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基于AT89S52單片機的無線光電靶

作者: 時間:2011-11-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
O 引言
中國人民解放軍某部高炮部隊,在日常訓(xùn)練中有一個難題,就是操炮戰(zhàn)士瞄準移動靶標(biāo)與否不好判斷。靶標(biāo)距離高炮幾十米,高度十幾米,并且不斷移動,射擊的機會稍縱即逝。
針對這個問題,查閱了許多現(xiàn)有的光電靶產(chǎn)品,有的是實彈射擊的測量裝置,使用的方法多數(shù)是平行光幕加光敏元件,也有的是采用單光幕,還有的是瞄準訓(xùn)練器,功能都比較完善,但大部分都體積比較大,重量重,只能固定使用,很難移動。針對部隊瞄準訓(xùn)練的實際需要,這里研制了一套電路簡單、體積小、重量輕、造價低、便于移動和自動報靶的系統(tǒng),較好地解決了日常訓(xùn)練中的問題。

1 整體設(shè)計
系統(tǒng)主要由懸掛于移動裝置上的光電靶;置于操炮手附近的光電靶控制器;一個固定在炮身上并與炮身同步移動的半導(dǎo)體激光器三部分組成。
當(dāng)操炮手訓(xùn)練中,瞄準靶標(biāo)時踩動射擊踏板,激光器發(fā)出一束激光,照射在靶標(biāo)上,靶標(biāo)上的光敏元件接收到激光,由單片機采集光敏元件的信息,利用無線裝置將信息發(fā)送到光電靶控制器,由控制器顯示激光照射的位置,同時用語音報告環(huán)數(shù)和偏離的方向系統(tǒng)圖如圖1所示。

2 光電靶電路設(shè)計
從圖1可以看出,光電靶由單片機、光敏元件陣列、無線通信模塊和夜間指示燈4部分組成。


2.1 單片機模塊
這里采用51系列單片機中的新型號A,因為這款設(shè)計需要擴展5個8位并行口,主要考慮其具有比較好的擴展能力,其他特性無需贅述。
2.2 光電測量模塊的設(shè)計
光敏元件采用光敏二極管,在反向電壓作用下,其電流隨光線強度成正比。將光敏二極管在規(guī)定的范圍內(nèi)(直徑60 mm)形成陣列(按照圓環(huán))排列,由A單片機擴展的接口電路對光敏元件的輸出信號進行采集。
以前有的方案是利用光纖將采集的激光信號傳導(dǎo)到光敏元件,這里為了降低成本減少體積,將光敏管直接布置在靶面上,每個光敏元件由一個遮光管套住,可避免大部分散射光的影響。光敏電路是光電靶的核心,也是本設(shè)計的創(chuàng)新之處,其他電路圍繞光敏電路展開設(shè)計。利用比較器進行光電檢測的模數(shù)轉(zhuǎn)換,圖2是光敏電路的基本原理圖。其中LM324是運算放大器,作為比較器使用,當(dāng)電壓V2>V1時,運算放大器正向飽和,輸出電壓V。接近電源電壓,稱為高電平1;當(dāng)電壓V2V1時,運算放大器反向飽和,由于這里只使用了單電源供電,運放輸出V0=O V,稱為低電平0。


在靶面安排上,參考光檢測元件放在靶標(biāo)周圍不遠處,使得其接受的環(huán)境光照條件與光電靶測光元件相同。當(dāng)沒有激光照射時,參考光檢測元件和光電靶測光元件同時受到環(huán)境光線的照射,調(diào)整電位器RV1,使得V1略大于V2,運算放大器LM3243的輸出電壓V0為O;當(dāng)有激光照射到光電靶測光元件的時候,V2就會大于V1,使V0為1。當(dāng)激光照射脫離光電靶的范圍,哪怕只照射到參考光檢測元件,運放的輸出始終為0。利用這種方法實現(xiàn)光電信號的采集和A/D轉(zhuǎn)換,省去了速度慢且價格高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,電路得到簡化,速度得到提高,同時也排除了環(huán)境光線的變化的影響。
在實際電路中,一個參考光檢測元件為多個光電靶測光元件提供參考電壓,電路得到進一步簡化。在這種情況下,要求多個光電靶測光元件的光電特性一致,或者接近一致,才不至于出現(xiàn)誤差。經(jīng)過篩選的測光元件完全可以滿足這種要求。
實際實驗證明,在陽光強烈的室外,只要沒有陽光直射到靶面,就工作正常;在夜晚星光下(遠處有路燈),也工作正常。
光敏元件的排列與LED的排列方式基本一致,不同的地方是,7環(huán)有16個光敏元件均布,6環(huán)有24個光敏元件均布。這樣排列的目的是減小各個光敏元件的間距,以免激光束照射不到。
利用51系列單片機擴展的多個并行接口來讀取光電靶的信息,然后進行數(shù)據(jù)處理,就可以判定激光束所照射的中心點,從而給出射擊成績。擴展電路使用了數(shù)據(jù)收發(fā)器74HC244和譯碼器74HCl388。
2.3 無線通信模塊
光電靶需要接收光電靶控制器發(fā)送來的操作命令,還需要把采集的射擊成績發(fā)送給光電靶控制器,所以無線模塊需要雙向通信(半雙工)。這里采用市場比較常見的工業(yè)無線通信模塊并加以改造,基本滿足功能需要,并且成本低廉。無線通信模塊與單片機的連接利用一個擴展的并行口和幾根控制線。


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