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基于AT89S52单片机的无线光电靶控制器的设计

时间:09-16 来源:互联网 点击:
0 引言
针对部队瞄准训练的实际需要,这里研制了一套电路简单、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,较好地解决了日常训练中的问题。

1 整体设计
该无线光电靶系统主要由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;一个固定在炮身上并与炮身同步移动的半导体激光器三部分组成。
当操炮手训练中,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,由控制器显示激光照射的位置,同时用语音报告环数和偏离的方向系统图如图1所示。

2 光电靶电路设计
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。


2.1 单片机模块
这里采用51系列单片机中的新型号AT89S52,因为这款设计需要扩展5个8位并行口,主要考虑其具有比较好的扩展能力,其他特性无需赘述。
2.2 光电测量模块的设计
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(直径60 mm)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。
以前有的方案是利用光纤将采集的激光信号传导到光敏元件,这里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。光敏电路是光电靶的核心,也是本设计的创新之处,其他电路围绕光敏电路展开设计。利用比较器进行光电检测的模数转换,图2是光敏电路的基本原理图。其中LM324是运算放大器,作为比较器使用,当电压V2>V1时,运算放大器正向饱和,输出电压V。接近电源电压,称为高电平1;当电压V2V1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V0=O V,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V0为O;当有激光照射到光电靶测光元件的时候,V2就会大于V1,使V0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A/D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。
在实际电路中,一个参考光检测元件为多个光电靶测光元件提供参考电压,电路得到进一步简化。在这种情况下,要求多个光电靶测光元件的光电特性一致,或者接近一致,才不至于出现误差。经过筛选的测光元件完全可以满足这种要求。
实际实验证明,在阳光强烈的室外,只要没有阳光直射到靶面,就工作正常;在夜晚星光下(远处有路灯),也工作正常。
光敏元件的排列与LED的排列方式基本一致,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74HCl388。
2.3 无线通信模块
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)。这里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。2.4 夜间指示灯
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。

3 光电靶控制器电路设计
从图1可以看出,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。
3.1 单片机电路
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。
3.2 发光二极管显示阵列
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,如图3所示。



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;8,7,6环都是8个LED,可以表示8种偏差。
3.3 激光器
购买市场常见的笔形半导体激光器。
3.4 无线通信装置
购买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)。
3.5 语音电路
在单片机的控制下播放事先录制好语音内容。

4 光电靶程序设计
4.1 光电靶的主程序
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。主程序框图如图4所示。

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