CN202582371U - 高精度红外激光模拟射击训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度红外激光模拟射击训练系统，其中：射击靶通过支架支撑固定，且其上设有定标区域反光材料，数码激光枪上设有红外激光发射器、扳机触发器、蓝牙通信模块开关板、供电系统以及单片机集成电路，扳机触发器、红外激光发射器与单片机连接，红外摄像头设在射击靶的一侧，红外辅助光源设在红外摄像头上，红外摄像头连接PC端。本实用新型保证了模拟训练的操作与汽手枪的训练动作完全一致；在全靶面范围内达到＜0.1mm的数据采集精度，精确获取瞄准过程中的瞄准轨迹；可正确判断射击错靶并提示；数码激光枪的枪管可方便地拆卸并与普通汽手枪的枪托组装。此系统的部分或全部工艺可被借鉴应用于类似系统中。

Description

高精度红外激光模拟射击训练系统

技术领域

本实用新型涉及一种模拟射击训练系统，具体地说，涉及的是一种高精度红外激光模拟射击训练系统。

背景技术

射击项目是我国奥运争光计划中的重点运动项目，全国体育界对射击项目的训练都十分重视。但是，枪弹保管和不安全因素的制约着射击项目在青少年中的广泛开展。因此，开发一套基于数码激光技术的新型模拟射击训练器成为射击项目的当务之需。

对于现存的模拟射击训练系统，国外比较有代表性的如俄罗斯的SCATT，芬兰的Noptel，数据采集精度较高，技术分析详细，但存在低环值区域数据采集精度偏低，训练器操作与实际训练用枪不完全一致，产品成本很高，需多芯电缆连接，枪附加重量大，或靶纸存在可见定标区域等问题。国内自主研发的枪神2000，成本也相对较高，对靶子有特殊的要求，数据分析处理功能不足等。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种高精度红外激光模拟射击训练系统，以克服现有技术的成本高，精准度低，需电缆连接，枪托无法与真枪互换等不足。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括射击靶，红外摄像头，红外激光发射器，定标区域反光材料，红外辅助光源，数码激光枪，扳机触发器，蓝牙通信模块，即插即拔的开关板，供电系统以及单片机集成电路。射击靶通过支架支撑固定，且其上设有定标区域反光材料，数码激光枪上设有红外激光发射器、扳机触发器、蓝牙通信模块、即插即拔的开关板、供电系统以及单片机集成电路，扳机触发器、红外激光发射器与单片机连接，红外摄像头设置在射击靶的用于射击的一侧，红外辅助光源设置在红外摄像头上，红外摄像头连接到PC端。

本实用新型工作原理是：红外激光发射器产生红外激光光束，打在射击靶射击区域，红外摄像头拍摄到靶纸区域的整个射击过程，再交由PC端利用数字图像处理计算出射击时刻的和射击轨迹。当然在初始化时需要额外的红外光源和射击靶定标区域反光材料配合摄像头标定射击区域。单片机通过扳机触发器监控扳机触发状态，扳机扣下时利用驱动芯片让激光发射器灭掉一段时间，同时通过蓝牙通信模块按照自定义的通信协议发送给PC端射击信号，再交由PC端计算出射击精确时刻，供电系统为嵌入式系统各模块供电，单片机集成电路集成并控制上述所有模块。

本实用新型中，所述射击靶设置了各个方向微调的接口，包括：上下调节，左右调节，前后调节，倾斜角度调节。同时为了方便安装部署，射击靶设有能展开闭合的靶面，比较人性化。

本实用新型中，红外激光发射器的功率选择30mw，红外激光发射器波长选择980nm。

本实用新型中，定标区域反光材料选择反光强度CPL＞500的反光材料。

本实用新型中，扳机信号触发器设有上退膛开关，上退膛开关通过电路将机械动作转换成高低电势，单片机通过外部中断INT0，INT1捕捉信号。

本实用新型中，为解决真枪比赛中无法判断的错靶问题，还设有扳机双信号触发模块，该模块与单片机连接。蓝牙通信与激光点表征相结合，扳机信号触发时，单片机采集到此信号及其触发时刻，蓝牙通信模块作为无线通信的载体，将信号数据发送到PC端，PC端根据自定义的蓝牙通信协议推算出射击的准确时刻。与此同时，激光点的表征需发生变化。激光点表征变化的体现方式可以是，亮度发生变化，亮灭变化，激光波长，大小，形状，个数发生变化等。

本实用新型中，由于激光发射器功率很大，不能简单地使用单片机的IO口进行控制，此处利用ULN2004驱动芯片实现了单片机对激光发射器的亮灭控制。

本实用新型中，单片机外围电路包括激光发射器驱动电路，产生时钟周期的外部晶振，激光枪状态指示灯等。将单片机外围电路，各设备的引脚焊起在单片机引脚内侧的下层空间，有效利用了单片机空间80％以上。

本实用新型中，开关板设有三段式插头，用来传输扳机触发信号与上退膛信号，同时为用户外接了电源总开关，具有即插即拔的特点。

本实用新型的有益效果是，采用红外激光与数字图像处理技术，能够在全靶面范围内达到＜0.1mm的数据采集精度，精确获取瞄准过程中的瞄准轨迹；机械与电子设计保证了模拟训练器的操作与汽手枪的训练动作完全一致；可正确判断射击错靶并提示；可方便地拆卸并与普通汽手枪的枪托组装。本实用新型制造成本低，并能达到很好的模拟训练效果。本实用新型作为整个射击系统的基石，需为射击点轨迹的精确捕捉，射击时刻的精确计算，分布式网络中枪靶匹配，错靶识别等提供硬件技术与设备的支持，同时为上层软件系统提供易用性好，扩展性强的接口，保障了整个系统的高精度，高可靠性。此系统的部分或全部工艺可被借鉴应用于类似系统中。

附图说明

图1为本实用新型红外激光枪射击系统的总体结构示意图；

图中：射击靶1，红外摄像头2，红外激光发射器3，定标区域反光材料4，红外辅助光源5，数码激光枪6，扳机触发器7，蓝牙通信模块8，即插即拔的开关板9，供电系统10，单片机集成电路11，PC端12，射击位显示器13，三脚架14。

图2为数码激光枪枪管的原理图；

图中：上下调节21，前后调节22，左右调节23，倾斜角度调节24，支持靶面展开闭合25。

图3为射击靶架的机械设计图；

图中：激光发射器31，蓝牙芯片32，单片机芯片32，PCB集成电路34，电池35，电池底盖36，扳机触发信号37，上退膛信号38。

图4为枪管内的电路设计原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种模拟射击训练系统，包括射击靶1，红外摄像头2，红外激光发射器3，定标区域反光材料4，红外辅助光源5，数码激光枪6，扳机触发器7，蓝牙通信模块8，即插即拔的开关板9，供电系统10，单片机集成电路11，PC端12。射击靶1通过支架支撑固定，且其上设有定标区域反光材料4，数码激光枪6上设有红外激光发射器3、扳机触发器7、蓝牙通信模块8、即插即拔的开关板9、供电系统10以及单片机集成电路11，扳机触发器7、红外激光发射器3与单片机连接，红外摄像头2设置在射击靶1的用于射击的一侧，红外辅助光源5设置在红外摄像头2上，红外摄像头2连接到PC端12。

本实施例中，射击靶1先用三脚架14固定并放置水平。靶纸严格按照5＊5，20mm间距打孔，从背面粘上定标用的反光材料4。通过射击靶1的上下，左右，前后，仰角调节旋钮，调整摄像头和红外辅助光源5的位置，使其拍摄区域定位到整个靶纸区域。将红外滤镜套在摄像头镜头处，红外辅助光源5使用12V，500mA的变压器接入电源，摄像头利用USB延长线延长至10米外的PC端12，PC端12的射击位显示器13用于显示具体射击的结果。

本实施例中，射击靶1如图2所示，为了让用户更加便捷地将摄像头拍摄区域定位到射击靶1纸区域，射击靶1架添加了各个方向微调的接口，包括：上下调节21，前后调节22，左右调节23，倾斜角度调节24等接口。同时为了方便安装部署，支持靶面展开闭合25，比较人性化。

本实施例中，对于红外激光发射器3的功率选择，经实验测试发现，激光发射器3在10米左右距离可明显被摄像头识别且不被定标材料干扰的功率需大于等于30mw，考虑续航能力与成本，故功率选择30mw。红外摄像头2使用的是飞利浦SPC900NC，30W像素天文CCD摄像头，可拍摄到红外不可见光，结合30mm口径760nm波长的红外滤镜，即可实现捕捉大于760nm的不可见红外光，屏蔽掉了可见光对射击轨迹捕捉的干扰，这里红外激光发射器3波长选择980nm。

本实施例中，定标区域反光材料4选择反光强度CPL＞500的反光材料。在红外辅助光源5照射下，可让红外摄像头2捕捉到定标点，从而实现棋盘格定标，而关掉红外辅助光源5，在射击阶段则不会干扰到射击点捕捉。

本实施例中，扳机触发器7设有上退膛开关，通过电路将机械动作转换成高低电势，单片机通过外部中断INT0，INT1捕捉信号。由于上退膛开关需要捕捉上膛退膛两个事件，故采用中断与查询模式相结合的方式。

本实施例中，对于数码激光枪6的枪管的设计，图3为原理图，图中：激光发射器31，蓝牙芯片32，单片机芯片32，PCB集成电路34，锂电池或四节7号电池35，电池底盖36，扳机触发信号37，上退膛信号38。供电系统需为30mw激光发射器，CSR蓝牙芯片，单片机集成电路供电，考虑到电压降，续航能力，以及枪管尺寸，故采用四节7号电池串联供电。

本实施例中，为解决真枪比赛中无法判断的错靶问题，此处设计了扳机双信号触发机制，蓝牙通信与激光点表征相结合，扳机信号触发时，单片机采集到此信号及其触发时刻，此处蓝牙模块作为无线通信的载体，将信号数据发送到计算机，计算机根据自定义的蓝牙通信协议推算出射击的准确时刻。与此同时，激光点的表征需发生变化。激光点表征变化的体现方式可以是，亮度发生变化，亮灭变化，激光波长，大小，形状，个数发生变化等。最佳选择是亮度发生变化，但由于改变激光发射器3的工作电压，不具备从亮到暗的过程，因此，激光点表征我们采用激光亮灭方案，即激光在射击时会突然从亮到灭，持续数帧(保证摄像头能捕捉到，并区别于噪声)，再回到亮的状态(因为射击后的轨迹依然需要捕捉)。灭掉的这段时间间隔，需保证既能被摄像头捕捉，又不会影响射击轨迹的绘制。由于激光发射器功率很大，不能简单地使用单片机的IO口进行控制，此处利用ULN2004驱动芯片实现了单片机对激光发射器的亮灭控制。具体电路设计参见图4。

单片机外围电路包括激光发射器驱动电路，产生时钟周期的外部晶振，激光枪状态指示灯等。由于枪管的尺寸限制非常严格，这里PCB设计时，使用了双层元件并存，有效地利用了单片机部分的空间，即将单片机外围电路，各设备的引脚焊起在单片机引脚内侧的下层空间，有效利用了单片机空间80％以上，同时，在芯片内部布局对于引脚走线也更为简单。

本实施例中，除单片机集成电路11以外，还有两块小型PCB板，一块是蓝牙转接板，其功能是电压转换，将5V电压转换为3.3V，并封装了TX，RX口，外接蓝牙工作状态指示灯。另一块是开关板9，此板设计的目的是为了方便枪管的拆卸与组装，通过此板把枪管从枪身中抽离出来，利用三段式插头来传输扳机触发信号与上退膛信号，同时为用户外接了电源总开关，具有即插即拔的特点。

本实施例中，红外激光枪的组装步骤如下：AT89S52单片机中烧入控制程序，参照原理图和PCB图将各元器件和插座进行焊接。依次将红外激光发射器3，单片机集成电路11板，蓝牙模块板，4＊1.5V 7号电池组，开关板9放入枪管，并参照原理图和PCB图，将它们连入单片机集成板。扳机及上退膛开关部分参照机械设计图连入三段式插头，并插入枪管的三段式插座中，拧好所有的固定螺丝即完成组装。

PC端12插上通用的蓝牙适配器和摄像头USB延长线。本系统还可通过接入局域网构成多人连网比赛系统。运行配套应用程序即可。

本实施例模拟训练的操作与汽手枪的训练动作完全一致(包括总开关、校枪、子弹上膛退膛模拟、扣动扳机射击等)；能够在全靶面范围内达到＜0.1mm的数据采集精度，精确获取瞄准过程中的瞄准轨迹；可正确判断射击错靶并提示；数码激光枪6的枪管可方便地拆卸并与普通汽手枪的枪托组装。

Claims (10)

1.一种高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于包括射击靶，红外摄像头，红外激光发射器，定标区域反光材料，红外辅助光源，数码激光枪，扳机触发器，蓝牙通信模块，即插即拔的开关板，供电系统以及单片机集成电路；其中：射击靶通过支架支撑固定，且其上设有定标区域反光材料，数码激光枪上设有红外激光发射器、扳机触发器、蓝牙通信模块、即插即拔的开关板、供电系统以及单片机集成电路，扳机触发器、红外激光发射器与单片机连接，红外摄像头设置在射击靶的用于射击的一侧，红外辅助光源设置在红外摄像头上，红外摄像头连接到PC端。

2.根据权利要求1所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述射击靶支架设置了各个方向微调的接口，包括：上下调节接口，左右调节接口，前后调节接口，倾斜角度调节接口。

3.根据权利要求2所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述射击靶设有能展开闭合的靶面。

4.根据权利要求1所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述红外激光发射器的功率选择30mw，红外激光发射器波长选择980nm。

5.根据权利要求1所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述定标区域反光材料选择反光强度CPL＞500的反光材料。

6.根据权利要求1所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述扳机触发器设有上退膛开关，上退膛开关通过电路与单片机连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：还设有蓝牙通信与激光点表征相结合的扳机双信号触发模块，该模块与单片机连接。

8.根据权利要求1-6任一项所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述单片机连接有对激光发射器的亮灭控制的ULN2004驱动芯片。

9.根据权利要求1-6任一项所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述单片机集成电路中，外围电路包括激光发射器驱动电路，产生时钟周期的外部晶振，激光枪状态指示灯，单片机外围电路和各设备的引脚焊在单片机引脚内侧的下层空间。

10.根据权利要求1所述的高精度红外激光模拟射击训练系统，其特征在于：所述即插即拔的开关板采用三段式插头。

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