摘  要： 92輪式步兵戰車是機械化步兵開展裝備訓練和處突維穩的一種主要裝備。30 mm火炮安全射向裝置能有效克服92輪式步兵戰車的槍、炮車存在的射擊隱患——火炮發射彈藥可毀傷車體前部的天線及對車體周圍的機械化步兵構成危害。安全射向裝置基于單片機控制，采用機械和電子傳感器共同限位，由角度和角速度傳感器獲取相關數據，單片機處理相應指令，使該指令和火炮炮塔的擊發門運算一起控制槍、炮塔的射擊動作，確保射向裝置設計可靠性和準確性。系統不需對裝備加改裝，電路簡單、結構合理，能防止誤傷機械化步兵，達到安全射擊。
關鍵詞： 92輪式步兵戰車；30 mm火炮；單片機；角度傳感器；角速度傳感器

　92輪式步兵戰車被廣泛裝備裝甲機械化部隊。其可分為基型車、槍車、炮車等車型，分別安裝有25 mm機關炮、14.7 mm機關槍、30 mm火炮等武器。為滿足不同戰術通信的需求，車身上安裝天線數量不等。由于92輪式步兵戰車的槍車和炮車的炮塔可以360度旋轉且射角內都可以射擊。所以為了避免槍、炮發射出去的彈藥毀傷天線，同時傷及車體周圍的機械化步兵，需要進行裝備的加改裝。
　設計一種裝置以防止火炮射擊時發生意外，避免火炮射出的炮彈打到車體前部的天線造成不必要的裝備損壞或人員傷亡。
　92輪式步兵戰車分為基型車、槍車、炮車等車型。設計主要考慮槍車和炮車的兩種情況。并主要對炮車進行研究，因為炮車比槍車毀傷概率大。
1 系統設計原理
　火炮的射擊大致可分為兩種狀態：第一種狀態是指炮塔和車體都處于靜止狀態時的射擊；第二種狀態是指炮塔相對于車體運動時的射擊。
    通過測量和計算分別算出靜態和動態兩種情況下的炮塔相對天線的角度。并通過公式1 023/X=360/角度計算出角度對應的十位二進制代碼。炮塔旋轉以炮塔中心為軸心旋轉，火炮俯仰以耳軸為軸心。

　無論炮塔轉至何角度只要根據表1進行轉換，就能得到角度所對應的二進制代碼值（當然最好用密位代替角度，但由于芯片選取難度較大，這里直接測量角度）。Y為某一時刻炮塔所對應角度的十位二進制代碼。
如果炮塔剛好轉到上述兩角度后，在很短的時間內角度傳感器會迅速測量出該角度，并直接將角度信息以模擬量的形式輸出給單片機。
　單片機接收到信號后，會立刻將收到的模擬量與自己限制通過的二進制代碼做比對。如果代碼相同，單片機就會輸出0，這時單片機的輸出結果0與槍或炮的射擊門做與運算，最后的結果即為0，則此時無論怎么按火炮的射擊門，火炮都不能正常擊發；如果比對的結果不同，單片機就會輸出1，這時單片機的輸出結果1與槍或炮的射擊門做與運算，則此時單片機相當于不起到任何作用。

　只要知道炮塔的旋轉角速度W就可得到X1、X2、X3、X4的具體值。因為W是炮塔的最大旋轉角速度。所有炮彈可能擊中天線的角度都被包含在內。
　因此在角度X12與X11之間或X13與X14之間，只要通過單片機控制火炮此時不能夠射擊，就達到的設計目的了。
　（2）車體和炮塔同時運動
　雖然車的速度相對于火炮的速度來說很小，但為了提高計算精度，將各種情況考慮在內，盡量提高設計的理論可行性和正確性。
　車體向前方運動，火炮向前射擊。這時炮塔與車體的正前方向夾角小于等于90°。涉及到車體分速度的問題（設炮塔與車體正前方向的夾角為γ，車速為C車），（cosγ×C車+C炮）就相當于此時的炮彈向前的相對速度。X1、X2、X3、X4這時的值分別為：

　（3）天線相對于車體晃動
　如果天線晃動，那么前提必須是車體也在動（不考慮風刮等外界因素）。因此這種情況是建立在第二種情況之上的。天線繞著底座中心做近似圓周的運動。
　這時在第二種情況的基礎上（炮塔與車體間成銳角時，即火炮在X11與X12之間或X13與X14之間不能射擊。炮塔與車體間成鈍角時，即火炮在X21與X22之間或X23與X24之間不能射擊）。必須把天線晃動的角度加上，即在這個角度范圍內火炮都不可以射擊。設這個大角度為X。如果能夠獲得天線的擺幅，那么就能夠求出這種情況下不能夠射擊的角度范圍。但考慮實際情況無法確定天線晃動幅度的具體值，所以對這種情況不做更深層次計算。
2 系統硬件設計
2.1 系統總體設計及安裝
　由AT89C51單片機、RS232串口芯片、MAX232電平調節器、角度傳感器、炮塔旋轉角速度傳感器芯片和炮塔射擊門的相關電路等組成。
　將角度傳感器和角速度傳感器分別固定在車體的內部能夠與炮塔同時旋轉的地方，采用捆綁式固定。單片機及與其相關的芯片固定在射擊門附近的面板上。確保安裝不影響裝備其他方面的性能，不移動車身上的任何原有裝備。
　傳感器隨炮塔同步旋轉，并且實時將所需要的角度或角速度信息實時傳給單片機。單片機通過快速分析后將處理的結果輸出，輸出結果在與槍車或炮車的射擊門做與運算。最后的輸出結果控制火炮的射擊動作。這樣就可以避免發射的炮彈擊中天線，達到設計的目的。
2.2 射擊安全角度、角速度限制傳感器設計
2.2.1 角度傳感器（磁性編碼器）
　磁性編碼器是采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信號感應非接觸的特點，配合微控制器進行智能化信號處理制成的角度傳感器。磁場信號感應非接觸，傳感器結構無觸點，無磨損，無接觸電噪聲，360°全量程高分辨率角度傳感，根據不同使用要求，可提供多種輸出模式。導線將磁性編碼器的輸出端與單片機的輸入端相連接即可，這樣磁性編碼器測得的實時信號就會導入單片機中。經過單片機的快速處理后，將是否射擊的命令以電信號的形式傳出與射擊門一起來控制火炮的射擊動作。
2.2.2 角速度傳感器（微型壓電陀螺）
　微型壓電陀螺具有低的驅動電壓和功耗及快速響應特點，可測量包含旋轉的各種運動。最大角速度±300（°/s），比例系數0.67（mV/°/s），線性度±5（%fs），響應頻率（Hz）50 max。微型壓電陀螺測得的實時信號同樣導入單片機中。經過單片機的快速處理后，將是否射擊的命令以電信號的形式傳出與射擊門一起來控制火炮的射擊動作。
2.3 射向安全限制裝置原理圖
　射向安全限制裝置原理圖如圖2所示。根據AT89C51單片機的具體使用方法以及各管腳的功能，將傳感器等與單片機連接起來，構成一個完整的通路。

　角度傳感器輸出端的引線與單片機連接了16個輸入管腳（P0和P1端）的輸入引線相接，其次將角速度傳感器的輸出端連接到單片機輸入端P1的一個管腳處。再有就是通過電瓶調節器MAX 232將單片機與串口芯片RS-232相連接。再對單片機加上相應的晶振電路，最后單片機的輸出端與槍或炮的射擊門作與運算，最后的結果以一條線的形式傳給車體的擊發電路，來控制火炮的射擊動作。
3 軟件設計
　程序流程圖如圖3所示。

　根據DXP圖用C語言（keil c）進行程序的編寫，通過程序控制單片機來實現相應的功能。
火炮安全射向裝置可以減少部隊在訓練、遂行多樣性任務時安全隱患，避免意外事故的發生。但也存在一定的弊端，如火炮正對著天線且射擊方向上有敵人，在同時發現對方的情況下，己方很可能比對方出手要慢，被敵火力所消滅。因此設計上存在一定射擊死角。計算時可能受到外界因素的干擾，這也會影響到射擊的精度。火炮限制裝置只是一個初步的裝置設計，與具有完整功能的30 mm火炮限制裝置還存在一定的差距，有待進一步完善措施：
　（1）選取多傳感器、多單片機共同參與控制火炮擊發電路，這樣在獲取數據時會更加迅速更加準確。
　（2）選取獲取數據更準確、傳輸更精確的傳感器。
　（3）優化程序中的贅余代碼，縮短程序的運行時間，提高程序運行效率。
參考文獻
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