摘 要： 隨著車載轉臺工作對監控系統測量精度要求的不斷提高，傳統的調平方法已無法滿足車載系統對快速、實時性的發展要求。在分析了傳統調平方法的不足之后，提出了一種對車載轉臺水平度進行動態監測的方案，利用電子水平儀的特點，采用通過DSP控制雙方向同步顯示" title="同步顯示">同步顯示的方法進行監測。實驗結果表明，該方法在滿足系統操作方便、成本低的要求的同時，保證了車載轉臺的水平精度，具有很強的工程應用價值。
關鍵詞： 轉臺 調平 水平儀 DSP
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轉臺是廣泛應用于航空、航天、兵器、航海等領域的光機電一體化設備，車載轉臺系統憑借其優異的機動性能，得到了廣泛應用。然而與陸基轉臺不同的是，即使是落地測量，地表的差異、周圍環境的變化都將導致車載轉臺的水平度發生明顯改變，水平基準的改變則會影響整個轉臺的精度，為此必須對轉臺的水平機構進行調整。
傳統的轉臺調平方法是將一臺數字式電子水平儀以平行于B、C連線的方向擺放到轉臺A點上，如圖1所示，測量A處的水平值，然后將轉臺旋轉180°，再一次測量A處的水平值，兩次測量值的差值即為B處和C處的水平值差，通過調整B或C點的調平機構，使得三點的水平值達到相同。這樣，一個由三點所確定的轉臺被視為水平。
這種傳統的調平方法雖然在陸基轉臺上應用起來非常方便，可是要在車載轉臺上仍采用該方法，就會給工作帶來很多的不便。圖2為電子水平儀應用在車載轉臺系統的工作模型。工作過程中的不足點具體體現在以下三方面：
(1)原有電子水平儀的測量底座對溫度的變化較為敏感，導致不同溫度下的測量結果有較大差異，所以氣候條件惡劣、周圍環境干擾大會對水平儀的測量結果產生很大影響；
(2)工作過程中，因水平儀安裝在轉臺上，會隨著轉臺工作位置的不斷變換而發生改變。因此調平人員不能隨時看到水平儀的讀數，無法掌握恰當的調平時刻；
(3)調平時，調平人員要同時兼顧在載車上讀數與載車下調平的雙重工作，這樣勢必會影響調平的精確度和快速性。
因此，為了克服傳統調平方法應用在車載轉臺上時產生的種種弊端，提出了對車載轉臺水平度進行動態監測的方法。該方法應用到目前的車載轉臺設備中，保證了車載轉臺的水平精度，對提高車載設備的機動性能起著很重要的作用，并且對今后的車載自穩定系統的研究也有著深遠的意義。
1 新型動態監測系統的工作原理
對車載轉臺的水平度進行動態監測，其主導思想就是將車載設備的水平度通過數字式電子水平儀同步傳送至中心機和載車側壁的數碼管上，使得在中心機上就可以實時監測轉臺的水平度，同時調平人員調平時在載車側壁就可以看到水平儀測量出的水平值。該方法的實現主要是根據數字式電子水平儀會輸出與測量結果成正比的模擬電壓量的原理，只要將該電壓量進行相應的模數轉換即可。具體實現方法如下：
增加一臺電子水平儀，將兩臺電子水平儀全部密封固定在轉臺上方或下方，即可避免外界環境對測量結果的影響，另外將水平儀的測量值輸出到兩個方向同步顯示，一部分將顯示值引導到主控軟件的界面上，另一部分同步到載車的側壁上。具體的同步方式如圖3所示。
這樣，一方面調平人員可以根據中心機界面上水平度的實時顯示來監測車載轉臺的水平度，以判斷是否需要調平；另一方面，在調平的過程當中，調平人員可在車下根據載車側壁的顯示值進行調平，提高了調平的精確度和快速性。
2 系統的硬件實現
2．1 硬件結構
系統的硬件結構框圖如圖4所示，由水平儀、A/D" title="A/D">A/D轉換芯片AD1674[1～2]、DSP、BCD-7段鎖存" title="鎖存">鎖存/譯碼/驅動器MC14513、外部電壓基準MAX6133、MAX488接口芯片和中心機等部分組成。
2．2 硬件工作過程分析
在該系統中，A/D轉換和數碼顯示是相對較為重要的部分，下面介紹其具體的工作過程。
2.2.1 A/D轉換
當水平儀自身顯示值為1時，它會輸出1mV的電壓值，因此該設計中AD1674采用了外部電壓基準，12V電壓經由MAX6133后輸出4.096 V的基準電壓，于是12位A/D轉換器在轉換過程中，1mV對應一個字節，這樣不但簡化了中間的數據運算過程，而且減少了由于運算帶來的誤差。AD1674將來自水平儀的模擬電壓信號轉換成12位的數字信號后，通過DSP的數據總線傳送到DSP中，DSP進行相應處理之后，輸出相應的控制信號驅動載車側壁的數碼管，使之與水平儀同步顯示相同的測量值。
2.2.2 數碼顯示
DSP將從A/D轉換器讀取回來的數據在自身的寄存器內部進行十進制數據轉換之后，再由IOPC口輸出顯示數字的BCD碼到BCD-7段鎖存/譯碼/驅動器MC14513中，由剩余閑置的I/O口產生BCD碼輸入鎖存信號。當BCD碼被鎖存后，經7段譯碼，相應位的數碼管將產生相應的顯示值[5]。與此同時，DSP將數據從其自身串口" title="串口">串口發出，通過MAX488芯片轉換成RS422信號后傳送至中心機，并在中心機的界面上實時顯示。圖5為水平儀同步顯示部分的電路原理圖[3～4]。
3 軟件設計
該系統軟件部分主要包括數碼管顯示和中心機實時監控兩部分。
3.1 數碼管顯示程序設計
數碼管顯示程序主要是采用DSP進行控制，具體包括以下幾部分[5]：主程序、中斷初始化程序、十進制子程序" title="子程序">子程序、串口發數子程序和顯示子程序。其中,主程序中開始啟動A/D轉換并等待中斷；中斷初始化程序主要負責設置外部中斷的響應方式、外部中斷的開啟、總中斷的開啟；十進制子程序把12位二進制數據轉換成相應的十進制數據；串口發數子程序將從A/D轉換器讀取回來的數據量通過串口以固定波特率發送到中心機；顯示子程序將要顯示數字的BCD碼發送到MC14513并置位相應鎖存位。系統程序流程框圖如圖6所示。
3.2 實時監控程序設計
實時監控程序的任務是增加兩個對水平度進行實時顯示的窗口，該窗口將從DSP傳送過來的RS422信號轉換為水平度的測量值顯示出來，采用Visual C++實現，具體包括以下幾個方面：顯示窗口的創建、串口通信、水平度在窗口中的同步顯示[6]。實時監控窗口如圖7所示。
4 實驗結果及分析
將其中一個電子水平儀輸出在顯示界面和數碼管上的值與水平儀自身所帶的顯示屏顯示結果進行對比，采用定點等時間間隔連續測量法進行檢測，同時記錄下當時的顯示界面、數碼管顯示及水平儀顯示的數值。表1記錄了兩小時之內的實驗數據。
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根據顯示數據繪制的曲線如圖8所示。表1和圖8的對比結果表明，采用該設計方法可以使得水平儀、數碼管以及顯示界面的同步顯示結果誤差僅在一個碼值之內(2角秒)，精度完全滿足車載轉臺的水平度控制要求(10角秒以內)，實現了在中心機上實時監測載車系統的水平度，并且調平人員可根據載車側壁的數碼顯示值更加直觀、快捷地調整載車車體,使之水平。
參考文獻
1 AD1674 Data sheet．Analog Devices,2000
2 DATA-Acquisition databook．Analog Devices Corp, 1991
3 王鵬飛，崔文兵，陳 鈞．12位模/數轉換器在測試儀中的應用[J]．微電子技術, 2000;28 (6)
4 葉麗娜．使用AD574/674A/1674A須注意的問題[J]．電子技術應用,1996;(9)
5 黃英哲， 董勝源． TMS320C240原理與C語言控制應用實習．北京：中國水利水電出版社，2003
6 李憲勇.Visual C++ 串口通信技術與工程實踐.北京：人民郵電出版社，2003