CN202329429U

CN202329429U - 基于单片机的无线光电靶

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Publication number: CN202329429U
Application number: CN2011200615883U
Authority: CN
Inventors: 李明; 张晶; 于军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-03-04

Abstract

基于单片机的无线光电靶，主要有三部分组成。一部分是悬挂于移动装置上的光电靶，另一部分是置于操炮手附近的光电靶控制器，还有一个固定在炮身上的并与炮身同步移动的半导体激光器。将激光器固定在炮身上，利用激光的指向性实现瞄准。将光敏元件直接布置在靶面上，将数据采集所用的单片机及其外围电路也布置在靶子上，利用无线模块将采集的信息传回到地面的控制器。由地面的控制器对靶子进行控制，并对传回的数据进行显示，同时用语音报告环数和偏离的方向。硬件设计上采用参考光和瞄准激光进行比较做模数转换，电路简单，转换迅速。对于较大的光斑利用软件计算出其中心点，降低对激光器的要求，也就降低了成本。整个光电靶系统实现了便于移动、成本低和性价比高的特点。

Description

基于单片机的无线光电靶

技术领域：

本实用新型属光电接收器类，它具体涉及一种基于单片机的激光信号接收的可移动无线光电靶的结构。

背景技术：

中国人民解放军某部高炮部队，在日常训练中遇到一个难题，即操炮战士是否瞄准移动靶标难以判断，靶标距离高炮距离远，并且不断地移动，射击的机会稍纵即逝。

现有的光电靶产品，有的是实弹射击的测量装置，使用的方法多数是平行光幕加光敏元件，也有的是采用单光幕，还有的是瞄准训练器，但大部分体积比较大，重量重，只能固定使用，很难移动使用。本实用新型针对部队瞄准训练的实际需要，研制了一套基于单片机的电路简单，体积小，重量轻，造价低，便于移动和自动报靶的无线光电靶系统，较好地解决了部队日常训练中的难题。

发明内容：

为克服现有技术体积大、重量重、只能固定使用的缺点，本实用新型提供一种基于单片机的远距离可移动的无线光电靶装置。

本实用新型包括悬挂于移动装置上的光电靶、置于操炮手附近的光电靶控制器和固定在炮身上的并与炮身同步移动的半导体激光器，其特征是它由单片机、光敏元件阵列、无线通信模块和夜间指示灯组成，它的光电靶控制器由单片机、发光二极管阵列、无线通信模块、激光模块和语音播放模块组成，另外还有用于操作的按键。

本实用新型，它的靶体的外形为圆形。通过操炮手瞄准靶标时踩动射击踏板，激光器发出一束激光，照射在靶标上，靶标上的光敏元件接收到激光，由单片机采集光敏元件的信息，利用无线装置将信息发送到光电靶控制器，由控制器，从而达到显示激光照射位置、用语音报告环数和偏离方向的目的。

本实用新型能体现如下的优越性：①由于激光信号具有无散射的特点，炮和靶可以在远的距离下准确工作。②硬件设计上采用参考光和瞄准激光进行比较做模数转换，电路简单，转换迅速。对于较大的光斑利用软件计算出其中心点，降低对激光器的要求，也就降低了成本。③光敏元件采用光敏二极管，在规定的范围内形成阵列(按照圆环)排列，由AT89S52单片机扩展的接口电路对光敏元件的输出信号进行采集，将光敏管直接布置在靶面上，每个光敏元件由一个遮光管套住，可避免大部分散射光的影响。利用比较器来进行光电检测的模数转换，实现光电信号的采集和AD转换，省去了速度慢且价格高的模数转换器，电路得到简化，速度得到提高，同时也排除了环境光线的变化的影响。④为了夜间训练方便，设计了由发光二极管组成的靶标指示灯，在夜间可以打开此指示灯，以便观瞄。⑤整个光电靶系统实现了便于移动、成本低和性价比高的特点。

附图说明：

图1是无线光电靶系统图。

图2是光敏电路原理图。

图3是LED排列示意图。

图4是光电靶主程序框图。

图5是区号计算子程序框图。

图6是光电靶控制器主程序框图。

图7是中断服务程序框图。

具体实施方式：

图1是系统图。

从图1可以看出，光电靶由单片机、光敏元件阵列、无线通信模块和夜间指示灯4部分组成。

单片机采用51系列单片机中的新型号AT89S52。

图2是光敏电路的基本原理图。

光敏元件采用光敏二极管，在反向电压作用下，其电流随光线强度成正比。将光敏二极管在规定的范围内(如直径60毫米)形成阵列(按照圆环)排列，由AT89S52单片机扩展的接口电路对光敏元件的输出信号进行采集。

为了降低成本减少体积，将光敏管直接布置在靶面上，每个光敏元件由一个遮光管套住，可避免大部分散射光的影响。利用比较器来进行光电检测的模数转换。其中LM324是运算放大器，作为比较器使用，当电压V2的值大于V1时，运算放大器正向饱和，输出电压VO接近电源电压，称为高电平1；当V2电压小于V1时，运算放大器反向饱和，由于这里只使用了单电源供电，运放输出VO＝0V，称为低电平0。

在靶面安排上，参考光检测元件放在靶标周围不远处，使得其接受的环境光照条件与光电靶测光元件相同。当没有激光照射时，参考光检测元件和光电靶测光元件同时受到环境光线的照射，调整电位器RV1，使得V1略大于V2，运算放大器LM3243的输出电压VO为0；当有激光照射到光电靶测光元件的时候，V2就会大于V1，使VO为1。当激光照射脱离光电靶的范围，哪怕只照射到参考光检测元件，运放的输出始终为0。利用这种方法实现光电信号的采集和AD转换，省去了速度慢且价格高的模数转换器，电路得到简化，速度得到提高，同时也排除了环境光线变化的影响。

图3是LED排列示意图。

光敏元件的排列与图3基本一致，不同的地方是，7环有16个光敏元件均布，6环有24个光敏元件均布。这样排列的目的是减小各个光敏元件的间距，以免激光束照射不到。

利用51系列单片机扩展的多个并行接口来读取光电靶的信息，然后进行数据处理，就可以判定激光束所照射的中心点，从而给出射击成绩。扩展电路使用了数据收发器74HC244和译码器74HC138。

光电靶需要接收光电靶控制器发送来的操作命令，还需要把采集的射击成绩发送给光电靶控制器，所以无线模块需要双向通信(半双工)。采用市场比较常见的工业无线通信模块并加以改造，基本满足功能需要，并且成本低廉。无线通信模块与单片机的连接利用一个扩展的并行口和几根控制线。

为了夜间训练方便，设计了由发光二极管组成的靶标指示灯，在夜间可以打开此指示灯，以便观瞄。此指示灯是由靶心灯(内灯)和靶周灯(外灯)组成，可以由光电靶控制器无线控制其开关。

光电靶控制器由单片机、发光二极管阵列、无线通信模块、激光模块和语音播放模块组成(从图1可以看出)。另外还有用于操作的按键。

使用的单片机仍然是AT89S52，扩展5个8位并行口，其中4个并行口用来控制LED发光，1个用来连接无线通信模块。

由AT89S52单片机扩展的并行口来驱动发光二极管(LED)的亮和灭，用来显示击中的位置。LED的排列方式与光敏元件的排列方式一致，便于指示射击结果。见图3。

图3中，一个最小的圆圈代表一个LED。可以看出，10环只用1个LED，亮的时候表示击中10环；9环只用4个LED，可以指示上下左右4种偏差，上边的LED亮表示9环偏上，等等；8、7、6环都是8个LED，可以表示8种偏差。

激光器采用市场常见的笔形半导体激光器。

无线通信装置采用市场常见的无线收发器，加以改造以适合与单片机匹配。光电靶和控制器均为双向收发(半双工)。

语音电路通过在单片机的控制下播放事先录制好语音内容来实现。

图4是光电靶主程序框图。

整个光电靶的程序由开机自检，光信号检测，数据处理，向控制器发送检测结果，无线命令接收和执行等子程序组成，由主程序根据条件调用子程序。

无线接收利用中断完成。每次接收到一个有效的命令，就会将命令保存在一个指定地址，然后建立一个标志位，通知主程序。主程序根据命令内容，调用相应的子程序，完成命令要求的任务。

数据处理程序的功能是根据读取的光敏检测数据，计算出激光击中的位置。

对照图3，假设光斑中心在10环，可能被照射光敏元件只有10环的，也可能还有9环的4个，还有可能8环的8个也被照射，等等。要确定10环，除了10环的光敏元件被照射，还有9环、8环、7环可能被照射，并且全环都被照射，否则不能确定10环。

10环以外的其他环数的确定，需要根据光斑照射到的环数和区数来确定。环号，就是10、9、8、7、6环；环数就是光斑照射到的环有几个，比如光斑照射到9、8、7环，环数就是3。区号和区数：正上方为1区，右上方为2区，按照顺时针方向分为8个区，编号为1-8号区；光斑照射到3、4、5、6区，则区数为4。

中心环号计算：首先要根据所有照射到的环号计算出环数；然后计算出中心环号。最大环号减去环数除以2取整，这就是光斑中心的环号。取整的目的是小数的环数不好显示。如果用数码显示则可以保留小数。

中心区号计算：根据所照射的所有区号计算出区数，再计算出中间区号，就是光斑的中心区号。这里有一个问题：当被照射的区号是7、8、1、2、3的时候，要把最大区号确定为11，最小区号确定为7，再计算出区数和中心区号。如果计算的中心区号大于8则减去8才是真正结果。以区号是7、8、1、2、3为例：区数＝11-7+1＝5，5/2＝2.5，2.5取整＝2，最大区号减去区数的一半取整，即11-2＝9，由于9大于8，要减去8，即9-8＝1，这就是中心区号，就是偏上方。

中心环号和区号确定，数据处理完毕。

图5是8个区的区号计算子程序框图。

从框图中可以看出，如果原始数据的最大区号不是8，那就直接计算中心区号。如果原始数据的最大区号是8，就要判断1区是否有被激光照射，如果没有，那就直接计算中心区号。如果1区有激光照射，最大区号要加1，然后还要判断2区，依此类推，直到没有照射，最大区号确定。第一次计算的中心区号，还要判断其值是否大于8，如果大于8还要减1，得到最终的结果。

图6是光电靶控制器主程序框图。

光电靶控制器的程序主要由开机自检，操作命令的接收和执行，无线数据信号的接收和显示，声音的播放控制等几个部分组成。

从图6可以看出，主程序开机自检之后，进入主循环。在主循环中，除了按照各种标志位来控制LED的显示和语音播放之外，就是检查按键。一旦有键盘命令，立即启动无线发送模块进行发送。这几个键盘命令都是针对光电靶的命令。内灯命令和外灯命令对光电靶的夜间指示灯的控制命令。击发命令和重发命令解释如下。

击发命令。在操炮手瞄准靶标踩下开炮开关时，接通激光器电源发出激光，并同时产生一个信号给光电靶控制器的单片机，由单片机通过无线信号传送给光电靶。光电靶接收到击发命令，开始对光敏元件进行扫描，得到原始数据。在对扫描的数据处理之后得到激光光斑中心位置的信息，就是环号和区号。光电靶将此环号和区号通过无线模块发送回光电靶控制器。光电靶控制器据此控制LED的显示和语音播放。

重发命令。这个命令是要光电靶将上次击发产生的信息重新发送一次，以便核对。

数据的接收。每当无线模块接收到一次有效的信号，就会申请一次中断。在中断服务程序中读取接收的数据，并保存在一个指定的地址里，以便主程序处理。数据的内容是激光光斑中心的环号和区号。图7是中断服务程序框图。

利用参考光和比较器进行模数转换，电路简单可靠，速度快。光敏元件圆环状排列，可以充分利用元件。利用单片机的程序处理可以很容易得到光斑的中心位置。经中国人民解放军高炮某部使用效果很好，达到了设计要求，解决了动态靶瞄准的训练问题。而且光电靶重量轻，移动方便，很适合各种野外训练需要。如果将激光器安装在其他枪械上，还可以用在步兵的射击训练上。在光电靶控制器上加一个数码显示器，实时显示射击次数，总环数等。还可以与上位机联网，便于数据的储存和管理。

Claims

1.一种基于单片机的无线光电靶，它包括悬挂于移动装置上的光电靶、置于操炮手附近的光电靶控制器和固定在炮身上的并与炮身同步移动的半导体激光器，其特征是它由单片机、光敏元件阵列、无线通信模块和夜间指示灯组成，它的光电靶控制器由单片机、发光二极管阵列、无线通信模块、激光模块和语音播放模块组成，另外还有用于操作的按键。

2.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是它的靶体的外形为圆形。

3.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是光敏元件直接布置在靶面上，每个光敏元件由一个遮光管套住，可避免大部分散射光的影响。

4.按照权利要求1或2或3所述的光电靶，其特征是光敏元件采用光敏二极管，在反向电压作用下，其电流随光线强度成正比，将光敏二极管在规定的范围内形成圆环阵列排列，由AT89S52单片机扩展的接口电路对光敏元件的输出信号进行采集。

5.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是单片机采用AT89S52，扩展5个8位并行口，其中4个并行口用来控制LED发光，1个用来连接无线通信模块。

6.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是激光器采用笔形半导体激光器。

7.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是无线收发器与单片机匹配，光电靶和控制器均为双向收发。

8.按照权利要求1所述的光电靶，其特征是由发光二极管组成的靶标指示灯，在夜间可以打开，此指示灯是由靶心灯和靶周灯组成，可以由光电靶控制器无线控制其开关。