CN102538576B

CN102538576B - 一种紫外探测式的子弹射击统计系统

Info

Publication number: CN102538576B
Application number: CN201210019383.8A
Authority: CN
Inventors: 李争; 马利祥; 刘友柏; 黄晓炯; 李范鸣; 王平
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102538576A

Abstract

本发明公开了一种紫外探测式的子弹射击统计系统。它主要用于各种枪械的子弹射击计数。包括：主机、主节点和从节点。主节点负责联系主机和从节点，从节点具有计数功能。主机通过USB总线向主节点发送命令，主节点通过CAN总线向从节点广播命令。从节点通过CAN总线向主节点返回命令标识和计数结果。主节点将命令标识和计数结果通过USB总线返回给主机，在软件中显示。从节点的硬件部分包括紫外探测模块、滤波放大模块、A/D转换模块、计数模块和CAN总线模块。本发明的主要优点在于：采用紫外探测的方式对子弹计数，背景极弱，准确度高；从节点的计数结果可以实时统计；功耗低，成本低，安装灵活，操作简便，便于推广应用。

Description

一种紫外探测式的子弹射击统计系统

技术领域

本发明涉及一种子弹射击统计系统，更具体地说，它涉及一种适用于多种枪械和多支枪械，智能化的子弹射击统计系统。

背景技术

枪弹管理是警界和其他枪械使用部门的一项重要工作。精确统计子弹射击数目是控制枪弹使用的有效途径。目前国内枪械使用部门统计子弹数目的方法是，射击完成后，捡取弹壳，与所领子弹数目进行比对。该方法效率低，成本高。因此，设计一种智能化、高准确度、低功耗、低成本的子弹射击统计系统是十分必要的。

正如大家公知，枪械射击时，会发出声音、光、冲击波等多种信号，选取合适的信号进行检测是准确统计子弹射击数目的关键。

绵阳市职业技术学院为81式自动步枪设计了一种子弹计数器(见参考文献1)，通过测量子弹射击时产生的冲击波来进行计数，该设计对压电传感器的灵敏度要求很高，电路设计复杂，机械结构固定，不利于推广应用。

中国专利公开号CN 2290019Y公开了一种枪械射击频率测试装置，采用声电传感器探测子弹击发时产生的声波信号，测试灵敏度高，但枪械连发时计数准确度下降，而且该设计要求测试装置安装在枪口的前下方，使用不灵活。

中国专利公开号CN 1668888A公开了一种计数装置，其原理是主动发射红外信号，当子弹射击时，高速运行的壳体会打断主动发射的红外信号，计数装置根据红外信号的瞬间消失进行计数。该设计要求计数装置要安装在枪支上，增加了枪支重量，影响射击，而且该设计对红外发射器和接收器的安装位置都有严格要求，不利于推广应用。

中国专利公开号CN 101126615A公开了一种子弹射击计数装置，采用磁阻传感器测量子弹高速飞行引起的磁场变化量，灵敏度很高，但不同枪械的子弹射击时引起的磁场变化差异较大，不能同时对多种枪械进行子弹计数。

紫外探测技术的研究开始于20世纪50年代，是继红外和激光之后发展起来的又一军民两用光电探测技术(见参考文献2)。紫外探测技术的原理和主要优势在于，自然界中的物体不能自发辐射紫外光，而只能反射太阳光中的紫外光。太阳光的紫外辐射在经过大气层中的臭氧层时被强烈吸收，特别是其中0.2～0.3μm(中紫外，即MUV)的波段，到达地球表面的紫外辐射很微弱，中紫外波段也被称为“日盲区”。枪械射击时，瞬间发出很强的紫外辐射，可以用“日盲型”的紫外探测器进行探测。经光电转换后，子弹的紫外信号在微弱的背景下显现为突出的脉冲信号，极有利于计数统计。

现有子弹计数器的另一个缺点是，各枪械子弹计数器的计数结果不能实时汇总统计，智能化程度不高。现有的子弹计数器采用两种方式查看计数结果，一种是为每个计数器安装一个显示设备，如液晶屏，该种方式增加了计数器的功耗，且要靠人工汇总计数结果；另一种方式是每个计数器增加一个通信模块，如串口，在射击结束后，分别上传计数结果到主机进行汇总统计。该种方式的缺点是效率较低，不能实时汇总统计。

以上所涉及到的参考文献如下：

[1]汤世友.81式自动步枪子弹计数器设计.四川省电子学会传感器专委会第九届学术年会会议论文

[2]李慧蕊.新型紫外探测器及其应用.光电子技术，2000，20(1)：45-51

发明内容

本发明的目的在于克服现有子弹计数器的不足，提供一种可以对多支枪械和多种枪械进行准确计数和实时汇总统计的子弹射击计数装置，该装置体积小，安装位置灵活，抗干扰能力强，功耗和成本很低。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种紫外探测式的子弹射击统计系统，由主机、主节点和从节点组成。

所述的主机是一台带有显示器的计算机，用于控制主节点和从节点。

所述的主节点是由ARM微控制器、USB模块和CAN总线模块组成的装置，负责主机和从节点之间的联系。所述的USB模块和CAN总线模块与ARM微控制器相连。所述的USB模块负责主机与主节点之间的通信；CAN总线模块负责主节点与从节点之间的通信。

所述的从节点是一种子弹计数装置，包括：紫外探测模块、滤波放大模块、A/D转换模块、计数模块和CAN总线模块。

所述的从节点采用“日盲型”的紫外探测器探测子弹射击时产生的紫外辐射，经过光电转换、滤波放大和A/D转换后计数，便可以得到子弹射击数目。

所述的从节点内各硬件模块间的信号流程是：

(1)所述的紫外探测模块将子弹射击时产生的紫外辐射转换为电信号，送入滤波放大模块；

(2)所述的滤波放大模块对光电转换后的电信号进行滤波和放大，送入A/D转换模块；

(3)所述的A/D转换模块将滤波放大后的电信号转换为数字信号，送入计数模块；

(4)所述的计数模块对A/D转换模块输出的数字信号进行计数，等待CAN总线模块读取计数值。

(5)所述的CAN总线模块负责从所述的主节点接收命令，并返回命令标识和计数值。

所述的主机通过USB总线向主节点发送控制命令，所述的主节点通过CAN总线向从节点广播主机命令，所述的从节点通过CAN总线向主节点返回命令标识和计数值，所述的主节点通过USB总线将命令标识和计数值上传至主机。

与现有的子弹计数器相比，本发明的有益效果有以下几点：

(1)系统采用“日盲型”紫外探测器探测子弹射击时产生的紫外辐射，背景干扰极少，计数准确，可靠性高；

(2)系统采用的ARM芯片包括A/D接口、计数器、CAN总线接口、USB总线接口，极大的简化了设计；

(3)系统安装位置灵活，不需要安装在枪身上，不影响射击，适用于各种枪械，不需要改变现有枪型的结构；

(4)系统内的主机与主节点之间通过USB总线互联，主节点与从节点之间以及从节点之间通过CAN总线互联，工作人员通过主机便可以方便的控制主节点和从节点，并可以随时读取各个靶位的子弹射击数目，可以对计数结果进行实时汇总和统计，智能化水平高；

(5)系统内的从节点数量容易扩展，不必改变总线网络；

(6)系统体积小，功耗低，成本很小，便于推广应用。

附图说明

图1是紫外探测式子弹射击统计系统的系统框图。

图2是主节点主程序和中断服务程序的流程图。

图3是从节点子弹射击计数器的工作原理图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1是紫外探测式子弹射击统计系统的系统框图。

本发明由三部分组成：主机、主节点和从节点。所述的主机与主节点通过USB总线通信，所述的主节点与从节点通过CAN总线进行通信，从节点可以扩展。CAN总线网络中，不同的节点分配不同的标识符，主节点标识符为0，从节点的标识符依次为1到N。具体的，主机通过USB总线向主节点发送命令，如系统复位，开始计数，刷新数据，停止计数，所述的主节点接到主机命令后，向CAN总线网络中广播命令，各从节点接到广播的命令后，执行命令，复位，计数，刷新，停止。每次执行完命令，从节点都会向标识符为0的主节点返回一个命令标识，所述的主节点将命令标识通过USB总线返回到主机，工作人员便可以知道命令得到执行。所述的从节点执行刷新数据和停止计数的命令时，向主节点发送所述的从节点上子弹射击的计数值，主节点接收到从节点的计数值后通过USB总线将计数值返回到主机软件，在从节点相应的编辑框中显示。

所述的主机有两个功能，一个是编写主节点的USB驱动程序。主机与主节点通过USB总线连接时，主机便能够识别USB设备；另一个是设计一个人机交互的软件界面，主要的功能有系统复位，开始计数，刷新数据，计数统计，停止计数，保存结果，退出系统。通过该界面，工作人员可以远程控制主节点和从节点，实时查看从节点的子弹射击数目，随时对计数结果进行汇总。

图2是主节点主程序和中断服务程序的流程图。

所述的主节点是CAN总线网络的核心。所述的主节点也可以设计为一个从节点，同时负责与主机、其他从节点之间的通信。本发明的实施方式中，所述的主节点不作为从节点使用，硬件组成包括ARM微控制器，USB通信模块和CAN总线通信模块。

所述的主节点的主程序先对系统进行初始化，然后配置时钟模块和通信模块，打开中断。所述的主节点的中断主要来自USB中断和CAN总线中断。所述的主机向主节点发送命令时，主节点产生一个USB中断，进入USB中断的中断服务程序，向从节点广播命令。所述的从节点以中断的方式接收广播命令，在从节点的中断服务程序中，向主节点发送命令标识或计数结果，使所述的主节点产生一个CAN总线的中断。在CAN总线的中断服务程序中，所述的主节点向主机发送命令标识和计数结果。

图3是从节点子弹射击计数器的工作原理图。

紫外探测模块：采用“日盲型”的紫外探测器探测子弹高速运行时产生的紫外辐射，光电转换后变为电脉冲信号；

滤波放大模块：对光电转换后的模拟信号进行低通滤波和放大；

A/D模块、计数模块和CAN总线模块通过微控制器来实现。本发明的实施方式中，我们选用的是意法半导体研发的32位微控制器STM32F103CBT6。STM32芯片基于Cortex-M3的ARM内核，外设极为丰富，包括ADC接口，CAN总线接口，USB 2.0接口，串口，SPI总线接口等；意法半导体为开发者提供了丰富的固件函数库，极大的简化了开发流程；STM32芯片成本很低，功耗很小，非常符合本发明的实施需要。

STM32芯片的ADC模块可同时供18个通道进行A/D转换。由于子弹连发的最小时间间隔在30ms左右，我们将A/D转换的采样时间设置为239.5个周期，A/D转换周期为21μs。对ADC模块开启DMA传输，将转换结果快速传送到计数模块。

STM32芯片的计数器有多种计数模式，我们采用的是外部触发模式，将A/D转换的结果输入到计数器的TIM1_ETR引脚，作为计数器的时钟信号，计数结果存储在寄存器TIM1_CNT中，等待CAN总线通信模块读取。

STM32芯片的CAN总线模块为基本扩展型模块(bxCAN)，报文标识符可以为11位或29位。电路设计时，总线网络两端的两个节点需要端接120Ω的电阻，进行阻抗匹配。固件程序中，将过滤器的过滤模式设置为标识符列表模式。CAN总线模块采用中断方式接收主节点的命令，在中断服务程序中，返回命令标识和计数值。

Claims

1.一种紫外探测式的子弹射击统计系统，由主机、主节点和从节点组成，其特征在于：

所述的主机是一台带有显示器的计算机；

所述的主节点是由ARM微控制器、USB模块和CAN总线模块组成的装置，负责主机和从节点之间的联系；所述的USB模块和CAN总线模块与ARM微控制器相连；所述的USB模块负责主机与主节点之间的通信；CAN总线模块负责主节点与从节点之间的通信；

所述的从节点是一种子弹计数装置，包括：紫外探测模块、滤波放大模块、A/D转换模块、计数模块和CAN总线模块；从节点采用“日盲型”的紫外探测器探测子弹射击时产生的紫外辐射，经过光电转换、滤波放大和A/D转换后进行计数，便可以得到子弹射击数目；

所述的从节点内各硬件模块间的信号流程是：

(4)所述的计数模块对A/D转换模块输出的数字信号进行计数，等待CAN总线模块读取；

(5)所述的CAN总线模块负责从所述的主节点接收命令，并返回命令标识和计数值；

系统工作流程如下：所述的主机通过USB总线向主节点发送控制命令，所述的主节点通过CAN总线向从节点广播主机命令，各从节点接到广播的命令后，执行命令，复位，计数，刷新，停止；每次执行完命令，从节点都会向标识符为0的主节点返回一个命令标识，所述的主节点将命令标识通过USB总线返回到主机，工作人员便可以知道命令得到执行；所述的从节点执行刷新数据和停止计数的命令时，向主节点发送所述的从节点上子弹射击的计数值；所述的主节点通过USB总线将命令标识和计数值上传至主机。