火箭炮能否迅速展開火力打擊是衡量其武器系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的重要因素。火箭炮在對目標實施準確打擊之前，必須對其進行精確的調平。目前，部隊在對火箭炮車體平臺進行調平時，調平過程復雜，協(xié)調要求高。調平過程通常需要三個人配合完成，一人站在梯子上觀察放于回轉盤水準儀檢查座上的水準儀，兩人位于車下手動操作兩個千斤頂，一般要經過多次調試才能完全使車體縱橫向水平。檢查調整完后，若車體水平發(fā)生變化，又要重復以上調平過程。這種調平方式耗時長，調平過程繁瑣、費時費力，且不便于指揮、協(xié)調困難，精度也得不到保證。因此，部隊亟需一種能動態(tài)顯示車體姿態(tài)，并指示操作手操作的指示器。本文基于STC12C5616AD單片機設計一種能夠對車體平臺的傾斜狀態(tài)進行自動顯示的操作指示器。

操作指示器的組成及工作原理

操作指示器結構組成如圖1所示，由主控制器、無線數(shù)傳模塊和液晶顯示屏等組成。其工作原理：操作指示器通過無線數(shù)傳模塊接收到從傾斜檢測儀輸出的縱向和橫向傾斜角度數(shù)據，并對數(shù)據進行處理和運算，然后通過液晶屏幕顯示出車體的縱橫向傾斜角度，并根據數(shù)據的運算結果，指示出左右兩個千斤頂需要進一步調整的方向。傾斜檢測儀放置于回轉盤水準儀檢查座上，兩個操作指示器分別吸附于兩個千斤頂旁或戴在操作人員手臂上，兩名操作手觀察各自的指示器即可調平車體。液晶顯示采用的是COG封裝的12864液晶屏，采用串行SPI總線驅動，這種液晶屏幕驅動芯片直接集成到玻璃基板上，體積小、省電，背光電路設計靈活。

圖1 操作指示器結構組成圖

主控制器的選型及電路設計

主控制器的選型

操作指示器的控制核心選用STC12C5616AD單片機。該芯片具有如下特點：

（1）高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051內核，平均指令運算速度比標準8051快8~12倍。

（2）寬電壓：5.5V~3.3V。

（3）增加第二復位功能腳（高可靠復位，可調整復位門檻電壓，頻率<12MHz時，無需此功能）。

（4）增加外部掉電檢測電路，可在掉電時，及時將數(shù)據保存進EEPROM，正常工作時無需EEP。

（5）低功耗設計：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠程喚醒。

（6）低功耗設計：空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）；掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠程喚醒。

（7）工作頻率：0~35MHz，相當于普通8051：0~420MHz。

（8）時鐘：外部晶體或內部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時設置。

（9）8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字節(jié)片內Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上。

（10）1280字節(jié)片內RAM數(shù)據存儲器

（11）ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應用可編程，無需編程器/仿真器。

（12）8通道，10位高速ADC，速度可達25萬次/秒，2路PWM還可當2路D/A使用。

（13）2通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP），也可用來再實現(xiàn)2個定時器或2個外部中斷（支持上升沿/下降沿中斷）。

（14）4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1，2路PCA實現(xiàn)2個定時器。

（15）可編程時鐘輸出功能，T0在P3.4輸出時鐘，T1在P3.5輸出時鐘，BRT在P1.0輸出時鐘。

（16）硬件看門狗（WDT）.

（17）高速SPI串行通信端口。

（18）全雙工異步串行（UART），兼容普通8051的串口。

（19）先進的指令集結構，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令。

（20）通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不超過100mA。

主控制器電路設計

操作指示器的主控制器采用的芯片是STC12C5616AD單片機，具備一個串口UART0和一個SPI總線接口，采用的3.3V供電，具有低功耗，指令執(zhí)行效率高的特點。由于ZigBee無線數(shù)傳模塊和LCM屏都采用TTL電平驅動。因此，控制器通過UART0直接接到無線數(shù)傳模塊上；通過SPI總線相關端口，直接接到LCM模塊的數(shù)據傳輸端。具體的電路原理如圖2所示。

圖2 操作指示器主控制器電路原理圖

顯示屏的簡介及其接口電路設計

顯示屏的簡介

實際上，可將一般單純的TN型與TFT型液晶顯示器面板視為僅僅是一個經由組合上下兩片玻璃后并灌注進液晶的一個簡單結構品。在應用時，必須施加驅動電壓到LCD的接口端上，這樣才可以通過電能所產生的電場將液晶分子按照要求分布，由此產生顯示畫面。通常，把驅動LCD的技術都集成在一個IC芯片（Driver IC）上，由其產生驅動電壓波形。簡單地講，LCM（Liquid Crystal Module）就是把此Driver IC與LCD面板連接起來，可以完成LCD顯示功能的模塊。隨著商品的不斷多樣化，各種數(shù)碼產品對液晶模塊（LCM）的形式、性能要求也不斷地豐富、更新，不斷地加入其他組成部件：柔性印刷電路板、背光模組、印刷電路板等，使LCM能夠滿足多種產品的需要。目前，LCM的工藝已經發(fā)展為體積小、薄形化技術。按照Driver IC的封裝形式分為COG工藝、TAB工藝和COF工藝。在此主要介紹COG工藝。

COG（Chip On Glass）工藝：使用的Driver IC為COG IC，該技術通過把Driver IC直接安裝在液晶面板玻璃底板上，從液晶面板外掛的印刷電路板上去掉液晶驅動器IC，減小了電路面積，且易于大批量生產，適用于消費類電子產品所用的LCD，如：手機、PDA等便攜式電子產品。在COG工藝中，采用ACF將IC與LCD連接起來，使得COG IC芯片直接連接在玻璃上。關鍵點是IC的BUMP對準LCD的ITO線路，不能偏移，為了避免這一點，在LCD面板上設計有COG工藝對位標記，在COG IC芯片上也要設計相應的對位標記。在進行壓合前，要找到二者的對位標記，對準后進行壓合，從而使COG IC與LCD上的ITO線路導通。

TAB（Tape Automated Bonding）工藝：將封裝形式為TCP（Tape Carrier Package, 帶載封裝）的Driver IC用各向異性導電膜依次固定在LCD和PCB上。這種安裝方式可減小LCM的重量、體積，安裝方便，可靠性較好，是比較成熟的工藝技術。

COF（Chip On Film）工藝：芯片被直接安裝在柔性PCB上。這種連接方式的集成度較高，外圍元件可以與IC一起安裝在柔性PCB上，是一種新興技術。

目前LCD模塊的各種工藝技術中，能夠做到較小、較薄體積的，應屬COG及COF工藝。本文指示器中采用的就是COG封裝形式的12864屏。

COG12864接口電路設計

操作指示器的液晶顯示屏，采用的是COG封裝形式的12864屏，最大尺寸為43mm×40mm，加上背板電路后的厚度也僅為5mm，功耗在不帶背光的情況下只有10mW，在帶有背光的情況下也不大于100mW。工作電壓僅為3.3V，內置升壓電路，外部只要配上相應的電容即可。其電路原理如圖3所示。

圖3 COG12864接口電路原理圖

無線通信模塊選型及其通信聯(lián)絡

操作指示器與傾斜檢測儀之間的控制指令采用無線傳輸方式，用以實現(xiàn)操作操作指示器與傾斜檢測儀的數(shù)據通信。

無線通信模塊的選型

操作指示器無線通信模塊選用的是深圳振通公司推出ZT-TR43C無線數(shù)傳模塊，該模塊的主要特點有：

①頻率源采用高穩(wěn)定度晶體振蕩，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾性強；

②透明式數(shù)據傳輸，方便靈活；

③可長時間連續(xù)發(fā)射；

④同時具有串口通訊即狀態(tài)觸發(fā)功能；

⑤接收具有省電功能，適用于電池供電的場合；

⑥具有良好的發(fā)射匹配，輻射場強大，單位功率通信距離遠。

該模塊的主要技術指標為：

① 載波頻率433MHz，工作頻率428MHz~435MHz；

②最大發(fā)射功率為20mW，接收靈敏度為﹣105dBm，開闊地的最大傳輸距離為3km；

③采用FSK調制，采用前向信道糾錯編碼，抗干擾能力強；

④有八個工作信道可供選擇；

⑤傳輸速率20kbps；

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，外圍電路簡單易于開發(fā)。

無線通信模塊通信聯(lián)絡

無線數(shù)傳模塊具有無線接收和發(fā)送的功能，本文采用無線數(shù)傳模塊ZT-TR43C實現(xiàn)執(zhí)行終端與控制中心通信。在通信前串口的數(shù)據幀格式與速率應與模塊的設置一致。上位機與模塊間的通信內容有兩類：一類是數(shù)據，一類是命令。數(shù)據或命令是靠DTR或DSR信號來區(qū)分的。

ZT-TR43C的命令傳送格式為：

其中，D7H為命令碼的特征碼即字頭，命令碼為一個字節(jié)長度，代表命令的性質。不同的命令碼有不同的參數(shù)。模塊收到命令后，根據命令碼的不同，分析參數(shù)并執(zhí)行命令。對于有些發(fā)送信息的命令，模塊將根據命令的性質發(fā)送相應的命令。具體的程序實現(xiàn)思想如下：

（1）無線數(shù)傳模塊發(fā)送過程：當模塊收到上位機的數(shù)據后，模塊先通過DTR線判斷收到的數(shù)據是命令還是發(fā)送數(shù)據，若是命令則執(zhí)行相應的命令；若是發(fā)送數(shù)據則先將要發(fā)送的數(shù)據送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉換成發(fā)射狀態(tài)，這個轉換過程需要100ms，狀態(tài)轉換完成后啟動發(fā)送打包程序。發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)的數(shù)據打成適合無線發(fā)送的數(shù)據包，并將一些控制命令動態(tài)地插入到數(shù)據包中。然后將這個數(shù)據包的數(shù)據送到模塊中的數(shù)據調制口，按V23協(xié)議以FSK的調制方式發(fā)射出去。在這個過程中所有的進程均是并行完成的。

（2）無線數(shù)傳模塊接收過程：在接收狀態(tài)下，接收機總是接收碼流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻進行位同步，獲得位同步后進行碼同步，碼同步完成后接收數(shù)據及控制信息。收到數(shù)據后，按規(guī)定的串口幀格式傳送給上位機。

無線數(shù)傳模塊采用的是2.4GHz的通信頻段，有效的通信距離為300m，具備自動組網功能。其控制程序分為模塊的設定和模塊的使用兩部分。模塊的設定需要使用廠家提供的HAC_studio軟件進行設置，設定無線模塊的通信方式、通信的功率和通信的信道。通信方式采用的是透明工作方式，加電后自動搜尋網絡。

通信的波特率默認為138400bps，單片機需要9600bps，信道采用默認信道0A。握手程序采用操作指示器向傾斜檢測儀發(fā)送握手數(shù)據0x55、0xAA，傾斜檢測儀通過中斷的方式收到握手數(shù)據后，回復握手數(shù)據給操作指示器，無線握手完成。無線數(shù)傳模塊控制程序如圖4所示。

圖4 無線數(shù)傳模塊控制流程圖

操作指示器PCB板圖

圖5所示為操作指示器的PCB板圖。

圖5 操作指示器PCB板圖

操作指示器結構設計

操作指示器機殼整體采用鋁合金加工，內置電路板、顯示器、電源和無線通信模塊。底部嵌有磁鐵，可以吸附于車體或千斤頂上，兩側有扣環(huán)，可以將指示器扣于手臂上，便于隨身攜帶和觀察。操作指示器實物如圖6所示。

圖6 操作指示器 實物圖

結束語

目前，火箭炮車體調平過程費時費力，部隊亟需一種能動態(tài)顯示車體姿態(tài)，并指示操作手操作的指示器。本文首先闡述了操作指示器的組成及工作原理，然后通過分析比較，選擇了操作指示器的主控制器、液晶顯示屏和無線數(shù)傳模塊，并完成了主控制器和顯示屏的電路設計，闡述了無線數(shù)傳模塊的通信聯(lián)絡，最后完成了操作指示器的結構設計。該操作指示器工作運行可靠，能指示操作手進行車體調平，有效提高了調平工作效率。