基于CAN總線的模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計

1 引 言

　　在軍隊的訓(xùn)練項目中CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，野戰(zhàn)的射擊姿勢訓(xùn)練是一個重要的部分。要求學(xué)員對在復(fù)雜環(huán)境中突然出現(xiàn)的目標(biāo)，能夠根據(jù)距離遠(yuǎn)近和目標(biāo)大小等特點迅速作出判斷

　　為此，本文設(shè)計了基于紅外接收管和激光發(fā)射器的激光靶模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，以靶面上安裝紅外光敏接收元件的光電靶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的靶子，將紅外激發(fā)射光器安裝在步槍頭部，激光發(fā)射開關(guān)安裝在槍機(jī)上，扳動槍機(jī)則發(fā)射一次激光脈沖代替子彈，此激光脈沖擊中光電靶時將被靶上由單片機(jī)構(gòu)成的檢測器檢測到，單片機(jī)計算出擊中的行列坐標(biāo)，通過CAN現(xiàn)場總線發(fā)送到監(jiān)控計算機(jī)，在計算機(jī)上顯示打靶成績，并對訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和管理，從而構(gòu)成了完整的模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能與硬件設(shè)計

　　激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要由監(jiān)控計算機(jī)或筆記本電腦、通訊模塊和光電靶3大部分構(gòu)成，其中計算機(jī)放置在訓(xùn)練場地起點

　　計算機(jī)為主控制單元，監(jiān)測著100m范圍內(nèi)的射擊情況

　　通訊模塊負(fù)責(zé)幫助計算機(jī)進(jìn)行CAN總線的通訊。

　　光電靶由通訊板和檢測板2大部分組成。由于實際訓(xùn)練中要求目標(biāo)的大小和形狀都有不同，就使得靶子的形狀不一致，因此設(shè)計了幾種標(biāo)準(zhǔn)形狀的檢測板，根據(jù)每個光電靶子外形的不同進(jìn)行拼裝，以滿足訓(xùn)練的需要www.cechina.cn，最大的一塊光電靶需要由4塊形狀不同的檢測板組成。

　　檢測板結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，檢測板上正面每隔2cm放置一個光電二極管，若光電二極管被擊中則導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到被擊中點坐標(biāo)后控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，通過485串行總線發(fā)送到通訊板，由通訊板負(fù)責(zé)統(tǒng)一將整個光電靶的擊中信息和工作情況傳送給通訊模塊。

　　每塊個光電靶都由多個檢測板構(gòu)成，為了提高系統(tǒng)效率，加入一塊通訊板，負(fù)責(zé)整理本光電靶信息，統(tǒng)一與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通訊板主要就是統(tǒng)計并計算本靶的打中點坐標(biāo)送到上位機(jī)，接受上位機(jī)的消息后傳給檢測板，使得同一靶子中多塊檢測板同步動作;其次還有故障檢測的功能。通訊板與檢測板之間要求通訊即時、可靠，用485串行總線進(jìn)行工作。這樣的結(jié)構(gòu)使單個光電靶工作相對獨立，方便以后系統(tǒng)節(jié)點的擴(kuò)展。通訊板的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　3.1 CAN總線的通訊設(shè)計

　　3.1.1 CAN 總線簡介

　　控制器局部網(wǎng)（CAN――Controller Area Network）是一種現(xiàn)場總線，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它以半雙工的方式工作，同一時間內(nèi)只能有一個節(jié)點發(fā)送信息，多個節(jié)點接受信息，可以實現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。在各種現(xiàn)場總線中，它以其結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用靈活方便而在工業(yè)控制和車輛中得到廣泛應(yīng)用。

　　CAN總線的信息存取采用廣播式的存取工作方式，信息可以在任何時候由任何節(jié)點發(fā)送到空閑的總線上，每個節(jié)點的CAN總線借口必須接受總線上出現(xiàn)的所有信息，因此各接點都設(shè)置由一個接收寄存器，接收寄存器首先將信息接收，然后根據(jù)接收信息的標(biāo)示符決定是否讀取信息包中的數(shù)據(jù)，即判定是否使用這一信息。CAN總線協(xié)議的一個最大特點就是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。CAN總線面向數(shù)據(jù)而不是面向節(jié)點，采用這種方法的優(yōu)點是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，假如和減少設(shè)備不影響系統(tǒng)的工作。因此，基于CAN總線的射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以根據(jù)實際要求增加或減少光電靶的數(shù)量。

　　CAN總線每幀收發(fā)數(shù)據(jù)的長度最多為8個字節(jié)，因而不存在占用總線時間過長的問題，可以保證通信的實時性，通信速率最高可達(dá)1Mb/s（通信距離40m時），通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kb/s）.通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。

　　3.1.2 CAN總線通訊的實現(xiàn)

　　在本系統(tǒng)中，采用PHILIPS公司的SJA1000芯片，通過對SJA1000的位定時寄存器進(jìn)行設(shè)置來實現(xiàn)不同通信波特率的要求，CAN總線的通信撥特率與通信距離有密切的關(guān)系，距離越短，允許的波特率越高，反之亦然。系統(tǒng)采用多主方式工作，其任意節(jié)點任意時刻都可向總線發(fā)送信息，各節(jié)點通過ACR、AMR進(jìn)行報文濾波。