2024年5月18日发(作者：野秋柔)
化工自动化及仪表 第３８卷
无线监控冲击波测试系统的研究
李亚娟 尤文斌 杨艳敏。 祖静
（１．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原０３００５１
２．中航光电科技股份有限公司，河南洛阳４７１０００）
摘要介绍了一种应用于冲击波超压测试中的无线监控负延时存储测试系统，它由传感器、模拟适配
调理电路、Ａ／Ｄ变换器、存储器、控制电路、接口和电池组成，其存储装置由ＡＶＲ单片机与ＣＰＬＤ共同控
制两片ＮＡＮＤ闪存，使用负延时功能实现高速完整存储。该系统具有可无线遥控、体积小、微功耗及抗
高冲击等特点，适合于恶劣环境下数据记录和及时回传。
关键词 冲击波超压 无线监控存储测试
中圈分类号ＴＰ２７４ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００—３９３２（２０１１）１１．１３４８－０４
冲击波测试是近年来发展非常迅速的一门技
术。冲击波测试系统就是用于这类武器的空气静
爆试验的冲击波测量，通过测量距爆心不同距离
１ 系统组成及工作原理
本系统主要包括无线通信和存储测试装置两
部分，其系统如图１所示。
天线
的冲击波超压值、超压持续时间、冲击波的传播速
度和衰减规律来评价武器系统的杀伤力…。
天线 ＬＥ壁受 亘卜—臣亟圈
目前常用的冲击波场超压测试方法有引线电
测试法和存储测试法。引线电测试法是将压力传
感器置于爆炸测试现场，信号记录仪及计算机等
臣王匿巫）．． 玉 天线丫
Ｌ［亘
灭线 ！
互囹
设备置于远离现场的掩体内，测试信号通过电缆
传输 。这种方法存在两个问题：一是布置电缆
引线费时费力；二是电起爆信号和爆炸产生的电
Ｌ［ 刃—匝圃
图１ 无线冲击波测试系统框图
磁干扰通过电缆引线耦合进人测试系统，常会造
成误触发或带来很大噪声 。存储测试法是将由
系统上电后测试装置处于循环记录状态，无
线主机以广播的方式发送触发信号，无线从机收
传感器、适配电路、Ａ／Ｄ转换器、存储器、控制电
路、接口电路以及电源等组成一个微型化测试系
统置于爆炸现场，记录完毕后回收测试系统。其
存在的不足为：一是无法实时监测系统状态；二是
不能第一时间获取测试数据，回收过程可能存在
耗时长、回收困难或意外掉电等风险。因此，如何
保证测试者能够安全有效地对记录设备进行实时
监控且快速地完成测试并完整地读取测试数据已
到命令控制测试装置进入单次采集状态，开始顺
序记录数据负延时存储，在采集完毕后装置进入
低功耗状态，等待主机以点名的方式回收读数。
２存储装置的设计
本存储装置使用ＣＰＬＤ结合ＡＶＲ单片机共
同控制两片ＮＡＮＤ结构闪存，其结构如图２所示。
经成为一项亟待解决的课题。
笔者基于存储测试、无线通信等技术，设计了
应用于冲击波超压测试的兼有无线监控和存储测
试的系统，弥补了现有方法的不足并解决了爆炸
环境中测试数据的无线控制问题，实现了具有无
线控制功能和有效数据存储的冲击波场超压测试
新方法。
收稿日期：２０１１－０８．３０（修改稿）
第１１期 李亚娟等．无线监控冲击波测试系统的研究
模拟信号调理电路将传感器输出的模拟信号
进行放大、滤波等处理后输入Ａ／Ｄ转换器
３无线控制技术
为便于操作人员能够在安全距离外即时监控
系统状态，确保无线通信的畅通和记录仪状态的
ＡＤ７４９２。Ａ／Ｄ转换器用于将连续的模拟信号转
换为离散的数字信号。ＣＰＬＤ主要用于需同时完
成的同步信号，如地址发生器、时钟等的数字逻
辑。单片机完成判断、运算和控制。ＣＰＬＤ和单
片机控制Ａ／Ｄ转换器和双Ｆｌａｓｈ闪存进行存储操
正常，无线通信模块的主要任务就是实现计算机
和存储测试装置之间指令和数据的无线传输。
根据文献［６］中附录Ｃ超压场对人体杀伤判
据的依据，计算机控制处的冲击波超压应小于
作。数据存储完毕后，测试系统进入休眠状态以
降低功耗。数据可以由单片机控制通过ＵＳＢ芯
０．０３ＭＰａ，计算机控制处距爆炸中心的距离一般
为几百米。因此本系统无线射频收发芯片选用
片传输给计算机，也可以由ＣＰＬＤ控制将数据传
给无线通信模块。
２．１传感器的选择
传感器是测试技术的核心 ，本系统采用美
国ＰＣＢ公司生产的ＰＣＢ１１３系列ＩＣＰ压力传感器
１１３Ｂ０３进行爆炸冲击波的测试，其特性参数如
下：
灵敏度０．０５６ ６ｐＣ／ｋＰａ
最大压力值１０３．４２５ＭＰａ
抗冲击最大值２０ｋｇ
经受住的最大温度１ ６４９％
该类型传感器与冲击波存储电路仅需要一条
线即可实现通讯，并且在使用中不需要任何外围
元件，具有体积小、响应速度快及精度高等优点，
但需恒流源供电，且有直流偏置电压，所以须给传
感器提供信号转换电路和调理电路，把冲击波信
号调理到合适的电压范围内，方便后续电路进一
步对信号处理 。
２．２存储实现原理
本系统使用两片三星公司的ＮＡＮＤ闪存
Ｋ９Ｆ４Ｇ０８ＵＯＡ．ＰＩＢＯ，单片容量为５１２ＭＢｙｔｅ。该闪
存的特点是数据按页（２ＫＢｙｔｅ）模式进行写操作，
按块（１２８ＫＢｙｔｅ）进行擦除，对一页数据编程进入
非易失介质的典型时间为２００￣ｓ。ＡＤ采集的数
据先进人ＣＰＬＤ，分低８位和高６位两次写入闪
存。闪存的一页数据写满后，即可进行编程，切换
到另一片进行写数据。完成信号存储的主要功能
模块是存储器、地址发生器及负延迟计数器等。
触发前，循环记录数据存储。在接收到触发信号
后，负延迟计数器开始计数，且数据转向第二单元
进行顺序记录，计数结束后地址发生器停止工作，
冲击波超压信号得以存储。负延时功能可以将触
发前的一段信息有效地保存，从而得到完整的超
压测试曲线，待记录完毕后进入休眠状态，等待读
数。
ｎＲＦ９０５。ｎＲＦ９０５是挪威Ｎｏｒｄｉｃ公司推出的单片
无线收发一体的芯片，工作电压为１．９～３．６Ｖ，可
通过编程工作于４３３／８６８／９１５ＭＨｚ ３个ＩＳＭ频段，
使用ＳＰＩ接口与微处理器通信，配置非常方便，
ＧＦＳＫ调制，可以支持多达１２５个频道的跳频通信
和多点通信，内置硬件ＣＲＣ 。主控芯片采用宏
晶科技的ＳＴＣＩＯＦＯ８ＸＥ单片机，单时钟／单机器周
期的高速度、低功耗、超强抗干扰的８０５１内核单
片机，运用串行的ＲＳ２３２串口与外部目标数据存
储器相连。
无线主机主要接收计算机的指令，进行指令
判读并执行相应操作，完成指令的无线发送。引
爆前计算机通过中断方式给出触发信号，无线主
机接收到中断信号后以广播方式发送。无线从机
接收到信号后输出相应指令，进行判断、执行和设
置参数，完成对存储测试装置触发和采集控制。
测试存储完毕后无线从机发送存储装置的状态信
息，等待主机的点名读数。
４软件设计
本设计借助ＶＢ语言面向对象的设计思想、
可视化功能和Ｍａｔｌａｂ强大的数学计算能力开发
基于Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ平台的软件系统，以对操作人员
友好的软面板为人机界面。
测试前操作人员对无线模块连接测试装置，
进行状态读取触发电平编程、系统增益编程及无
线从机状态设置等一系列操作，存储系统执行完
毕后由无线从机向主机反馈状态信息，无误后主
机发送触发命令。系统主控制程序流程如图３所
示。
５试验结果
本系统经过实验室做标定和多次模拟试验后
在靶场进行了冲击波超压测试实爆试验：１２个超
压传感器位于第Ⅲ象限，距爆心８、１４、１９、２３ｍ处
各布３个与地面平齐的传感器。测试场布置如图
４所示。图５为测量超压值典型曲线，分析了图４
化工自动化及仪表 第３８卷
中５ 装置和８ 装置由弹片击中引起的弹道波信
号和爆炸时的地震波信号。
（ 盐塑 ）
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Ｉ系统等待触发ｌ Ｌ 竿 ＝＝Ｊ
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图３ 主控制程序流程
口
爆心
８ｍ
ｌ４ｍ
ｌ９ｍ
２３ｍ
图４测试场布置
皇
ａ．１４ｍ冲击波超压曲线
０．４０
０．３５
Ｏ．３０
Ｏ．２５
０．２０
要 ｏ．１５
０．１０
Ｏ．Ｏ５
Ｏ．００
一
Ｏ．０５
—
０．１０
ｂ．１９ｍ冲击波超压曲线
图５ 测量超压值曲线
分析测试曲线可知，冲击波信号前有弹片击
中引起的弹道波信号和爆炸时地震波信号。图
５ａ中５ 装置冲击波峰值为０．６２６ＭＰａ，到达时间
６．７０８ｍｓ，理论冲击波数据为０．５７１ ９ＭＰａ；图５ｂ
中８ 装置峰值为０．３８０ ３ＭＰａ，持续时间为
４．９００ｍｓ，在信号前有３．８ｍｓ的噪声信号，理论冲
击波数据为０．３５５ ２ＭＰａ。以上实测数据与理论
冲击波数据相比较均为有效数据。
６ 结束语
该系统将无线控制技术应用于大威力爆炸冲
击波场中，试验表明其具有操作简单、稳定可靠、
无需引大量的线缆及抗干扰等优点。在爆炸环境
恶劣的条件下能够实现远程监控，快速检测整个
系统，实时得知测试系统的运行状况，因此在其它
爆炸测试系统领域有很好的应用前景和推广价
值。
参 考 文 献
［１］杨泽望，潘保青，孙鹏举．基于存储测试技术的强冲
击波测量系统的设计与应用［Ｊ］．飞行器测控学报，
２００５，２５（３）：８７—９１．
［２］ 张志杰，王代华，王文廉等．具有无线数据传输与控
制功能的冲击波超压测试系统［Ｊ］．计测技术，
２０１０，３０（１）：８５—８９．
［３］ 马铁华，祖静．冲击波超压存储测试技术研究［Ｊ］．
仪器仪表学报，２００４，２５（ｚ１）：１３４—１３５．
［４］ 许辉，文丰，翟成瑞等．水下爆炸冲击波数据记录仪
的设计与实现［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２３（Ｉ）：１４３
—
１４５．
［５］董冰玉，杜红棉，祖静．基于无线控制的冲击波超压
测试系统［Ｊ］．传感器技术学报，２０１０，２３（２）：１２３～
１２６．
（下转第ｌ３５６页）
１３５６ 化工自动化及仪表 第３８卷
５ 结束语
∞ ∞苣｝∞ ∞州惦嘲ｍ咖艘 ∞
洲∞ｍｍ啪∞ ∞晰 嗽 咖∞…船
入式软核ＣＰＵ软硬件系统可编程和可在线调试
田 阡 ∞嘞柏｛莹雅 呲曲Ⅲ凹
的优点，将所需模块控制接口集成至ＮＩＯＳ １１处
！蝴ｍ ∞嗽∞哪Ｈ啪惦嗽甜 们 晒 叭∞啪阡嘶陀眦吣 蚴霹吣∞ｌ量∞ ∞啪｛∞啪曲啪们嘶哐 艏 船瑚们 量∞吲 咐们嗽 啉 ｍ∞ ｇ嘲曲嘞雏晒们例 ｍ 嗽∞ ∞ｍ∞
本系统采用ＳＯＰＣ技术，充分利用ＮＩＯＳ ｌＩ嵌
理器系统中。将串行输入的ＰＣＭ码解码并通过
上位机显示，用示波器观察所产生的波形，满足了
ｊｇ嘲旺 雕 ∞Ⅲ叫 ∞
婚 ７－４＇４￣Ｔｌ１ 《 ≤鹫壤
系统设计要求。
参 考 文 献
啪 ¨ ∞哪呻啪 牾俩船 ∞ ∞啪 嚣嘞∞ 纠 苫； 晒
…∞ ∞ 阳哪们啪Ｍ咖 埘幅 船
仲 ∞ 帕 Ｈ啪∞ 啦 ∞ 嚣
张国印，刘铭，姚爱红．一种基于ＳｏＰＣ技术的ｉｌ ＢＣ
阼 ¨ ｍ删 啪船嘲Ｍ 陆 嚣
∞鲫的 ¨ 啪∞ 帕川Ｍ ∞
２０１０，３１（５）：１０１６～１０２０．
图６ 帧同步、码同步和ＰＣＭ码测试波形
全波道显示
语音编解码器设计实现［Ｊ］．小型微型计算机系统，
州∞∞ 舛∞饷 叽∞∞∞”∞他８
４ ０ ６ ２ ８ ４ Ｏ ６
穹
郑炜，黄瑞光．基于Ｎｉｐｓ ＩＩ的ＬＦＭ时延差编码解码
器［Ｊ］．声学与电子工程，２００８，（１）：２２～２５．
ｒＬ；
ｌ
１Ｊ
２
］●Ｊ
３
１Ｊ
周立功．ＳＯＰＣ嵌入式系统基础教程［Ｍ］．北京：北
ｒｌ
４
１Ｊ
京航空航天大学出版社，２００６．
赵明，吴泳澎，刘克刚．高速并行的ＲＳ解码器设计
与ＦＰＧＡ实现［Ｊ］．电子技术，２００７，３４（１１）：１９～
图７ 波道表
２１
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｅｃｏｄｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｎ ＩＯＳ １Ｉ
ＭＥＮＧ Ｌｉｎｇ－ｊｕｎ，ＧＯＮＧ Ｊｉｎｇ，ＹＡＮ Ｓｈｕａｉ，ＹＩＮ Ｗｅｉ．ｈａｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆ ｏ
Ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ＮＩＯＳ ｌＩ．ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｃｏｄｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈａｖｅ ｔｈｅ ＳＯＰＣ ａｄｏｐｔｅｄ．ｔｈｅ ＦＰＧＡ
ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ａｎｄ ａｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＮＩＯＳ １Ｉ ＣＰＵ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ＦＰＧＡ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ
ｃｈｉｐ（ＳＯＣ），ａｎｄ ｔｈｅｎ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａ ８．ｂｉｔ ｓｉｄｅ．ｂｙ．ｓｉｄｅ ｃｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ
ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｅｃｏｄｅｒ，ＳＯＰＣ，ＦＰＧＡ，ＮＩＯＳ ｌＩ
（上接第１３５０页）
［６］ ＧＪＢ ５２１２—２００４，云爆弹定型试验规程［Ｓ］．北京：总
装备部军标出版发行部，２００４．
［７］ Ｓｔａｌｔｉｎｇｓ Ｗ著，何军译．无线通信与网络［Ｍ］．北京
清华大学出版社，２００４．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｙａ－ｊｕａｎ ，ＹＯＵ Ｗｅｎ．ｂｉｎ ，ＹＡＮＧ Ｙａｎ ｍｉｎ ，ＺＵ Ｊｉｎｇ’
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆ ｏＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆ ｏｔ ｅ
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆ ｏＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｈｉｎａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ—Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｅｌａｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｂｏａｓｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃａｐａ—
ｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｔｅｓｔ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ，ａｄａｐｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｍｅｍｏｒｙ，ｃｏｎ—
ｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｂａｔｔｅｒｙ；ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｅｌａｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｂｏｔｈ ＡＶＲ ＭＣＵ ａｎｄ ＣＰＬＤ ｃｏｎ—
ｔｒｏｌｓ ｔｗｏ ＮＡＮＤ ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｉｅｓ，ｃａｎ ｒｅｌｉａｂｌｙ ｗｏｒｋ ａｔ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓ－
ｔｅｒｎ ｃａｎ ｔｉｍｅｌｙ ｒｅｃｏｒｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｎ ａｎｙ ｈａｒｓｈ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｍｏｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｍｐａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
2024年5月18日发(作者：野秋柔)
化工自动化及仪表 第３８卷
无线监控冲击波测试系统的研究
李亚娟 尤文斌 杨艳敏。 祖静
（１．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原０３００５１
２．中航光电科技股份有限公司，河南洛阳４７１０００）
摘要介绍了一种应用于冲击波超压测试中的无线监控负延时存储测试系统，它由传感器、模拟适配
调理电路、Ａ／Ｄ变换器、存储器、控制电路、接口和电池组成，其存储装置由ＡＶＲ单片机与ＣＰＬＤ共同控
制两片ＮＡＮＤ闪存，使用负延时功能实现高速完整存储。该系统具有可无线遥控、体积小、微功耗及抗
高冲击等特点，适合于恶劣环境下数据记录和及时回传。
关键词 冲击波超压 无线监控存储测试
中圈分类号ＴＰ２７４ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００—３９３２（２０１１）１１．１３４８－０４
冲击波测试是近年来发展非常迅速的一门技
术。冲击波测试系统就是用于这类武器的空气静
爆试验的冲击波测量，通过测量距爆心不同距离
１ 系统组成及工作原理
本系统主要包括无线通信和存储测试装置两
部分，其系统如图１所示。
天线
的冲击波超压值、超压持续时间、冲击波的传播速
度和衰减规律来评价武器系统的杀伤力…。
天线 ＬＥ壁受 亘卜—臣亟圈
目前常用的冲击波场超压测试方法有引线电
测试法和存储测试法。引线电测试法是将压力传
感器置于爆炸测试现场，信号记录仪及计算机等
臣王匿巫）．． 玉 天线丫
Ｌ［亘
灭线 ！
互囹
设备置于远离现场的掩体内，测试信号通过电缆
传输 。这种方法存在两个问题：一是布置电缆
引线费时费力；二是电起爆信号和爆炸产生的电
Ｌ［ 刃—匝圃
图１ 无线冲击波测试系统框图
磁干扰通过电缆引线耦合进人测试系统，常会造
成误触发或带来很大噪声 。存储测试法是将由
系统上电后测试装置处于循环记录状态，无
线主机以广播的方式发送触发信号，无线从机收
传感器、适配电路、Ａ／Ｄ转换器、存储器、控制电
路、接口电路以及电源等组成一个微型化测试系
统置于爆炸现场，记录完毕后回收测试系统。其
存在的不足为：一是无法实时监测系统状态；二是
不能第一时间获取测试数据，回收过程可能存在
耗时长、回收困难或意外掉电等风险。因此，如何
保证测试者能够安全有效地对记录设备进行实时
监控且快速地完成测试并完整地读取测试数据已
到命令控制测试装置进入单次采集状态，开始顺
序记录数据负延时存储，在采集完毕后装置进入
低功耗状态，等待主机以点名的方式回收读数。
２存储装置的设计
本存储装置使用ＣＰＬＤ结合ＡＶＲ单片机共
同控制两片ＮＡＮＤ结构闪存，其结构如图２所示。
经成为一项亟待解决的课题。
笔者基于存储测试、无线通信等技术，设计了
应用于冲击波超压测试的兼有无线监控和存储测
试的系统，弥补了现有方法的不足并解决了爆炸
环境中测试数据的无线控制问题，实现了具有无
线控制功能和有效数据存储的冲击波场超压测试
新方法。
收稿日期：２０１１－０８．３０（修改稿）
第１１期 李亚娟等．无线监控冲击波测试系统的研究
模拟信号调理电路将传感器输出的模拟信号
进行放大、滤波等处理后输入Ａ／Ｄ转换器
３无线控制技术
为便于操作人员能够在安全距离外即时监控
系统状态，确保无线通信的畅通和记录仪状态的
ＡＤ７４９２。Ａ／Ｄ转换器用于将连续的模拟信号转
换为离散的数字信号。ＣＰＬＤ主要用于需同时完
成的同步信号，如地址发生器、时钟等的数字逻
辑。单片机完成判断、运算和控制。ＣＰＬＤ和单
片机控制Ａ／Ｄ转换器和双Ｆｌａｓｈ闪存进行存储操
正常，无线通信模块的主要任务就是实现计算机
和存储测试装置之间指令和数据的无线传输。
根据文献［６］中附录Ｃ超压场对人体杀伤判
据的依据，计算机控制处的冲击波超压应小于
作。数据存储完毕后，测试系统进入休眠状态以
降低功耗。数据可以由单片机控制通过ＵＳＢ芯
０．０３ＭＰａ，计算机控制处距爆炸中心的距离一般
为几百米。因此本系统无线射频收发芯片选用
片传输给计算机，也可以由ＣＰＬＤ控制将数据传
给无线通信模块。
２．１传感器的选择
传感器是测试技术的核心 ，本系统采用美
国ＰＣＢ公司生产的ＰＣＢ１１３系列ＩＣＰ压力传感器
１１３Ｂ０３进行爆炸冲击波的测试，其特性参数如
下：
灵敏度０．０５６ ６ｐＣ／ｋＰａ
最大压力值１０３．４２５ＭＰａ
抗冲击最大值２０ｋｇ
经受住的最大温度１ ６４９％
该类型传感器与冲击波存储电路仅需要一条
线即可实现通讯，并且在使用中不需要任何外围
元件，具有体积小、响应速度快及精度高等优点，
但需恒流源供电，且有直流偏置电压，所以须给传
感器提供信号转换电路和调理电路，把冲击波信
号调理到合适的电压范围内，方便后续电路进一
步对信号处理 。
２．２存储实现原理
本系统使用两片三星公司的ＮＡＮＤ闪存
Ｋ９Ｆ４Ｇ０８ＵＯＡ．ＰＩＢＯ，单片容量为５１２ＭＢｙｔｅ。该闪
存的特点是数据按页（２ＫＢｙｔｅ）模式进行写操作，
按块（１２８ＫＢｙｔｅ）进行擦除，对一页数据编程进入
非易失介质的典型时间为２００￣ｓ。ＡＤ采集的数
据先进人ＣＰＬＤ，分低８位和高６位两次写入闪
存。闪存的一页数据写满后，即可进行编程，切换
到另一片进行写数据。完成信号存储的主要功能
模块是存储器、地址发生器及负延迟计数器等。
触发前，循环记录数据存储。在接收到触发信号
后，负延迟计数器开始计数，且数据转向第二单元
进行顺序记录，计数结束后地址发生器停止工作，
冲击波超压信号得以存储。负延时功能可以将触
发前的一段信息有效地保存，从而得到完整的超
压测试曲线，待记录完毕后进入休眠状态，等待读
数。
ｎＲＦ９０５。ｎＲＦ９０５是挪威Ｎｏｒｄｉｃ公司推出的单片
无线收发一体的芯片，工作电压为１．９～３．６Ｖ，可
通过编程工作于４３３／８６８／９１５ＭＨｚ ３个ＩＳＭ频段，
使用ＳＰＩ接口与微处理器通信，配置非常方便，
ＧＦＳＫ调制，可以支持多达１２５个频道的跳频通信
和多点通信，内置硬件ＣＲＣ 。主控芯片采用宏
晶科技的ＳＴＣＩＯＦＯ８ＸＥ单片机，单时钟／单机器周
期的高速度、低功耗、超强抗干扰的８０５１内核单
片机，运用串行的ＲＳ２３２串口与外部目标数据存
储器相连。
无线主机主要接收计算机的指令，进行指令
判读并执行相应操作，完成指令的无线发送。引
爆前计算机通过中断方式给出触发信号，无线主
机接收到中断信号后以广播方式发送。无线从机
接收到信号后输出相应指令，进行判断、执行和设
置参数，完成对存储测试装置触发和采集控制。
测试存储完毕后无线从机发送存储装置的状态信
息，等待主机的点名读数。
４软件设计
本设计借助ＶＢ语言面向对象的设计思想、
可视化功能和Ｍａｔｌａｂ强大的数学计算能力开发
基于Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ平台的软件系统，以对操作人员
友好的软面板为人机界面。
测试前操作人员对无线模块连接测试装置，
进行状态读取触发电平编程、系统增益编程及无
线从机状态设置等一系列操作，存储系统执行完
毕后由无线从机向主机反馈状态信息，无误后主
机发送触发命令。系统主控制程序流程如图３所
示。
５试验结果
本系统经过实验室做标定和多次模拟试验后
在靶场进行了冲击波超压测试实爆试验：１２个超
压传感器位于第Ⅲ象限，距爆心８、１４、１９、２３ｍ处
各布３个与地面平齐的传感器。测试场布置如图
４所示。图５为测量超压值典型曲线，分析了图４
化工自动化及仪表 第３８卷
中５ 装置和８ 装置由弹片击中引起的弹道波信
号和爆炸时的地震波信号。
（ 盐塑 ）
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图３ 主控制程序流程
口
爆心
８ｍ
ｌ４ｍ
ｌ９ｍ
２３ｍ
图４测试场布置
皇
ａ．１４ｍ冲击波超压曲线
０．４０
０．３５
Ｏ．３０
Ｏ．２５
０．２０
要 ｏ．１５
０．１０
Ｏ．Ｏ５
Ｏ．００
一
Ｏ．０５
—
０．１０
ｂ．１９ｍ冲击波超压曲线
图５ 测量超压值曲线
分析测试曲线可知，冲击波信号前有弹片击
中引起的弹道波信号和爆炸时地震波信号。图
５ａ中５ 装置冲击波峰值为０．６２６ＭＰａ，到达时间
６．７０８ｍｓ，理论冲击波数据为０．５７１ ９ＭＰａ；图５ｂ
中８ 装置峰值为０．３８０ ３ＭＰａ，持续时间为
４．９００ｍｓ，在信号前有３．８ｍｓ的噪声信号，理论冲
击波数据为０．３５５ ２ＭＰａ。以上实测数据与理论
冲击波数据相比较均为有效数据。
６ 结束语
该系统将无线控制技术应用于大威力爆炸冲
击波场中，试验表明其具有操作简单、稳定可靠、
无需引大量的线缆及抗干扰等优点。在爆炸环境
恶劣的条件下能够实现远程监控，快速检测整个
系统，实时得知测试系统的运行状况，因此在其它
爆炸测试系统领域有很好的应用前景和推广价
值。
参 考 文 献
［１］杨泽望，潘保青，孙鹏举．基于存储测试技术的强冲
击波测量系统的设计与应用［Ｊ］．飞行器测控学报，
２００５，２５（３）：８７—９１．
［２］ 张志杰，王代华，王文廉等．具有无线数据传输与控
制功能的冲击波超压测试系统［Ｊ］．计测技术，
２０１０，３０（１）：８５—８９．
［３］ 马铁华，祖静．冲击波超压存储测试技术研究［Ｊ］．
仪器仪表学报，２００４，２５（ｚ１）：１３４—１３５．
［４］ 许辉，文丰，翟成瑞等．水下爆炸冲击波数据记录仪
的设计与实现［Ｊ］．微计算机信息，２００７，２３（Ｉ）：１４３
—
１４５．
［５］董冰玉，杜红棉，祖静．基于无线控制的冲击波超压
测试系统［Ｊ］．传感器技术学报，２０１０，２３（２）：１２３～
１２６．
（下转第ｌ３５６页）
１３５６ 化工自动化及仪表 第３８卷
５ 结束语
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洲∞ｍｍ啪∞ ∞晰 嗽 咖∞…船
入式软核ＣＰＵ软硬件系统可编程和可在线调试
田 阡 ∞嘞柏｛莹雅 呲曲Ⅲ凹
的优点，将所需模块控制接口集成至ＮＩＯＳ １１处
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本系统采用ＳＯＰＣ技术，充分利用ＮＩＯＳ ｌＩ嵌
理器系统中。将串行输入的ＰＣＭ码解码并通过
上位机显示，用示波器观察所产生的波形，满足了
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系统设计要求。
参 考 文 献
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…∞ ∞ 阳哪们啪Ｍ咖 埘幅 船
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张国印，刘铭，姚爱红．一种基于ＳｏＰＣ技术的ｉｌ ＢＣ
阼 ¨ ｍ删 啪船嘲Ｍ 陆 嚣
∞鲫的 ¨ 啪∞ 帕川Ｍ ∞
２０１０，３１（５）：１０１６～１０２０．
图６ 帧同步、码同步和ＰＣＭ码测试波形
全波道显示
语音编解码器设计实现［Ｊ］．小型微型计算机系统，
州∞∞ 舛∞饷 叽∞∞∞”∞他８
４ ０ ６ ２ ８ ４ Ｏ ６
穹
郑炜，黄瑞光．基于Ｎｉｐｓ ＩＩ的ＬＦＭ时延差编码解码
器［Ｊ］．声学与电子工程，２００８，（１）：２２～２５．
ｒＬ；
ｌ
１Ｊ
２
］●Ｊ
３
１Ｊ
周立功．ＳＯＰＣ嵌入式系统基础教程［Ｍ］．北京：北
ｒｌ
４
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京航空航天大学出版社，２００６．
赵明，吴泳澎，刘克刚．高速并行的ＲＳ解码器设计
与ＦＰＧＡ实现［Ｊ］．电子技术，２００７，３４（１１）：１９～
图７ 波道表
２１
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｅｃｏｄｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｎ ＩＯＳ １Ｉ
ＭＥＮＧ Ｌｉｎｇ－ｊｕｎ，ＧＯＮＧ Ｊｉｎｇ，ＹＡＮ Ｓｈｕａｉ，ＹＩＮ Ｗｅｉ．ｈａｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆ ｏ
Ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ＮＩＯＳ ｌＩ．ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｃｏｄｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈａｖｅ ｔｈｅ ＳＯＰＣ ａｄｏｐｔｅｄ．ｔｈｅ ＦＰＧＡ
ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ａｎｄ ａｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＮＩＯＳ １Ｉ ＣＰＵ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ＦＰＧＡ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ
ｃｈｉｐ（ＳＯＣ），ａｎｄ ｔｈｅｎ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｄｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａ ８．ｂｉｔ ｓｉｄｅ．ｂｙ．ｓｉｄｅ ｃｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ
ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｅｃｏｄｅｒ，ＳＯＰＣ，ＦＰＧＡ，ＮＩＯＳ ｌＩ
（上接第１３５０页）
［６］ ＧＪＢ ５２１２—２００４，云爆弹定型试验规程［Ｓ］．北京：总
装备部军标出版发行部，２００４．
［７］ Ｓｔａｌｔｉｎｇｓ Ｗ著，何军译．无线通信与网络［Ｍ］．北京
清华大学出版社，２００４．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｙａ－ｊｕａｎ ，ＹＯＵ Ｗｅｎ．ｂｉｎ ，ＹＡＮＧ Ｙａｎ ｍｉｎ ，ＺＵ Ｊｉｎｇ’
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆ ｏＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆ ｏｔ ｅ
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆ ｏＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｈｉｎａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ—Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｅｌａｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｂｏａｓｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃａｐａ—
ｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｔｅｓｔ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ，ａｄａｐｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｍｅｍｏｒｙ，ｃｏｎ—
ｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｂａｔｔｅｒｙ；ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｅｌａｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｂｏｔｈ ＡＶＲ ＭＣＵ ａｎｄ ＣＰＬＤ ｃｏｎ—
ｔｒｏｌｓ ｔｗｏ ＮＡＮＤ ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｉｅｓ，ｃａｎ ｒｅｌｉａｂｌｙ ｗｏｒｋ ａｔ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓ－
ｔｅｒｎ ｃａｎ ｔｉｍｅｌｙ ｒｅｃｏｒｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｎ ａｎｙ ｈａｒｓｈ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒｅｍｏｔｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｉｍｐａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓｔｏｒａｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ