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)目煽啃浴Ｔ诟鞣N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。
監(jiān)控計算機(jī)可以對各光電靶進(jìn)行以下2種操作：查詢光電靶工作是否正常;回信確認(rèn)已經(jīng)收到光電靶的檢測數(shù)據(jù)。監(jiān)控計算機(jī)每隔固定時間就進(jìn)行一次查詢光電靶工作是否正常的操作，確保光電靶在線并且工作正常。當(dāng)監(jiān)控計算機(jī)收到光電靶的擊中信息后，向光電靶回信確認(rèn)已經(jīng)收到檢測數(shù)據(jù)，然后光電靶的通信板刪除擊中點坐標(biāo)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，避免通信過程中數(shù)據(jù)丟失的情況，確保通信的可靠性。
光電靶需要向監(jiān)控計算機(jī)發(fā)送以下3種內(nèi)容的數(shù)據(jù)：本靶的板子工作均正常且未被擊中;打中信號與擊中點橫縱坐標(biāo);出錯信號和出錯板的板號。程序流程圖如圖4所示。
在CAN的技術(shù)規(guī)范中，規(guī)定了CAN在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層上的標(biāo)準(zhǔn)，用戶在設(shè)計通信軟件時，必須線根據(jù)需求設(shè)計合適的CAN總線通信協(xié)議，才能完成準(zhǔn)確可靠的傳輸。在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要制訂通訊協(xié)議如下：
addr+cmnd+data…+data+chkxor;
其中：addr——發(fā)送方的地址編碼;
cmnd——命令碼;
data——數(shù)據(jù);
chkxor——異或校驗碼;
在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)區(qū)只有發(fā)送方地址編碼，沒有接收方地址編碼，這是由本系統(tǒng)的特點決定的。各光電靶只需要與監(jiān)控計算機(jī)通訊，相互之間沒有聯(lián)系，所以監(jiān)控計算機(jī)接收總線上的所有信息，其他各節(jié)點通過各自驗收濾波器過濾無用信息。
3.2 系統(tǒng)檢測與485通訊部分軟件設(shè)計
光電靶上的通訊板與檢測板通過485總線以主從方式通訊，通訊板為主機(jī)，檢測板為從機(jī)，二者以查詢方式聯(lián)系。通訊板與檢測板通訊框圖如圖5所示。
系統(tǒng)初始化完畢后
，通訊板首先查詢一塊檢測板的狀態(tài)，檢測板受到查詢信息后，將擊中點坐標(biāo)送回通訊板，若沒有被擊中，則回應(yīng)信號，表示自己工作正常且沒有被擊中。通訊板收到檢測板回應(yīng)信號后，先分析信息類型，如果回應(yīng)信號表明檢測板工作正常且沒有被擊中，則通訊板直接查詢下一檢測板。如果回應(yīng)信號為擊中點坐標(biāo)，則通訊板此基礎(chǔ)上查詢其他檢測板，統(tǒng)一計算打中區(qū)域的中心點坐標(biāo)并送到上位機(jī)。若通訊板在發(fā)出查詢信號100ms后仍沒有收到這塊檢測板的回應(yīng)，表示這塊檢測板工作出現(xiàn)錯誤，通訊板查詢下一塊檢測板。
若一塊檢測板連續(xù)3次沒有回應(yīng)通訊板的查詢信號，則通訊板向上位機(jī)發(fā)送信息說明這塊檢測板工作錯誤。
4 結(jié)束語
軍用射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)已在實際訓(xùn)練中投入運行，運行結(jié)果表明本系統(tǒng)操作簡單，實時性高，測量點準(zhǔn)確，運行可靠，得到很好的訓(xùn)練效果，應(yīng)用前景廣泛。
下載文檔
