将 测 量 数 据 实 时 或 爆 并 重复发送到主控站 K 同时详尽阐述了系统采用的各种关键技术和软件的功能 L 通信控制技术等 K 关键词 N 数据采集 M无线通信 M扩频 M 抗干扰 I ’6(6 Q ST T VWYZ \ S R \ U \ Z ^S TZWXTS^ V S Y O +3PJ R U S XV[ ]^YS^ _ ‘ S\ a b^ Z V^\SVcZScS^ V d^^S U\W eYc X _ ^[Z US XfW b^ UUYU ^Shi SSU cS^ V dT WYMYW eYc ]XcS^ V R V S^[ Y VX gV X^jVb U\W ZX^ R^^^S U S X U\SYScU W b acU S TZWXTS^ V^ R a b^ Z V^\SMYSfU SdU R] gYS^ ZkfU S X R SZ [ V j VT W ^Z R R ] j^U [YS^]X UefU SMYS[^U ] j^ R W X S Y _ Y S R a b^ X]XS X R SfSXYSS TZW S YVU [YScS^ V dT WY YYS^cSY MU [YS VX cW R Z U\W X ZX^U R U W cS X R XYU ^ YYS cS^ V d[ Y ZYS]XVb YY X R^T T VU^ b_ VY^Ub W[ g S SR W\ ^W R U\W UUY R Z YZ ^UW hQ W U S b X Z ZSU ZUS b kX ^Z k eY] X‘ S XYS ^^S eYcMYSgX Y XZ YS^g VMU [YSY] X‘ SZ ]cc\ W Y X]XVb R \ ]W g R ZY S X R SR W\ g Z Z fU X] W Z YZh UZ n l$m 3 +[ Y ]\^ WXMfW b^ Z 9 *;N UUU‘ W Y WZ V S^]cc\ W Y X TS[^ SY\ S X] W M^ VU T ]VcMU Y occWd UZ XWU X 武器的命中精度和爆炸威力是武器装备的两个最 重 要的战术技术指标 M 下 爆 炸 压 力 遥 测 系 统 是 为 考 水 核水中兵器的水下爆炸威力及对舰船的毁伤能力而研 制的 M 它可以对水下多个测点上的爆炸压力峰值 L 冲击 波 与 二次波波形 L 爆心 与 测 点 间 的 距 离 等 进 行 同 时 测 量K

r 关键技术

p 系统设计方案
水 下爆 炸 压 力 遥 测 系 统 由 两 部 分 组 成 N 量 站 和 测 主控站 K 测量站由传感器组 L 数据采集器 L 单片机控制 系统L 数字电台 等 组 成 q 控 站 由 数 字 电 台 L 讯 适 配 主 通 主控机及其输入输出设备组成 K 如图 B所示 K 器L

图 B 系统组成框图 其工作过程如下 N 爆炸发生后 M 测量站的压力传感 器组将单次瞬态爆炸压力波信号转换为相应的电信 号M 送数据采集器进行采集 M 然后通过数字电台发送采 样数据 q 主控站数字电台收到采样数据后 M 通过适配器 与主控机建立通讯联系 M 主控机接收并处理数据 M 显示 打印冲击波峰值 L 冲击波与二次波波形等 K

r p 扩频通信技术 h sZZZU公 司 生 产 的 t u i 电 台 增 加 一 个 YVb sG C 型 无 线 数 传 sZ S 后 M 成 为 具 有 扩 频 功 能 的 数 字 电 便 [c 台 K 其原理是 N 在发送端用扩频编码去扩展信号频谱 M 在接收端用相同的编码解扩 M 使之还原成原始信号 K 具 体做法是 N 发送端信号经模 v加法器调制 M 再经过伪随 机码发生器产生扩频信号 M 加在载波调制器输入端 M 利 用 wx z 方式调制 成载波 信号 M 调制后 获得 的宽带 扩 y 频信 号放大 后发 射 出 去 q 接 收 端 M 频 信 号 经 放 大 L 在 射 射 频宽 带滤波 M 同步电 路 从 发 来 的 扩 频 编 码 的 相 位 由 中拾取同步信号 M 经解扩后还原出原始信号 K 无 线通 信 采 用 扩 频 技 术 M 于 扩 频 信 号 隐 藏 在 白 由 噪声中难以检测 M 因而具有较好的通信保密性 M 同时使 抗干扰性能好 M 易于实现码分多 系统有较高的信噪比 M 址K 数字电台与主控机的通信协议为 N 标 { 通 信 接 口 N 准 串 行 | nE 接 口 M 线 制 全 双 G yv v 工方式 q { 通信字格式 N 位起始位 M 位数 据位 M 位停 止 B } B 位q { 波特率 N } C U ~K A C_ \ ^ 数据采集技术 rr h 数据采集一般指将连续变化的模拟量转换成离散 的数字量 M 送处理机进行处理的过程 K 数据采集的核心 是 !~ 转换芯片的选取及其与处理机的接口方法 K 数 "

! 收稿日期 N C v G A v C )C )C

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李洪涛 - 0 等 基于无线数据传输的水下爆炸压力遥测系统 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 据采集器的电路实现如图 !所示 "

图 ! 数据采集器 ! ! $ %& 转换芯片的选取 ## ’ 水下爆炸压力遥测系统的数据采集器采用 这是一种基于半闪 速 $, (%) ( 公司的 (%) + 芯片 * 技术的高速 .位 %’ / 其主要特性如下 0 转换时间为 2 3 5 1 246 1 采样速率为 $ 7 6 (5 5 保持 6 1 内部采样 & 双模拟输入 6 1单& 单一 8+ 或 :+ 供电 6 1 9 9 1.位数据并行输出 " 选择 (%) + 的主要原因是 0 对爆炸压力波信号 $, 而 的 采 集 要 求 有 较 高 的 采 样 率- 对 精 度 要 求 不 高6 外 围 接 口 电 路 简 单6 + 的 供 电- 位 数 据 $, 8 9 . (%) + 并 行 输 出 - 之 与 .位 单 片 机 %;. / !的 接 口 变 得 使 <+ 十分简单 " ! ! ! 采样速率的转换及采样控制 ## 二 水 下爆 炸 信 号 的 冲 击 波 波 形 尖 锐 - 次 波 波 形 * 缓" 为了节省存储空间 选取冲击波采样速率为 $ 7 (5 5 快采 > 二次波 采 样 速 率 为 ? @ 7 = 采 > 硬 件 上 分 = 3 55 慢 " 慢采 时 钟 电 路 - 定 时 器 设 定 快 A 采 开 始 由 慢 别设计快A 及 结 束 时间 - 此选通 快 A 采时钟 电 路 - (%) + 由 慢 为 $, 的& 和& ’ 引 脚 提 供 周 期 分 别 为 $ BC C (DE 和 和 + 5 & ’> ? @ A 脉 冲 宽 度 为 , 34 = BC> ! 34 = C 3 DE 负 3 5& 的读写控制信号 " ! ! , 采集数据存储 ## 数 据 采 集 器 上 有 一 片 容 量 为 ,F 的 高 速 非 易 失 ! 型 C !+. 其 %(= DF$ , > 存 储 采 集 数 据 占 用 ! F- 中 冲 击 波 数 据 $ F- 入 3 3 DG ! H D 单 元 6 次 波 数 存 二 ! 33 HH 据 $ F存 2 存入 , 3 DG 2 H D 单 元 - 满 ! F 后 采 样 33 . HH 自动停止 " 由四片 I ? $ $组成的 $ 位计数器 = 只 2 JK H 2 用低 $ 位 > + 作为存储器地址产生器 " 双单片机控制技术 LM # 测量站采用蓄电池供电 为了减少能耗 延长工作 时间采用了双 单片机 控制技术 - - 片 . / !作 为 即 一 <+ 值 更 / O- 片 . / !作 为 主 / O- 开 供 电 - 立 一 分 独 <+ N N 执行各自的功能 "刚开机时 值更 / O 工作 接收 A 执 N 行并应答主控站的遥控命令 6 测量准备时 主控站发遥 控开机命令 继电器动作使主 / O 上电 工 作 延时 2 N 5 后主 / O 接 管与主控 站的 通信 - 更 / O 则 退 出 通 值 N N 信 状 态 - 待接收 主 / O 的 命令 " 值 更 / O 主 要 完 等 N N 成开关机 A 测量系统自检 A 串行通讯 A 电源监视等功能 6 主 / O 主 要 完 成 地 址 译 码A 值 检 测A 据 传 输 控 峰 数 N 制A 键盘与显示控制等功能 " 其功能框图如图 ,所示 " L P 抗干扰技术 #

! ? $ 强干扰环境下的远距离无线通信技术 ## 测量 站置 于 海 * 面 的 浮 体 上 - 控 站 设 在 岸 基 或 主 通信距离为 + QG$ @ 海上的动力舰船上 3 Q" 由于海 @ 水吸收电磁波 且舰船周围电磁干扰比较严重 通信条 件恶劣 必须采取必要的抗干扰措施 " = >天线 $ 天线的架设高度及其增益直接影响着通信距离和 通 信质 量 " 针对海 水 吸 收 电 磁 波 A 上 干 扰 源 多 的 情 船 况特制防雷电 A 抗强电磁干扰和多径干扰的可伸缩全 向天线 " 架设高度为 $ QG! Q3 3 增益为 2 S 3 S R G$ R 通信质量很好 " = >冗余设计 ! 采用两 套 频 点 不 同 的 数 字 电 台 作 为 冗 余 设 计 在 频点的选择上避开当地环境的主要干扰频带 " ! ? ! 电源抗干扰技术 ## 用 电源 电 压 监 视 器 抗 电 源 干 扰 - 一 种 行 之 有 效 是 的方法 " 系统采用 %’ < 芯片 确保上电复位 防止 (2 2 断电或电压较低时代码出错 6 无论何时 只要电源电压 低于复位门限 复位端就能可靠复位 同时能检测出电 源 瞬时降 压的干 扰脉 冲 - 产 生 执 行 信 号 使 系 统 可 靠 并 复位 " ! ? , 软件抗干扰技术 ## 软件设计时采用的抗干扰措施主要有 0 能 = >看 门 狗 BTV R Y 亦 称 程 序 运 行 监 视 器 $ UW X 有效防止单片机系统在不可预测干扰作用下的程序执 行紊乱问题 " = >软件陷阱与指令冗余 " 通过在关键的地方人 ! 为地插入一些单字节指令 将已经跑飞的程序拉回来 " 如下面的三字节指令 0 JZN JZN [ (N] C \ C ZC = >关键字重送技术 " 在系统程序正确执行的情 , 况下 - 些单片机 系统的 外 围 芯 片 受 干 扰 后 易 丢 失 控 有 制字 而通过在程序的适当位置重送这些控制字 可有 效 避免这 种情况 的 发 生 " 此 外 - 统 还 采 取 了 光 电 隔 系 离A 使用多层电路板 A 数字地和模拟地单点星形连接且 靠*电源 A 加粗电源线和地线等一系列抗干扰措施 "

M 系统软件设计
系统软件包括测控软件和处理软件两部分 "

图 , 双单片机控制电路 1L1 ^

电子工程师 测 控 技 术 与 设 备 " iv x+ w" Gyw % + i z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z zz
! # 测控软件 " 对系统进行初始化 ( $ &测控软件的主要任务是 ’ % 自检 ) 预置各种 参 数 ) 理 键 盘 输 入 和 液 晶 屏 显 示 ) 处 存 储( 传输采样数据 ) 实时通信控制 ) 抗干扰设计 * 其功能模块如图 , $ &测控软件用汇编语言编写 ) + 所示 * $ &通信控制方法 测控软件中通信控 制 模 块 至 关 重 要) 信 程 通 序 一 旦 出 现 问 题) 个 系 整 统 就 会 瘫 痪) 取 差 错 控 采 制与容错技术是非常重 要的 * .主控站发送的命 令中包含一定数量的同 图 , 测控软件功能模块 步符 / 0 和三字节的密 / 码) 测量站在连续收到 1个同步符后进行密码验证 ) 验 证通过后正式接收命令字节 2 如未通过 ) 则测量站发一 信号让主控站重发 ) 三次验证不过则停发该命令 2 测量 站发 3 主控站收时 ) 与此相同 * 第 . 一条 命 令 由 三 字 节 构 成 ) 二 字 节 等 于 第 一 字 节加 % 0) 第三字节等于第二字节加 % 0) 1 4 同时每一个 字 节 后面都标明后面剩 余 字 节 的 个 数 ) 果 收 到 的 命 如 令不符合递增规则或字节数不符 ) 则重发该命令 ) 连续 三次错误时停发 * 测 . 主 控站每 发一 个 命 令 ) 量 站 都 回 送 一 个 应 答 信号 ) 该应答信号中包含原命令样本 * ! 5 处理软件 " 处 理 软 件 以 6 89 <>9 和 @= B C D 为 开 7 :; = : ? A > D < 发 工 具 ) 据 管 理 部 分 的 软 件 设 计 以 E=? 8AG 为 数 F7 H 运行环境 ) 采用 E=? 8A 视窗技术 ) 界面友好 ) 操作直 F7 观简便 * 处理软件功能模块如图 1所示 * 系统软件采用模块化设计和有效的通信控制方 法) 接收 3 送 数 据 时 很 少 出 现 少 收 误 收 现 象 ) 码 率 发 误 低) 系统具 有较好 的 抗 干 扰 性 能 ) 信 具 实 时 性 ( 靠 通 可 性( 安全性 *

图 1 处理软件功能模块

I 结束语
水下爆炸压力遥测系统为水中兵器水下爆炸威力 及其对舰船的毁伤能力的评估提供了一种较为先进的 测量手段 * 该系统利用在无线通信领域较先进的扩频 通信技术 ( 较完善的软硬件设计和抗干扰措施 ) 保证了 系统工作的安全性和可靠性 * 系统同样适用于其它水 下爆炸物爆炸压力等的测量 ) 有较大的推广价值 * K

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JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ 图 4 交织器规模大小对译码性能的影响曲线 述交织器的设计 ) 在不同性能要求下 ) 可以选择参数来 满足不同的要求 *

ln和 mp s 合作开发蚀刻处理模拟工具 m oqrt
集成系统科技 公 司 $W & 布 已 经 与 Wg V 公 Qf 宣 =XBC 司 进行 合作 ) 开发 面向 最 新 型 半 导 体 技 术 节 点 的 处 理 和器件模拟工具 * 根 据 协 议 ) =XBC 的 模 拟 软 件 W Q V L 将 Wg V _e U C [ 纳入 Qf基于真实架构的 L TU 工具中 * W C 亚 微波 蚀 刻 技 术 逐 渐 发 展 成 为 一 种 实 践 标 准 ) 对 于器件从模型转向预制的过程来说也尤为必要 * 现有 的 L TU 模 拟 程 序 应 用 于 蚀 刻 效 果 处 理 则 显 得 过 于 C 简单 *

I 结束语
本 文通 过 对 不 同 类 型 交 织 器 原 理 的 分 析 ) 结 合 在 信 道 模型对其性能进行 仿 真 的 基 础 上 ) 出 了 一 种 适 提 用于 L :7码编译码的交 织器的 优 化设 计 方 案 ) 基 并 <M 于可编程逻辑器件技术用硬件描述语言实现了该交织 器 ) 设 计 可 直 接 应 用 于 L :7码 的 模 块 化 设 计 中 ) 该 <M 提高 L :7码在恶劣信道环境中的纠错性能 * <M .!. u

基于无线数据传输的水下爆炸压力遥测系统
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 李洪涛, 皇甫堪, 闫吉杰 李洪涛,皇甫堪(国防科技大学电子科学与工程学院,长沙,410073), 闫吉杰(中国人民解放军 91439部队97分队,大连,116041) 电子工程师 ELECTRONIC ENGINEER 2003,29(1) 2次

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本文根据靶场试验的要求,设计了适*谐∈匝榈氖莶杉拔尴咄ㄐ畔低常孟低秤扇龇终竞鸵桓龌咀槌桑终就瓿墒莶杉按娲ⅲ就ü 无线通信进行远程控制。 分站数据采集及存储模块以FPGA为控制核心,对四路模拟信号进行完全同步的数据采集,并存储到Flash存储器上,同时提供串口和USB口进行对外通信 和数据交换。串口通信的结构和协议简单,直接由FPGA实现控制,用于和无线通信模块通信;USB接口协议复杂,但是数据传输速率非常高,用来读取采集 模块中存储的数据,USB协议由内置单片机的专用USB接口芯片实现。 分站和基站之间通过无线模块进行通信,无线通信模块以CC2430为核心,并通过内置单片机实现了通信协议。 在计算机上编写驱动程序和应用程序。控制程序通过串口来控制和操作无线通信模块,从而和分站进行通信,控制采集过程;采集完成后,计算机通过 USB口读取存储器中的数据。

10.学位论文 伊和斌 无线通信式抽油机集散监控系统的设计研究 2005
本文采用无线数字通信技术、微控制器以及计算机三者相结合的方法,对无线通信式抽油机集散监控系统进行了设计与研究.本文设计了以PIC16C74单片 机为核心的数据采集系统的软、硬件实现方案.系统对油井电流、功率等信号进行采样和处理,这包括信号的采集、滤波及A/D转换等处理环节,处理后的数据 经过FSK调制后通过传输系统发送给上位机终端处理器.传输系统的基本任务是将采样部分发过来的调制信号解调,并将解调后的数据传送给计算机.此系统所 用的通信模块为进口收发电台,型号为SDN-2000.在此基础上,本文详细阐述了通信协议的重要性并自定义了一种数据传送的协议,能够有效去掉随机数据的干 扰,保证数据的准确传输.并且基于WINDOWS操作系统的串口通信界面用VisualBasic编制,界面友好,可以更直观的显示测量数据.本文还详细分析了循环冗余 校验码和汉明码的纠错编码方法,提出并实现了一种以循环冗余校验码和汉明码相结合的一种高效的纠错编码方法且应用于无线通信式油井集散监控系统中 ,大大提高了数据传输的可靠性.

引证文献(2条) 1.孙学宏.车进.张成 基于GPRS的水利数据采集及远程监控系统研究[期刊论文]-安徽农业科学 2009(36) 2.张寅 基于GPRS的远程无线监控系统[学位论文]硕士 2006

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