射擊模擬訓(xùn)練器激光靶設(shè)計(jì)

1、概述

模擬訓(xùn)練器激光靶是接收射擊訓(xùn)練手槍發(fā)出的激光束，訓(xùn)練槍由真實(shí)手槍改造而成，子彈為空爆彈，即沒(méi)有子彈頭。射擊過(guò)程膛內(nèi)有壓力，手槍有后坐力，因此和實(shí)彈射擊沒(méi)有不同的感覺(jué)，能夠達(dá)到預(yù)期的訓(xùn)練效果。手槍的不同之處是槍內(nèi)加入一組小型紐扣電池和一個(gè)微型激光發(fā)生器，并利用膛內(nèi)壓力使激光器工作，其工作時(shí)間由膛內(nèi)壓力控制．激光靶由光敏二極管，模擬電路，數(shù)字電路，單片機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，激光靶接收到激光信號(hào)后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，由單片機(jī)以串口通訊方式將信息發(fā)送給個(gè)人計(jì)算機(jī)，此時(shí)個(gè)人計(jì)算機(jī)顯示胸靶圖像，彈著點(diǎn)顏色不同與其它部分，并語(yǔ)音報(bào)靶，同時(shí)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在監(jiān)控室可以實(shí)時(shí)的觀看并統(tǒng)計(jì)各個(gè)激光靶的射擊訓(xùn)練情況，及對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估．

2、硬件電路

2.1 激光信號(hào)采集處理電路

訓(xùn)練槍激光器發(fā)出的激光束波長(zhǎng)為622～1500nm，激光靶采用光敏二極管作為傳感器，而太陽(yáng)光含有該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，特別是當(dāng)陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)激光槍信號(hào)更顯微弱．設(shè)計(jì)中采用完全補(bǔ)償方案，即單獨(dú)使用一個(gè)光敏二極管感應(yīng)太陽(yáng)光，再疊加微小電壓作為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)激光打到靶面光敏二極管時(shí)，其輸出高于基準(zhǔn)電壓，否則其輸出低于基準(zhǔn)電壓，設(shè)計(jì)中采用CD4053將電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)．

由于激光器的工作時(shí)間較短，加之射擊時(shí)的抖動(dòng)，因此必須對(duì)CD4053的輸出信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制，以保證單片機(jī)讀到有效的激光信號(hào)脈沖．激光信號(hào)采集處理電路如圖１所示．

2.2 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊電路

8031單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)處理完成后，將中靶位置信息通過(guò)RS232串口傳送給個(gè)人計(jì)算機(jī)，由于單片機(jī)供電沒(méi)有負(fù)電源，采用如圖2所示的電路實(shí)現(xiàn)8031單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)的通信．

圖１中V1和V2分別為激光接收電路電壓和基準(zhǔn)電壓

2.3 數(shù)字信號(hào)編碼采集電路

我們將激光靶的764 個(gè)光敏二極管分為64塊，采用８位二進(jìn)制編碼處理，并將其組成8×8矩陣式鍵盤機(jī)構(gòu)，使用8279完成對(duì)靶面位置的不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識(shí)別出位置并給出編碼．采用8031單片機(jī)完成對(duì)8279的初始化和控制，以及數(shù)據(jù)的采集和處理，數(shù)字信號(hào)編碼采集電路如圖3所示

圖３數(shù)字信號(hào)編碼采集電路

3、單片機(jī)軟件流程

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)主要包括主程序，中斷服務(wù)程序和數(shù)據(jù)傳送子程序，其基本工作方式采用中斷方式。單片機(jī)用8031CPU，它與PC機(jī)數(shù)據(jù)傳送采用RS232串口通訊。單片機(jī)程序流程圖如圖４所示。

4、PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)思想

軟件使用VC++6.0設(shè)計(jì)，通過(guò)RS232串行接口接收下位機(jī)發(fā)來(lái)信息，然后顯示并報(bào)環(huán)，同時(shí)記錄做統(tǒng)計(jì)處理，產(chǎn)生報(bào)表。串行通訊采用MSCOMM32.OCX控件實(shí)現(xiàn)。

由于需要同時(shí)對(duì)對(duì)臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，軟件采用多文檔模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件采用多串口卡PCL-858實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1

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4.2 關(guān)于MSCOMM32.OCX

MSCOMM32.OCX 控件是由微軟提供，該控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他串行通信設(shè)備；可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過(guò)程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工的、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序?，F(xiàn)將常用的屬性列舉如下：
CommPort：設(shè)置通信口號(hào)　　 　　Settngs：設(shè)置串行口參數(shù)
PortOpen：打開與關(guān)閉串行口 　　 InputLen：讀入輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
Input：讀入數(shù)據(jù) 　　　　　　　  InBufferCount：輸入緩沖區(qū)讀入字節(jié)數(shù)
Output：輸出數(shù)據(jù) 　　　　　　　 OutBufferCount：輸出緩沖區(qū)讀出字節(jié)數(shù)
InputMode：定義Input屬性獲得數(shù)據(jù)的方式。
Rthreshold：設(shè)置、返回在通信控件置ComEvRecieve并激發(fā)OnComm事件前要接收的字符數(shù)。
Sthreshold：設(shè)置、返回通信控件置ComEvSend并激發(fā)OnComm事件前發(fā)送緩沖區(qū)種的最小字符數(shù)。

4.3 串口通訊的實(shí)現(xiàn)

在ClassWizard中為新創(chuàng)建的通信控件定義成員對(duì)象：CMSComm m_Serial。以下是通過(guò)設(shè)置控件屬性對(duì)串口進(jìn)行初始化的源代碼：
CString m_set;
  m_CommDpj.SetCommPort(m_pDoc->m_dpjComm.m_uPort); // 指定串口號(hào)
  m_set.Format("%d,n,8,1",m_pDoc->m_dpjComm.m_uBps);
  m_CommDpj.SetSettings(m_set); // 通信參數(shù)設(shè)置
m_CommDpj.SetInBufferSize(1024);// 指定接收緩沖區(qū)大小
m_CommDpj.SetInBufferCount(0);// 清空接收緩沖區(qū)
m_CommDpj.InputMode(1);// 設(shè)置數(shù)據(jù)獲取方式
m_CommDpj.SetInputLen(0);// 設(shè)置讀取方式

圖5  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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m_CommDpj.SetRThreshold(10);//設(shè)置OnComm事件的響應(yīng)

m_Opened=m_CommDpj.SetPortOpen(m_Port);// 打開指定的串口

打開所需串口后，使用OnComm事件和CommEvent屬性捕捉并檢查通信事件和錯(cuò)誤的值。發(fā)生通信事件或錯(cuò)誤時(shí)將觸發(fā)OnComm事件，CommEvent屬性的值將被改變，應(yīng)用程序通過(guò)檢查CommEvent屬性值并作出相應(yīng)的反應(yīng)。以下為OnComm事件的源代碼：
  VARIANT m_input1;
  COleSafeArray m_input2;
  long length,i;
  if(m_CommDpj.GetCommEvent()==2)//接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符
  {
     m_input1=m_CommDpj.GetInput();//讀取緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)
     m_input2=m_input1;//將VARIANT型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray型變量
     length=m_input2.GetOneDimSize();//確定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
     for(i=0;i<length;i++)
     m_input2.GetElement(&i,m_Data+i);//將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組
     FromDpj();//進(jìn)行事件處理
     DpjLock=false;
}

4.4 數(shù)據(jù)文件的生成

數(shù)據(jù)文件才文本形式進(jìn)行存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)文檔中建立如下結(jié)構(gòu)體：
struct ShotData{
unsigned int m_uNum;//編號(hào)
unsigned int m_uSNum;//站號(hào)
unsigned int m_uPlot;//射擊點(diǎn)
 CTime  m_Curtime;//當(dāng)前時(shí)間};

數(shù)據(jù)記錄的源代碼如下：
void CJGBDoc::GetFileName()//獲取記錄文件名
{
CString m_str;
GetCurrentDirectory(128,m_str.GetBuffer(128));
m_str.ReleaseBuffer(-1);
CFileDialog dlg(false,"Txt",m_str+"\*.Txt",NULL,"記錄文件(*.Txt)");
if(dlg.DoModal()==IDOK)
{
     if(file.Open(dlg.GetPathName(),CFile::modeRead)!=0)
     {
         if(AfxMessageBox("文件已存在，是否覆蓋？",MB_YESNO)==IDNO)
         {
AfxMessageBox("文件保存失??！");
             return;
}
file.Close();
     }
     if(file.Open(dlg.GetPathName(),CFile::modeWrite|CFile::modeCreate)==0)
     {
         AfxMessageBox("文件保存失??！");
     }
}
else
     AfxMessageBox("文件保存失?。?quot;);
}

實(shí)時(shí)記錄函數(shù)：
{
---
CString  m_record;
m_record.Format("%d,%d,%d,%s",m_pDoc-> ShotData.m_uNum,
m_pDoc-> ShotData.m_uNum, m_pDoc-> ShotData.m_uNum
m_pDoc-> ShotData.m_CurTime.Format ("%y-%m-%d %H:%M:%S"));
file.Write(m_record);
---
}

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５、結(jié)論

激光靶研制出樣機(jī)后，與模擬射擊訓(xùn)練用手槍進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，試驗(yàn)表明，激光靶設(shè)計(jì)合理，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，工作穩(wěn)定可靠。通過(guò)采用模擬射擊訓(xùn)練，一方面可以降低訓(xùn)練成本，另一方面也可消除意外事故，因此模擬射擊訓(xùn)練器有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
[１] 王福瑞. 單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全.北京航空航天大學(xué)出版社,1998.4
[２] 李大友.微型機(jī)算計(jì)接口技術(shù).清華大學(xué)出版社,1998.5
[３] David J.Kruglinski,Scot Wingo,George Shepherd ,Programming Visual C++ 6.0技術(shù)內(nèi)幕
1999.5