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1、一种自动报靶系统的设计与实现作者：战延谋、王卓柱、孙吉红、段红单位：炮兵学院计量中心转载：电子测量技术发布时间：2008-11-24传统的报靶主要依靠人工实现，存在精度不高、安全隐患较大及人力资源浪费的不足。现在市场上一些自动报靶的产品中普片存在成本高、系统比较复杂，并且占用场地等缺陷，本文所设计的报靶系统是基于多靶多人同时射击时，射手和检查监控都能实时检测子弹是否击中靶子并实现自动报靶，系统能科学、精确、实时地测量射击的环数和方位，客观、公正地评价射击训练成绩，有效地指导射击训练，满足信息化建设和训练的急需。1. 传感器的物理特性分析报靶系统由传感器(特制的头靶、胸靶、胸环靶、身靶 )进行数
2、据采集。准确检测到击中靶子的信号是实现自动报靶的关键，本系统的报靶传感器是一特制的靶子，它的两面各有一层导电橡胶(或其它导电的软材料)，反面导电橡胶接地线，正面的一层按胸环靶样式用绝缘材料分隔成不同的环位和方位区域，并在不同的区域分别引出信号线。当子弹穿越靶子的瞬间，靶子两面的导电橡胶层接通，此时在相应区域的信号线上即可产生接地的脉冲信号，靶的 8 个环位和 8 个方位一共 16 种脉冲信号并行输出。胸靶结构示意图如图 1 所示。设靶子厚度为 0.02 m，弹速为 400m/s则输出的接地脉冲宽度小于 50us。为了能准确检测，则必须对这些脉冲信号进行整形和展宽前期信号的处理，用CPLD 技术
3、对数据采集和处理的实现，较常规的数据处理相比，产品信号处理更准确，使用器件减少，抗干扰性也将大大提高，同时使用方便和降低产品造价，数据采集板还实现从并行到串行的转换。2. 系统结构设计整个系统由数据采集模块、前期信号预处理模块、通信模块、数据处理和输入输出模块。系统结构框图如图 2 所示。数据处理模块包括单片机为核心的上位机和以 Delphi 为基础开发的一个 PC 机监控终端。系统可以同时进行 12名射手射击，单片机上位机为每个射手显示实时成绩，PC 机监控终端则可以实时显示所有射手的成绩，用于对射击的检查监控。数据采集由特制的信号靶传感器采集；前期信号预处理采用大规模数字集成电路 CPLD
4、 设计，把前几个单元电路集成在一个顶层电路，将其所实现功能写入一片 CPLD 芯片中，减少了电路空间，提高了总体可靠性；通信模块由微功率无线数传模块 ZTTR43U 组成，具有低功耗、高可靠性、传输性能优良等特点，同时它还具备 USB 接口的方式，与 PC 机进行良好的通信；输入输出模块由键盘、液晶模块和 PC 机等组成。3. 系统硬件设计系统把传感器接收到的数据经过前期预处理后通过通信模块传输给单片机上位机或者是 PC 机的监控终端。由于通信模块和电源模块的设计都有已经较为成熟的方法，在此就不再赘述，核心是前期信号预处理模块、单片机处理模块和 PC 机监控终端。3.1 前期信号预处理模块前期
5、信号预处理除无线发射模块外，选用 1 片 CPLD 芯片实现，CPLD 芯片选用 EPM7128AE100-10，系统时钟 1MHz，各全局控制引脚未用，接地处理以减少芯片功耗。芯片逻辑是在 Altera 公司的 MAX+PLUS开发系统环境下，运用其专用的 AHDL 语言编写，最终形成系统逻辑。设计相应的处理电路，电路前期信号预处理模块如图 3 所示。Ma0Ma7 为 10 环至 3 环的环数输入信号， Mb0Mb7 为八个方位的输入信号，当子弹穿过靶子时即可产生一个相应的环数和方位信号（10 环没有方位），在外界干扰环境下，接收到的信号是两路带有毛刺的衰变信号，因此需要将其整理成有一定宽度
6、的脉冲信号，以便于下位机的处理。脉冲封锁的原理就是将前后沿的脉冲适当拉宽，覆盖后续的振荡脉冲，使前后沿各对应一个宽脉冲。前期信号预处理由 16 路脉冲整理与封锁电路、环数和方位提取电路、数据锁存电路、计数电路组成。3.2 单片机处理设计单片机处理模块（上位机）主要由单片机中心控制电路、数据存储电路、无线通信电路、输入输出接口电路和电源电路等几部分组成。所有的控制操作通过键盘进行，按键设计有背光、复位、转换、总清、保存、查询和上下滚动键，其中转换键用于各种靶之间的转换；液晶显示屏实时显示相应的输入输出信息，包括有所对应的靶图、射手编号、总成绩、当前一发的成绩以及命中的发数。另外，选用 AT242
7、56 用于扩展系统的存储空间，便于存储系统运行中所需的数据。本系统选用美国 TI 公司推出的超低功耗微处理器 MSP430F149 作为主芯片，具有一个全双工串行通信接口，通过它可以实现单片机与前期信号以及 PC 机之间的通信。通信协议采用 RS232C 标准，波特率设置为9600bps。由于 RS232C 的逻辑电平与单片机的 TTL 电平不同，我们选用MAXIM 公司的电平转换芯片 MAX3232，非常适合单片机与 PC 机之间进行串行通信的电平转换。3.3 PC 机监控终端设计PC 机监控终端设计采用普通的 PC 机即可，主要是应用软件的设计，是基于 Delphi 语言的人机交换系统，通
8、过带有 USB 接口的无线数传模块 ZTTR43U 与单片机上位机模块或前期信号预处理模块进行通信。4. 系统软件设计单片机处理模块采用 C51 编程，实现了模块化设计；PC 机监控终端采用Delphi 编程，功能合理，界面友好。系统软件流程图如图 4 所示。通信数据采用编码格式收发数据，数据帧格式由头码、标识码、环数、方位、尾码组成， 头码在信号采集发生器上为 FA，在单片机处理上为 FC，尾码对应为EB、ED。环数、方位数据标识对应码见表 1 所示。标识码从 1 号靶到 12 号靶为 81 到 8C。串口初始化程序如下： 5. 实验分析对系统的实验主要分为在室内的串口通信测试和野外的实弹检
9、验。在实验室运用专用的信号模拟器、串口调试器和 PC 机监控终端程序，节点 1 (信号模拟器)通过 USB 接口无线传输块向节点 2（上位机）和节点 3（串口调试器）发送数据，测试系统技术状态，模拟器发送数据：“1 号靶 9 环左上”，节点 3 收到“FA814010EB”，上位机显示 9 环左上有光圈闪烁，在其右边显示当前 1 号射手的命中发是 1，当前成绩是 9，总成绩是 9。加入 PC 机监控终端，测试表明实验有效。 野外实弹检验，12 个靶对应 12 名射手和 12 个上位机，分为 54 式手枪和 81 式步枪两组，每组每人射击 10 发，总体效果良好。经过多次测试，所取测量结果表明从终端发送的数据正确无误，PC 机监控终端显示数据准确有效；发送与接收无线误码在 500 米距离内为 1/200000bit，符合系统要求。因目标靶是特制的数据采集靶，射击一千多发后就需要换靶，以免出现误码，这也是本系统需要改进的地方。6. 结束语该报靶系统实现了射击环数和方位在靶区域的实时显示和 PC 机监控终端的实时监控，射击中可统计个人及单位的单发成绩和总体成绩，并通过串口形式与计算机输出进行射击监控。经大量实验和试用验证，其分析原理正确，设计指标先进，该机携带方便，报靶准确，适用于各式枪械的报靶，抗干扰强，适合野外使用，现已在某预备役部队使用，取得了良好的效益。
