Электронное устройство подсчёта остатка патронов

Полезная модель относится к области военной техники и может быть использована для подсчета остатка патронов при стрельбе из крупнокалиберных зенитных автоматов, устанавливаемых на зенитных самоходных установках (ЗСУ).
В настоящее время на изделиях военной техники для подсчета остатка патронов при стрельбе из крупнокалиберных зенитных автоматов используются механические счетчики. Однако, с появлением отечественных электронных компонентов, устойчивых к механическим, климатическим, электромагнитным воздействиям, появилась возможность разработки электронного устройства подсчета остатка патронов для ЗСУ, обладающее по сравнению с механическим счетчиком патронов рядом преимуществ: повышенная устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, безошибочность автоматического счета остатка патронов при любом темпе стрельбы, сохранение показания счетчика на время отключения питания, повышенная износостойкость (долговечность). Возникла необходимость расширения арсенала счетчиков остатка патронов, построенных на электронной компонентной базе.
Известно устройство по функциональному назначению наиболее близкое к предлагаемому устройству (патент RU 2427779 С2), и представляющее собой счетчик оставшихся в магазине патронов для стрелкового оружия. Счетчик состоит из: формирователя импульсов, включающего считывающее устройство, представляющее собой оптоэлектронный датчика входных импульсов и усилитель-формирователь; средство для визуального отображения информации (экран дисплея на поверхности корпуса) о количестве оставшихся патронов после стрельбы; установщика начального количества патронов в магазине, формирователя питания в виде стандартной миниатюрной батарейки типа «таблетка», запрограммированного средства управления, выполненного на базе ПЛИС.С помощью ПЛИС осуществляются операции подсчета количества входных импульсов, которое соответствует количеству израсходованных патронов, и преобразования результата подсчета в семисегментный код для отображения его на дисплее.
Использование данного счетчика для подсчета остатка патронов в ЗСУ проблематично из-за невозможности интегрирования в состав ЗСУ оптоэлектронного датчика входных сигналов вместо имеющегося электромеханического, что в свою очередь не позволяет использовать в качестве преобразователя импульсов ПЛИС, т.к. для подавления дребезга, возникающего при переключении реле в электромеханическом датчике ЗСУ требуется более гибкая система преобразования.
Предлагаемая полезная модель направлена на расширение арсенала электронных устройств подсчета остатка патронов и на возможность замены механических счетчиков, используемых при стрельбе из крупнокалиберных зенитных автоматов на электронные устройства, разработанные на основе радиоэлементов отечественного производства.
Для достижения этого технического результата в электронном устройстве подсчета остатка патронов, содержащем формирователь входных импульсов, установщик начального количества патронов, устройство для визуального отображения информации, запрограммированное средство управления, согласно полезной модели, запрограммированное средство управления выполненное на базе микроконтроллера, вход формирователя входных импульсов является первым входом электронного устройства, а выход соединен с портом линии опроса импульсов стрельбы, вход формирователя питания объединен со входом датчика пониженного бортового напряжения и является вторым входом электронного устройства, выход датчика пониженного бортового напряжения соединен с портом линии опроса датчика пониженного бортового напряжения, первый и второй выходы установщика начального количества патронов соединены с портом линии опроса кнопки увеличения исходного количества патронов и портом линии опроса кнопки уменьшения исходного количества патронов соответственно, первый регистр выполнен с возможностью хранения текущей информации и передачи ее на адресные входы постоянного запоминающего устройства, второй регистр выполнен с возможностью хранения текущей информации и передачи ее на индикаторы устройства визуального отображения информации, буферное устройство выполнено с возможностью преобразования сигналов для поочередного подключения индикаторов, энергонезависимая память подключена к портам контроллера по шине последовательного интерфейса, постоянное запоминающее устройство выполнено с возможностью управления микроконтроллером в режиме прерывания посредством записанной в него программы.
При этом формирователь входных импульсов включает первый и второй резисторы, конденсатор и транзистор, причем первый вывод первого резистора является первым входом электронного устройства, второй вывод первого резистора объединен с первыми выводами второго резистора, конденсатора и базой транзистора, вторые выводы второго резистора, конденсатора и эмиттер транзистора объединены и соединены с общей шиной ОВ, коллектор транзистора является выходом формирователя входных импульсов.
При этом формирователь питания включает резистор, конденсатор, диод, стабилизатор, причем первый вывод резистора является вторым входом электронного устройства, второй вывод резистора соединен с анодом диода, катод диода соединен с плюсом конденсатора и первым входом стабилизатора 36, минус конденсатора соединен со вторым входом стабилизатора и общей шиной ОВ, выход стабилизатора является выходом формирователя питания и соединен с общей шиной питания электронного устройства.
При этом датчик пониженного бортового напряжения включает первый и второй резисторы, стабилитрон, конденсатор, транзистор,, причем первый вывод первого резистора соединен со вторым входом электронного устройства, второй вывод первого резистора соединен с катодом стабилитрона, анод которого объединен с первыми выводами конденсатора, второго резистора и базой транзистора, вторые выводы конденсатора, второго резистора и эмиттер транзистора объединены и соединены с общей шиной ОВ, коллектор транзистора является выходом датчика
При этом буферное устройство включает в себя четыре канала (по числу индикаторов), каждый из которых содержит элемент «И-НЕ», резистор и транзисторную матрицу, причем выход каждого канала буферного устройства соединен с общей шиной ОВ соответствующего индикатора.
Работа электронного устройства подсчета остатка патронов поясняется чертежами, представленными на фигурах 1-6.
На фиг. 1 приведена структурная схема электронного устройства подсчета остатка патронов.
На фиг. 2 приведена принципиальная схема формирователя входных импульсов.
На фиг. 3 приведена принципиальная схема формирователя питания.
На фиг. 4 приведена принципиальная схема датчика пониженного бортового напряжения.
На фиг 5 приведена функциональная схема буферного устройства.
На фиг. 6 приведена структурная схема алгоритма программы работы электронного устройства подсчета остатка патронов.
На фиг. 7 приведен внешний вид электронного устройства подсчета остатка патронов.
Электронное устройство подсчета остатка патронов (фиг. 1) содержит корпус 1, внутри которого размещены: формирователь входных импульсов 2, формирователь питания 3, датчик пониженного бортового напряжения 4, установщик начального количества патронов 5, первый и второй выходы которого соединены с кнопкой увеличения исходного количества патронов и кнопкой уменьшения исходного количества патронов соответственно, запрограммированное средство управления, выполненное на базе микроконтроллера 6, включающего счетчик 7 и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 8, энергонезависимую память 9, первый 10, второй 11 регистры, буферное устройство 12, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 13, устройство 14 для визуального отображения информации, состоящее из индикаторов. Кнопки установщика начального количества патронов 5 и индикаторы устройства 14 выведены на переднюю панель корпуса 1 электронного устройства. Электронное устройство подсчета остатка патронов также содержит линию опроса датчика пониженного бортового напряжения порта 15, линию опроса импульсов стрельбы порта 16, линию опроса кнопки увеличения исходного количества патронов («+») порта 17, линию опроса кнопки уменьшения исходного количества патронов («-») порта 18, двунаправленную 8-ми разрядную шину данных/адреса порта 19, линию порта 20 разрешения/запрещения записи информации в первый регистр, шину порта 21 младших разрядов адресов команд, записанных в ПЗУ, линию порта 22 разрешения/запрещения передачи данных на выполнение очередной операции из ПЗУ в микроконтроллер, линию порта 23 разрешения отображения информации, линию порта 24 управления записью во второй регистр, двунаправленную шину порта 25 данных/адреса последовательного интерфейса энергонезависимой памяти, четырехразрядную шину порта 26 данных управления подключением индикаторов.
Первый вход 27 электронного устройства является входом формирователя входных импульсов 2 (фиг. 2), на который подаются импульсы стрельбы, вырабатываемые электромеханическим датчиком (не показано) и представляющие собой импульсы амплитудой плюс 27 В. Период и длительность импульсов стрельбы определяется скорострельностью пушки.
Предназначенный для понижения уровня входных импульсов формирователь входных импульсов 2 содержит: первый и второй резисторы 28, 29, конденсатор 30, транзистор 31. Первый вывод первого резистора 28 является первым входом 27 электронного устройства. Второй вывод первого резистора 28 объединен с первыми выводами второго резистора 29, конденсатора 30 и базой транзистора 31. Вторые выводы второго резистора 29, конденсатора 30 и эмиттер транзистора 31 объединены и соединены с шиной 0 В формирователя питания. Коллектор транзистора 31 является выходом формирователя входных импульсов 2. После фильтрации и понижения уровня входного напряжения импульсы с выхода формирователя 2 поступают на порт 16 микроконтроллера 6.
Второй вход 32 электронного устройства является входом формирователя питания 3 и входом датчика пониженного бортового напряжения 4, на который подается бортовое напряжение плюс 27 В.
Формирователь 3 (фиг. 3) предназначен для формирования напряжения питания элементов устройства и содержит: резистор 33, конденсатор 34, диод 35, стабилизатор 36. Первый вывод резистора 33 является вторым входом 32 электронного устройства. Второй вывод резистора соединен с анодом диода 35, катод диода 35 соединен с плюсом конденсатора 34 и первым входом стабилизатора 36. Минус конденсатора 34 соединен со вторым входом стабилизатора 36 и общей шиной ОВ. Выход стабилизатора 36 является выходом формирователя, на котором формируется напряжение питания плюс 5 В (+U), используемое для питания элементов электронного устройства. Выход формирователя питания (+U) соединен с общей шиной плюс 5 В электронного устройства (не показано). Шина ОВ формирователя питания соединена с общей шиной ОВ электронного устройства и шиной ОВ источника входного напряжения +27 В (не показано).
Датчик пониженного бортового напряжения 4 (фиг. 4) содержит: первый и второй резисторы 37, 38, стабилитрон 39, конденсатор 40, транзистор 41. Первый вывод первого резистора 37 соединен со вторым входом 32 электронного устройства, на который подается напряжение плюс 27 В. Второй вывод первого резистора 37 соединен с катодом стабилитрона 39, анод которого объединен с первыми выводами конденсатора 40, второго резистора 38 и базой транзистора 41. Вторые выводы конденсатора 40, второго резистора 38, эмиттер транзистора 41 объединены и соединены с общей шиной ОВ. Коллектор транзистора является выходом датчика и соединен с портом линии опроса датчика пониженного бортового напряжения.
С помощью кнопок установщика начального количества патронов 5 через порты 17,18 микроконтроллера 6, устанавливается начальное состояние счетчика 7, соответствующее количеству патронов в боекомплекте.
Энергонезависимая память 9 используется для сохранения результата вычисления количества оставшихся патронов при отключении бортового питания плюс 27 В.
Регистры 10, 11 используются для хранения промежуточных данных текущей информации и формирования управляющих сигналов. Информационный вход первого регистра 10 соединен с портом 19 данных/адреса, а управляющий вход соединен с портом 20 разрешения/запрещения записи информации. Выход первого регистра соединен со старшими разрядами адресных входов ПЗУ. Младшие разряды адресных входов ПЗУ соединены с портом 21 микроконтроллера. Вход управления ПЗУ соединен с портом 22 разрешения/запрещения передачи данных в микроконтроллер. Выход ПЗУ соединен с портом 19 данных/адреса микроконтроллера. Информационные входы второго регистра 11 соединены с портом 19 данных/адреса, а управляющие входы второго регистра соединены с портом 23 разрешения отображения информации и портом 24 линии управления записью во второй регистр. Выход второго регистра 11 соединен со входом устройства для визуального отображения информации 14.
n
Буферное устройство 12 (фиг. 5) предназначено для преобразования сигналов (DR1…DR4) в сигналы низкого уровня (менее 0,4 В) для поочередного подключения индикаторов 14 и включает в себя четыре одинаковых канала (по числу индикаторов) 42, 43, 44. 45. Каждый канал содержит: элемент «И-НЕ» 46, выполняющий роль инвертора входного сигнала DR, резистор 47 и транзисторную матрицу 48. Выходы каналов буферного устройства 49, 50, 51, 52 соединены с общей шиной ОВ соответствующего индикатора,
Электронное устройство подсчета остатка патронов работает следующим образом.
Через разъем (не показано), расположенный на задней панели корпуса 1, на второй вход 32 электронного устройства подают напряжение питания плюс 27 В. При этом загорается индикаторная лампа 53, что является свидетельством о готовности электронного устройства к работе. После подачи на устройство питающего напряжения управление работой электронного устройства осуществляется микроконтроллером 6 по программе, записанной в ПЗУ 13.
Передача команд с ПЗУ 13 в микроконтроллер осуществляется через порт19. Старшие разряды адресов команд, записанных в ПЗУ, поступают с выхода первого регистра 10, младшие разряды адресов команд, поступают с порта 21. Для прохождения команд с выхода ПЗУ 13 на вход порта 19 формируются сигналы:
- CS1, разрешающий запись информации с выхода порта 19 в первый регистр 10;
- CS2, разрешающий чтение команд, записанных в ПЗУ 13, на вход порта 19;
- CS3, запрещающий передачу данных с шины порта 19 на индикаторы устройства 14.
Микроконтроллер 6 управляет работой устройства в режиме прерываний по следующему алгоритму (фиг 6):
1. Опрос состояния линии датчика пониженного бортового напряжения 4.
При нормальном уровне питающего напряжения микроконтроллер начинает выполнять основной цикл программы. Последние данные о количестве остатка патронов из энергонезависимой памяти 9 записываются в ОЗУ 8 и далее из ОЗУ через порт 19 микроконтроллера 6 передаются на индикаторы устройства 14 для визуального отображения информации. Для прохождения данных с выхода порта 19 на индикаторы устройства 14 формируются сигналы:
- с порта 20 сигнал CS1,запрещающий запись данных от порта 19 в первый регистр 8;
- с порта 22 сигнал CS2, отключающий выходы ПЗУ 13 от порта 19;
- с порта 23 сигнал CS3, разрешающий выдачу данных с выхода второго регистра 11 на индикаторы устройства 14 при наличии команды WR (запись), поступающей с порта 24 микроконтроллера 6;
2. Опрос состояния линий установщика начального количества патронов 5 в боекомплекте портов 17, 18.
Для изменения исходного количества патронов, при одновременном нажатии кнопок установщика начального количества патронов 5 на линиях опроса портов 17, 18 формируются напряжения низкого уровня (менее 0,4 В), при этом микроконтроллер переходит в режим программирования исходного состояния счетчика 7. Для установки счетчика 7 в исходное состояние, соответствующее начальному количеству патронов в боекомплекте, контроллер производит опрос линии кнопки увеличения исходного количества патронов «+» порта 17 и линии уменьшения исходного количества патронов «- » порта 18. При помощи кнопок «+», « - » установщика начального количества патронов 5 счетчик 7 микроконтроллера 6 устанавливается в исходное состояние, соответствующее начальному количеству патронов в боекомплекте, после чего данные для отображения начального количества патронов через порт 19 микроконтроллера 6 передаются на индикаторы устройства 14.
При отсутствии на линиях опроса портов 17, 18 напряжений низкого уровня микроконтроллер продолжает выполнение основного цикла программы; 3. Опрос состояния линии импульсов стрельбы порта 16.
При наличии напряжения на линии опроса импульсов стрельбы порта 16, по соответствующей подпрограмме напряжение идентифицируется как одиночный импульс, при этом происходит программное подавление дребезга контактов электромеханического датчика, с которого на первый вход устройства 27 поступают импульсы амплитудой плюс 27 В и уменьшающие состояние счетчика 7 на единицу. Текущее значение состояния счетчика, соответствующее количеству остатка патронов, преобразуется в семисегментный десятичный код и записывается в ОЗУ 8. Далее из ОЗУ через порт 19 микроконтроллера 6 данные передаются на индикаторы устройства 14 для визуального отображения информации.
Для прохождения данных с выхода порта 19 на индикаторы устройства 14 с микроконтроллера 6 формируются сигналы:
- с порта 20 сигнал CS1, запрещающий запись данных от порта 19 в первый регистр 10;
- с порта 22 сигнал С82,отключающий выходы ПЗУ 13 от порта 19;
- с порта 23 сигнал CS3, разрешающий выдачу данных с выхода второго регистра 11 на индикаторы 14 при наличии команды WR (запись), поступающей с порта 24 микроконтроллера 6.
Передача данных на индикаторы устройства 14 осуществляется в динамическом режиме, который позволяет при использовании второго регистра И и буферного устройства 12 использовать минимальное количество линий для передачи результата подсчета остатка патронов на индикаторы 14. В динамическом режиме сформированные семисегментные четырех разрядные десятичные коды поразрядно последовательно с выхода порта 19 через регистр 10 одновременно поступают на входы всех индикаторов устройства 14. Через равные промежутки времени по линиям управления подключением индикаторов порта 26 микроконтроллера 6 последовательно формируются импульсы DR1…DR4, которые на буферном устройстве 12 преобразуются в напряжения низкого уровня и используются для поочередного подключения к общей шине ОВ одного из 4-х индикаторов на определенное время.
4. Опрос состояния линии датчика пониженного бортового напряжения порта 15.
При понижении бортового напряжения примерно в 2 раза датчик пониженного бортового напряжения 4 (фиг. 3) формирует по линии порта 15 сигнал, по которому в соответствии с подпрограммой через порт 25 последовательного интерфейса последнее текущее значение количества патронов из ОЗУ 8 переписывается и сохраняется в энергонезависимой памяти 9, после чего выполнение основного цикла программы останавливается и далее происходит только опрос линии состояния датчика пониженного бортового напряжения порта 15 микроконтроллера. Если бортовое напряжение приходит в норму, состояние датчика 4 и линии порта 15 изменяется, программа микроконтроллера начинает выполнять основной цикл: подсчет числа оставшихся патронов и вывод результата подсчета на индикаторы 14.
Работа устройства основана на подсчете входных импульсов, которые вырабатываются электромеханическим датчиком пусковой установки ЗСУ и представляют собой импульсы напряжения амплитудой плюс 27 В. При каждом выстреле электромеханическим датчиком формируется один импульс. Частота импульсов зависит от темпа стрельбы, который может достигать 1500 выстрелов в минуту.
После каждого израсходованного патрона при выстреле из зенитного автомата производится вычитание единицы от значения начального состояния счетчика, которое в свою очередь соответствует начальному количеству заряженных патронов, значение начального состояния счетчика устанавливается при помощи кнопок для установки начального состояния, результат вычисления в виде семисегментного четырехразрядного десятичного кода поступает на индикаторы, для отображения текущего значения остатка патронов в десятичном коде, на выходе формирователя питания формируется питающее напряжение для элементов устройства, на выходе датчика пониженного напряжения при понижении напряжения в два раза вырабатывается сигнал для запуска подпрограммы сохранения информации в энергонезависимой памяти.
Электронное устройство подсчета остатка патронов реализуется на элементной базе отечественного производства:
- микроконтроллер 6 - HI 830 ВЕ31;
-ПЗУ 13 - 1644РС1Т;
- энергонезависимая память 9 - М573РФ4А;
- первый регистр 10 - 1554ИР22Т;
- второй регистр 11 - 1554ИР23Т;
- индикатор 14 - 3Л336К;