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1、 桂林电子科技大学毕业设计（论文）专用纸 第II页 共页目 录1课题的研究11.1课题背景11.2课题研究的内容11.3课题研究的目的及意义12军用训练靶数字系统的方案设计22.1设计任务22.2方案确定22.2.1系统功能研究32.2.2决定方案因素42.2.3数据传输方案42.2.4信号采集方案52.2.5系统方案确定62.3军用训练靶数字系统的组成62.3.1军用训练靶数字系统结构62.3.2系统各个模块功能描述73军用训练靶数字系统硬件电路设计93.1设计该系统硬件需要具备的知识93.2相关功能模块设计93.2.1采样模块设计93.2.2电源电路设计103.2.3复位电路设计113.2
2、.4显示电路设计123.2.5通信接口设计123.3相关设计原理介绍133.3.1主控电路原理133.3.2显示电路原理133.3.3计算机串口接口说明153.4无线传输模块介绍163.5相关参数的设定173.5.1XL01-232AP2模块的设置173.5.2波特率的设置173.6串口数据传输技术183.6.1单片机与模块之间的通信183.6.2单片机与电脑之间的通信184军用训练靶数字系统软件部分194.1单片机编程194.1.1软件功能分析194.1.2主要程序设计204.2PC机Vc+编程214.2.1Vc+下串行编程的方法214.2.2串行通信控件MSComm224.2.3Vc+下界
3、面制作技术235军用训练靶数字系统制作及调试245.1系统PCB板的设计245.1.1布局245.1.2布线245.2硬件调试255.2.1元器件测试255.2.2芯片管脚信号测试265.3软件调试275.3.1系统主控软件调试275.3.2Vc+界面绘图程序段调试285.3.3界面图像重叠错误调试305.3.4界面控件覆盖错误调试316总结32谢辞33参考文献34附录35附录1 发送端控制程序35附录2 接收端控制程序44附录3 界面Vc+程序48附录4 系统原理图62附录5 系统PCB图63 第34页 共66页1 课题的研究1.1 课题背景 目前部队在每次射击训练完后，大都采用人工现场报靶
4、的方式来报告成绩。这样就出现了许多的不足以及安全隐患，比如多次射中同一位置的时候，由于使用纸质靶环，报靶者就很难区分是脱靶，还是两次打在同一个位置；再比如报靶者现场报靶也存在安全隐患等等，这些问题都亟待解决。随着现代科学技术的发展，越来越迫切希望出现一种能够实现自动报靶功能的系统，从而去弥补现有状况的不足。为解决上述问题，出现了军用自动报靶装置如图2-1。根据该装置靶面结构其功能需要，要求设计出军用训练靶数字系统并且该系统通过分析弹着点在靶面的位置信号，就能够实现自动报靶的功能。本课题就此进行了军用训练靶数字系统的方案研究，利用单片机控制技术，设计出相应的硬件电路和系统软件，研制了军用训练靶数
5、字系统的原理样机，实现了自动报靶功能。1.2 课题研究的内容研究的内容可以分为：(1) 军用自动报靶装置的结构其动作原理分析。该装置靶面被分割成许多的小块，小块为挡板（如图2-2）。当子弹撞击靶面（即打到挡板上时），挡板受力往后运动，从而推动导柱动作；导柱运行一定的行程后便触发安装在其背面的信息采样电路，形成一个击中信息。通过采集该信息，实现远程无线自动报靶的功能，(2) 根据靶面结构及工作原理完成系统方案的研究，软硬件的设计以及样机的制作。1.3 课题研究的目的及意义本课题设计的目的：设计出可靠，经济，方便，安全的数控军用训练靶数字系统。本课题研究的意义：现有射击训练模式是采用人工报靶，其危
6、险系数大，而且容易造成误报或漏报靶的情况，这在一定程影响度了射击训练。本课题旨在提高部队射击训练的安全性以及准确性，其优点在于：(1) 无需专业人员操作，通电即可，连续使用，方便简单；(2) 能起到自动报靶的作用，大大提高报靶安全系数；(3) 稳定系数高，不会造成漏靶，错报的情况；(4) 可视化界面显示设计，更加方便观察；(5) 成本低廉。2 军用训练靶数字系统的方案设计本章介绍军用训练靶数字系统方案设计的思路。其包括设计任务的描述，数据采集以及传输方案的设计及比较，系统的结构及功能介绍等，设计主要从两个方面来考虑：硬件方案：根据功能需要设计出相应的功能电路并论证其可行性，然后对设计所使用的元
7、器件进行选型并了解所选用的元器件特性，确定硬件方案，得出系统原理图；软件方案：根据所设计的芯片外围电路以及系统要求的功能去编写程序，配合硬件实现其功能。2.1 设计任务该数字系统应该完成：通过对子弹弹着点信息的采集分析、处理，传输、显示（包括数码管显示以及多靶位电脑屏幕显示），实现自动报靶功能。其主要的内容为：(1) 分析军用靶结构和子块的动作要求，研究靶的结构特点；(2) 提出军用靶数字采集系统的工作原理，进行系统设计；(3) 设计出数字系统的硬件电路，并进行信号处理的软件编程和调试；(4) 编写相关程序，制作电脑屏幕显示界面，实现多靶位的计算机屏幕显示功能；(5) 制作出原理样机，进行实际
8、训练射击验证，满足工作要求。 图2-1 自动报靶装置靶面结构图 图2-2 靶面单体结构图2.2 方案确定本小节首先对课题要求的功能可能实现的形式进行研究，得出设计系统方案的关键因素为：数据采集及数据传输。通过对方案、器件的比较，得出了最终方案。2.2.1 系统功能研究根据本设计要求实现的基本功能，本系统大致可分为信号采集，信号处理，信号传输和信号显示四个部分。各部分功能分别为：(1) 信号采集部分 检测靶面的情况，提供子弹弹着点信息；(2) 信号处理部分 处理采集信息，完成数据转换；(3) 信号传输部分 传输处理的数据，实现数据交互及无线操控；(4) 信号显示部分 完成系统的显示功能。对上述四
9、个部分进一步分析，得到如下一些基本的结论：(1) 信号采集部分可以考虑采用类似开关工作原理的器件或选用相关的传感器获取子弹击中信息；(2) 信号处理部分可以考虑采用单片机中根据实际的情况将采集到的信号进行相应的编码，并在程序中实行数据的打包处理；(3) 信号传输部分可以考虑采用无线及串口数据传输技术，实现多位数据的传输；(4) 信号显示部分可以考虑采用LED数码管以及Vc界面是实现显示功能。根据对上面设计系统的分析，得到本系统信号处理的大致框图如图2-3所示：图2-3系统信号流程图结合设计要求，上面的思路可以总结为：由其中一片处理芯片处理采集信号，并通过数据传输部分将其传输到系统接收端的另一片
10、芯片，完成解码显示。图2-4 串口直接通信原理图2.2.2 决定方案因素在设计本系统时决定方案选择的因素为：数据采集以及数据传输。本系统整个实现过程中最重要的部分是数据处理（包括根据实际的需要对采样数据而进行特殊编码以及解码显示时相关数据的处理），但是在这之前需要去解决两个问题：数据采集以及数据传输。这两部分是个瓶颈。如何将处理好的数据进行很好地通信传输，对于整个设计的影响很大。在选择数据处理芯片的问题上，可以采用的芯片有8051单片机、PIC单片机、AVR、DSP、ARM等，出于系统对芯片性能要求、成本以及设计时的技术成熟度的考虑，本设计方案时直接选定8051单片机作为处理芯片，不把其作为方
11、案考虑的主要因素，而是根据数据采集以及数据传输部分来决定设计方案。下面描述设计时曾采用过的方案。2.2.3 数据传输方案方案一：采用线路直接连接进行数据传输，如图2-4所示。该方案可以实现数据的传输，近距离稳定度高，系统结构简单，操作方便，维护也相对简单。但是通过查看RS232的相关资料2，发现这个并不适合长距离传输数据，且需要通信两端共地，实际应用中，由于场地上双端至少需要间隔200米，距离太远，数据传输的误码率也会提高，故采用这种方式不太实际；方案二：采用红外进行数据传输，如图2-5所示。图2-5 红外数据传输原理图红外传输一般由红外发射装置和接受装置组成。为了使信号能更好的被传输发送，发
12、送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号，经红外发射管发射。调制的方法有脉冲宽度调制（PWM）和脉冲串之间的时间间隔来实现的信号调制的脉时调制(PPM)。该种方式的最大优点是不受无线电干扰。但是，红外线对非透明物体的透过性较差，导致传输距离受限制，它应用的环境为：短距离无线通信场合点对点的直接接线数据传输7。方案三：采用PT2262和PT2272进行数据传输。简化如图2-6所示。其传输距离较前面两种方案，有距离优势，但是其缺点是：稳定性不高，抗干扰能力不强，一次性发送数据的长度有限（仅有4个数据位），这不能很好的满足本设计一次性需要传输的数据长度。方案四：采用XL03-232AP2无线串口模块进行
13、数据传输。由于本设计既要保证传输的距离又要兼顾一次性发送数据的长度，经过相关资料搜集，决定采用带串口的无线通信模块。经查找的串口无线通信模块有：MDD WIT2，传输距离15米；CRM2400UNC 2.4G RF模块，传输距离25；带串口CC1100/CC1101模块 传输距离大于200，只限于外界干扰较少的情况；XL03-232AP2 传输距离大于200，抗干扰性能较好；经过在传输距离，抗干扰性能方面的对比，采用了XL03-232AP2。其具有的优点有：(1) 设置方便，只需要装上参数配置模块连上电脑，设置好波特率以及数据格式就可以使用；(2) 连接线路简单，只需要一根导线将串口连接起来便
14、可。因此简化了电路的设计，同时也提高了数据传输的稳定性，减少了调试系统时的麻烦；(3) 功耗少，工作电压也很通用，用USB就可以驱动，从而给使用带来方便。图2-6 PT2262/ PT2272数据传输原理图2.2.4 信号采集方案(1) 采用开关式的器件。其结构简单，使用方便，变化时也就只有0、1（即通、断）状态，维护也方便，造价低。缺点在于其受靶面机械结构设计的影响很大，对于靶面设计要求高；(2) 采用压力传感器7。其对与靶面设计要求不是很高，能够很好地采集到弹着点的信息。它的缺点是：户外的环境，能够影响其正常工作的干扰作用因素很多，以至于在处理这些噪声，提高其抗干扰能力时，需要设计复杂电路去处理，同时维护也变得复杂，需要有专门的人员才能操作，因而不适合大众化使用。2.2.5 系统方案确定随着无线串口数据传输技术以及功能电路的集成度不断提高，使得在应用无线串口传输技术时不必亲自再去投入大量的时间设计无线电路。采用专门的模块极大地提高系统数据传输的稳定及可靠性，同时也提高了系统设计的工作效率。鉴于对以上四个数据传输方案以及采集部分两个方案的对比分析，传输部分的方案四和采集部分的方案一最符合本设计要求。2.3 军用训练靶数字系统的组成本小节描述军用数字训练靶数字系统的结构以及组成该系统各个部分的设计方法。2.3.1 军用训练靶数字系统结构军用训练靶数字系统以MCS-8
