CN221124880U - 一种炮弹监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种炮弹监测系统，包括：主控电路、加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路及接口电路；加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路及接口电路与主控电路相连；接口电路还与外部通信设备相连；加速度计传感器电路采集炮弹的加速度；陀螺仪电路采集炮弹的转动数据；气压计传感器电路采集炮弹的气压；北斗定位接收模组电路采集炮弹的定位数据；主控电路对加速度、转动数据、气压、定位数据处理，计算炮弹的位姿数据，根据位姿数据，识别炮弹的数量和种类，得到结果数据；接口电路将加速度、转动数据、气压、定位数据、位姿数据、结果数据，传输至外部通信设备。

Description

一种炮弹监测系统

技术领域

本实用新型涉及炮弹监测技术领域，尤其涉及一种炮弹监测系统。

背景技术

在现有的炮弹监测系统中，通常只能监测炮弹的某一种特定的运动数据，例如速度或者位置。然而，炮弹的运动是一个多维度的过程，仅仅依靠单一数据无法全面了解炮弹的运动状态，这限制了我们对于炮弹位姿数据的准确计算，以及对炮弹数量和种类的精准识别，从而严重影响军事作战效能和安全。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提出一种炮弹监测系统，以解决现有技术中无法全面了解炮弹运动状态的问题。

本实用新型提供一种炮弹监测系统，包括：

主控电路、加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及接口电路；

所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及接口电路分别与所述主控电路相连；

所述接口电路还与外部通信设备相连；

所述加速度计传感器电路用于采集炮弹的加速度数据；

所述陀螺仪电路用于采集炮弹的转动数据；

所述气压计传感器电路用于采集炮弹的气压数据；

所述北斗定位接收模组电路用于采集炮弹的北斗定位数据；

所述主控电路用于对所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据进行解析处理，计算炮弹的位姿数据，实现炮弹的运动监测，并根据所述位姿数据，对炮弹的数量和种类进行识别，得到结果数据；

所述接口电路用于将所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据、以及结果数据，传输至外部通信设备。

进一步的，所述炮弹监测系统，还包括：存储电路；

所述存储电路与所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及主控电路相连，用于存储所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据以及结果数据。

进一步的，所述炮弹监测系统，还包括：稳压电路；

所述稳压电路与电源、所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路、主控电路、接口电路以及存储电路相连，用于稳定电源的输入电压以及调节电源波形，并输出给所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路、主控电路、接口电路以及存储电路，以提供驱动电源。

进一步的，所述炮弹监测系统，还包括：自毁电路；

所述自毁电路与所述存储电路以及主控电路相连，用于当启动所述自毁电路中的自毁开关时，删除所述存储电路中的存储数据以及所述主控电路中的控制程序，并实现电路短路，烧毁所述存储电路以及主控电路中的芯片。

进一步的，所述加速度计传感器电路以及陀螺仪电路均通过SPI接口与所述主控电路相连。

进一步的，所述加速度计传感器电路还通过INT1接口和INT2接口与所述主控电路相连；

所述主控电路还用于：

将所述INT1接口设置成中断唤醒功能接口，并在所述加速度数据超过所述主控电路内部寄存器中预设的存储值时，激活所述INT1接口的中断唤醒功能，以使在休眠状态下唤醒系统功能；

将所述INT2接口设置成中断休眠功能接口，并在预设时间内，所述加速度数据持续未超过所述主控电路内部寄存器中预设的存储值时，激活所述INT1接口的中断休眠功能，以使系统进行休眠状态。

进一步的，所述气压计传感器电路通过I2C接口与所述主控电路相连。

进一步的，所述北斗定位接收模组电路通过串口接口与所述主控电路相连。

进一步的，所述接口电路通过RS485通信接口与所述主控电路相连。

进一步的，所述存储电路通过SDIO接口与所述主控电路相连。

本实用新型采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型中，通过在监测系统中设置加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路等多个传感器电路，实现对炮弹的多维度、全面运动状态监测，同时，还设置主控电路对各传感器电路采集的数据进行综合解析处理，实时计算炮弹位姿数据，从而实现对炮弹数量和种类的精准识别，大大提升军事作战效能和安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中炮弹监测系统的结构示意图；

图2为一个实施例中主控电路100的电路原理图；

图3为一个实施例中加速度计传感器电路200的电路原理图；

图4为一个实施例中陀螺仪电路300的电路原理图；

图5为一个实施例中气压计传感器电路400的电路原理图；

图6为一个实施例中北斗定位接收模组电路500的电路原理图；

图7为一个实施例中接口电路600的电路原理图；

图8为一个实施例中存储电路的电路原理图；

图9为一个实施例中稳压电路的电路原理图；

图10为一个实施例中自毁电路的电路原理图。

附图标记说明：主控电路100，加速度计传感器电路200，陀螺仪电路300，气压计传感器电路400，北斗定位接收模组电路500，接口电路600。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，一实施例中，提供了一种炮弹监测系统，包括：

主控电路100、加速度计传感器电路200、陀螺仪电路300、气压计传感器电路400、北斗定位接收模组电路500以及接口电路600；

加速度计传感器电路200、陀螺仪电路300、气压计传感器电路400、北斗定位接收模组电路500以及接口电路600分别与主控电路100相连；

接口电路600还与外部通信设备相连；

加速度计传感器电路200用于采集炮弹的加速度数据；

陀螺仪电路300用于采集炮弹的转动数据；

气压计传感器电路400用于采集炮弹的气压数据；

北斗定位接收模组电路500用于采集炮弹的北斗定位数据；

主控电路100用于对所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据进行解析处理，计算炮弹的位姿数据，实现炮弹的运动监测，并根据所述位姿数据，对炮弹的数量和种类进行识别，得到结果数据；

接口电路600用于将所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据、以及结果数据，传输至外部通信设备。

具体的，一实施例中，主控电路100的电路原理图如图2所示。

主控电路100具体可以划分为两个功能模块：数据处理单元模块以及模式识别单元模块。

其中，数据处理单元模块主要用于：

对北斗定位数据进行解析，获取炮弹的经纬度的信息，以及置信参数值；

对气压数据进行解算，获取炮弹的海拔高度；

对陀螺仪转动数据和加速度数据进行偏移值校准、滤波、漂移最优因子计算、动态阈值设定参数等多种形式的数据处理，数据处理过程中，可以采用自适应的全局优化概率算法(遗传算法)，此算法会进行自适应的迭代运算，用以优化陀螺仪和加速度计的数据，从而对陀螺仪转动数据和加速度数据进行融合，计算出炮弹的姿态数据，同时，该算法还允许实时改变运算参数及滤波参数，从而有效提升最终的识别率。

而模式识别单元模块主要用于：对数据处理单元模块处理后的数据进行特征值对比和数据分析，分析过程中可以采用HMM(隐马尔可夫模型)算法来进行识别，用以确定打击的炮弹数量和炮弹的种类，HMM算法可以将采集到的正确数据进行训练后，形成典型特征的观察值矩，从而有效提高最终的识别率，并且其识别准确率还能够伴随后续训练次数的增加而提升。

具体的，一实施例中，加速度计传感器电路200的电路原理图如图3所示，加速度计传感器电路200可以通过SPI接口与主控电路100相连，进行通信。

此外，加速度计传感器电路200还可以通过INT1接口和INT2接口与主控电路100相连；

主控电路100还用于：

将INT1接口设置成中断唤醒功能接口，并在所述加速度数据超过主控电路100内部寄存器中预设的存储值时，激活INT1接口的中断唤醒功能，以使在休眠状态下唤醒系统功能；

将INT2接口设置成中断休眠功能接口，并在预设时间内，所述加速度数据持续未超过主控电路100内部寄存器中预设的存储值时，激活INT2接口的中断休眠功能，以使系统进行休眠状态。

具体的，一实施例中，陀螺仪电路300的电路原理图如图4所示，陀螺仪电路300可以通过SPI接口与主控电路100相连，进行通信。

此外，在陀螺仪电路300也可以和加速度计传感器电路200一样将A-INT1-ACCEl和A-INT2-ACCEL接口设置为中断接口，再由主控电路设置其唤醒与休眠功能。

更优的，一实施例中，加速度计传感器电路200和陀螺仪电路300中的芯片可以具体选用由三轴高精度加速度计和三轴高精度陀螺仪构成的6自由度惯性传感器系统(IMU)。

具体的，一实施例中，气压计传感器电路400的电路原理图如图5所示，气压计传感器电路400通过I2C接口与主控电路100相连。

气压计传感器电路400可以采集炮弹的气压值，通过相对的气压变化值可以计算炮弹高度，而绝对的气压值可以计算炮弹海拔。

具体的，一实施例中，北斗定位接收模组电路500的电路原理图如图6所示，北斗定位接收模组电路500通过串口接口与主控电路100相连。

具体的，一实施例中，接口电路600的电路原理图如图7所示，接口电路600通过RS485通信接口与主控电路100相连。

接口电路600与外部通信设备实现连接，进而通过RS485通信接口，将主控电路中获取到的各类传感器数据以及自身计算出的位姿数据和结果数据传输至外部通信设备中，其中，外部通信设备可以具体为无线传输设备或移动终端等。

优选的，一实施例中，该炮弹监测系统，还包括：存储电路；

存储电路与加速度计传感器电路200、陀螺仪电路300、气压计传感器电路400、北斗定位接收模组电路500以及主控电路100相连，用于存储所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据以及结果数据。

具体的，一实施例中，存储电路的电路原理图如图8所示，存储电路通过SDIO接口与主控电路100相连。

存储电路可以对关键数据进行保存，包括用户数据，程序自身迭代运算数据，算法关键数据，系统参数数据和结果数据，以便断电后获取数据并进一步进行分析和总结。

优选的，一实施例中，该炮弹监测系统，还包括：稳压电路；

稳压电路与电源、加速度计传感器电路200、陀螺仪电路300、气压计传感器电路400、北斗定位接收模组电路500、主控电路100、接口电路600以及存储电路相连，用于稳定电源的输入电压以及调节电源波形，并输出给加速度计传感器电路200、陀螺仪电路300、气压计传感器电路400、北斗定位接收模组电路500、主控电路100、接口电路600以及存储电路，以提供驱动电源。

具体的，一实施例中，稳压电路的电路原理图如图9所示。

其中，稳压电路可以选择利用LDO芯片来进行稳压，稳压过程例如：当所需输入电压为5V，而电源的输入电压高于5V，且电源纹波较大时，稳压电路可以将电源的输入电压调节稳定在5V，并过滤电源纹波。

优选的，一实施例中，该炮弹监测系统，还包括：自毁电路；

自毁电路与存储电路以及主控电路100相连，用于当启动自毁电路中的自毁开关时，删除存储电路中的存储数据以及主控电路100中的控制程序，并实现电路短路，烧毁所述存储电路以及主控电路中的芯片。

具体的，一实施例中，自毁电路的电路原理图如图10所示，将自毁电路的自毁开关设置为按键形式，当自毁按键被按下后，首先会自动删除所有存储数据与相关控制程序，然后短路烧毁芯片。

此外，一些实施例中，该炮弹监测系统还可以设置有自检单元模块以及纠错处理单元模块，其中自检单元模块可以负责系统启动时对各个硬件接口和芯片数据进行自检，若发生异常，会进行报警处理，而纠错处理单元模块可以对运行过程、实验过程以及测试过程出现的错误情况进行判定和纠错，以提高模式识别的准确率，以及对运行过程中出现的芯片异常进行警告和提示。

同时，由于炮弹的电气环境通常为嘈杂、极端撞击、振动、极端温度、不稳定湿度等特殊环境，故电子设备要在其中稳定运行，必须满足高可靠性的标准。

为了保证监测系统的可靠性与准确性，上述实施例所述的监测系统还需要满足以下六点要求：

1、防尘防水等级要求：IP67；

2、可承受2000g(<＝10ms)的冲击结构；

3、高精度三轴陀螺仪(X，Y，Z三轴)灵敏度标定；

4、自带北斗定位接收系统，实现北斗定位记录；

5、获取当前气压数据；

6、-30度到85度的温度范围标定；

7、震动缓冲结构设计；

8、多阵列式设计。

上述实施例所述的炮弹监测系统，通过在一个系统中设置加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路等多个传感器电路，实现对炮弹的多维度、全面运动状态监测，同时，还设置主控电路对各传感器电路采集的数据进行综合解析处理，实时计算炮弹位姿数据，从而实现对炮弹数量和种类的精准识别，大大提升军事作战效能和安全。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种炮弹监测系统，其特征在于，包括：

主控电路、加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及接口电路；

所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及接口电路分别与所述主控电路相连；

所述接口电路还与外部通信设备相连；

所述加速度计传感器电路用于采集炮弹的加速度数据；

所述陀螺仪电路用于采集炮弹的转动数据；

所述气压计传感器电路用于采集炮弹的气压数据；

所述北斗定位接收模组电路用于采集炮弹的北斗定位数据；

所述主控电路用于对所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据进行解析处理，计算炮弹的位姿数据，实现炮弹的运动监测，并根据所述位姿数据，对炮弹的数量和种类进行识别，得到结果数据；

所述接口电路用于将所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据、以及结果数据，传输至外部通信设备。

2.根据权利要求1所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，还包括：存储电路；

所述存储电路与所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路以及主控电路相连，用于存储所述加速度数据、转动数据、气压数据、北斗定位数据、位姿数据以及结果数据。

3.根据权利要求2所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，还包括：稳压电路；

所述稳压电路与电源、所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路、主控电路、接口电路以及存储电路相连，用于稳定电源的输入电压以及调节电源波形，并输出给所述加速度计传感器电路、陀螺仪电路、气压计传感器电路、北斗定位接收模组电路、主控电路、接口电路以及存储电路，以提供驱动电源。

4.根据权利要求2所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，还包括：自毁电路；

所述自毁电路与所述存储电路以及主控电路相连，用于当启动所述自毁电路中的自毁开关时，删除所述存储电路中的存储数据以及所述主控电路中的控制程序，并实现电路短路，烧毁所述存储电路以及主控电路中的芯片。

5.根据权利要求1所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述加速度计传感器电路以及陀螺仪电路均通过SPI接口与所述主控电路相连。

6.根据权利要求5所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述加速度计传感器电路还通过INT1接口和INT2接口与所述主控电路相连；

所述主控电路还用于：

将所述INT1接口设置成中断唤醒功能接口，并在所述加速度数据超过所述主控电路内部寄存器中预设的存储值时，激活所述INT1接口的中断唤醒功能，以使在休眠状态下唤醒系统功能；

将所述INT2接口设置成中断休眠功能接口，并在预设时间内，所述加速度数据持续未超过所述主控电路内部寄存器中预设的存储值时，激活所述INT1接口的中断休眠功能，以使系统进行休眠状态。

7.根据权利要求1所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述气压计传感器电路通过I2C接口与所述主控电路相连。

8.根据权利要求1所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述北斗定位接收模组电路通过串口接口与所述主控电路相连。

9.根据权利要求1所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述接口电路通过RS485通信接口与所述主控电路相连。

10.根据权利要求2所述的一种炮弹监测系统，其特征在于，所述存储电路通过SDIO接口与所述主控电路相连。