摘 要：軍用激光靶系統(tǒng)是進(jìn)行現(xiàn)代化軍事訓(xùn)練的重要器械.本文根據(jù)部隊(duì)模擬射擊訓(xùn)練的需求，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)和紅外接收管陣列的激光靶.其中，采用CAN總線將多個激光靶與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連成通訊網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了激光靶網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：激光靶，模擬訓(xùn)練，CAN總線 1 引 言 　　在軍隊(duì)的訓(xùn)練項(xiàng)目中，野戰(zhàn)的射擊姿勢訓(xùn)練是一個重要的部分。要求學(xué)員對在復(fù)雜環(huán)境中突然出現(xiàn)的目標(biāo)，能夠根據(jù)距離遠(yuǎn)近和目標(biāo)大小等特點(diǎn)迅速作出判斷，并采用正確姿勢擊中目標(biāo)。這樣的項(xiàng)目若進(jìn)行實(shí)彈訓(xùn)練，則對環(huán)境要求高，比較難以找到封閉的訓(xùn)練場地;進(jìn)行小組配合訓(xùn)練時，人員危險較大;而且，需要人工統(tǒng)計(jì)打靶結(jié)果，不利于橫縱向比較和訓(xùn)練效果分析。 　　為此，本文設(shè)計(jì)了基于紅外接收管和激光發(fā)射器的激光靶模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，以靶面上安裝紅外光敏接收元件的光電靶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的靶子，將紅外激發(fā)射光器安裝在步槍頭部，激光發(fā)射開關(guān)安裝在槍機(jī)上，扳動槍機(jī)則發(fā)射一次激光脈沖代替子彈，此激光脈沖擊中光電靶時將被靶上由單片機(jī)構(gòu)成的檢測器檢測到，單片機(jī)計(jì)算出擊中的行列坐標(biāo)，通過CAN現(xiàn)場總線發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上顯示打靶成績，并對訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，從而構(gòu)成了完整的模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)功能與硬件設(shè)計(jì) 　　激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)或筆記本電腦、通訊模塊和光電靶3大部分構(gòu)成，其中計(jì)算機(jī)放置在訓(xùn)練場地起點(diǎn)或中心，由訓(xùn)練的指揮人員操作和控制;光電靶已經(jīng)按與實(shí)際尺寸的70%比例縮小，光電靶按訓(xùn)練要求在訓(xùn)練場地隨機(jī)布置，距射擊者行進(jìn)路線前方或兩側(cè)40至100米范圍內(nèi)，裝在傳統(tǒng)的起倒靶支架上，由起倒靶支架控制。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。 　　計(jì)算機(jī)為主控制單元，監(jiān)測著100m范圍內(nèi)的射擊情況，采用通訊總線與光電靶上的智能單元進(jìn)行通訊。其中的應(yīng)用程序由VB編寫，因?yàn)閂B作為一種可視化編程語言具有簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，可以在短時間內(nèi)開發(fā)出易于操作、界面友好的應(yīng)用程序，而且VB有專用的通訊控件，可以可靠的實(shí)現(xiàn)通訊功能。 　　通訊模塊負(fù)責(zé)幫助計(jì)算機(jī)進(jìn)行CAN總線的通訊。 　　光電靶由通訊板和檢測板2大部分組成。由于實(shí)際訓(xùn)練中要求目標(biāo)的大小和形狀都有不同，就使得靶子的形狀不一致，因此設(shè)計(jì)了幾種標(biāo)準(zhǔn)形狀的檢測板，根據(jù)每個光電靶子外形的不同進(jìn)行拼裝，以滿足訓(xùn)練的需要，最大的一塊光電靶需要由4塊形狀不同的檢測板組成。 　　檢測板結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，檢測板上正面每隔2cm放置一個光電二極管，若光電二極管被擊中則導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到被擊中點(diǎn)坐標(biāo)后，通過485串行總線發(fā)送到通訊板，由通訊板負(fù)責(zé)統(tǒng)一將整個光電靶的擊中信息和工作情況傳送給通訊模塊。 　　每塊個光電靶都由多個檢測板構(gòu)成，為了提高系統(tǒng)效率，加入一塊通訊板，負(fù)責(zé)整理本光電靶信息，統(tǒng)一與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通訊板主要就是統(tǒng)計(jì)并計(jì)算本靶的打中點(diǎn)坐標(biāo)送到上位機(jī)，接受上位機(jī)的消息后傳給檢測板，使得同一靶子中多塊檢測板同步動作;其次還有故障檢測的功能。通訊板與檢測板之間要求通訊即時、可靠，用485串行總線進(jìn)行工作。這樣的結(jié)構(gòu)使單個光電靶工作相對獨(dú)立，方便以后系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展。通訊板的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　3.1 CAN總線的通訊設(shè)計(jì) 　　3.1.1 CAN 總線簡介 　　控制器局部網(wǎng)（CAN——Controller Area Network）是一種現(xiàn)場總線，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它以半雙工的方式工作，同一時間內(nèi)只能有一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，多個節(jié)點(diǎn)接受信息，可以實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。在各種現(xiàn)場總線中，它以其結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用靈活方便而在工業(yè)控制和車輛中得到廣泛應(yīng)用。 　　CAN總線的信息存取采用廣播式的存取工作方式，信息可以在任何時候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上，每個節(jié)點(diǎn)的CAN總線借口必須接受總線上出現(xiàn)的所有信息，因此各接點(diǎn)都設(shè)置由一個接收寄存器，接收寄存器首先將信息接收，然后根據(jù)接收信息的標(biāo)示符決定是否讀取信息包中的數(shù)據(jù)，即判定是否使用這一信息。CAN總線協(xié)議的一個最大特點(diǎn)就是廢除了傳統(tǒng)的地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。CAN總線面向數(shù)據(jù)而不是面向節(jié)點(diǎn)，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，假如和減少設(shè)備不影響系統(tǒng)的工作。因此，基于CAN總線的射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際要求增加或減少光電靶的數(shù)量。 　　CAN總線每幀收發(fā)數(shù)據(jù)的長度最多為8個字節(jié)，因而不存在占用總線時間過長的問題，可以保證通信的實(shí)時性，通信速率最高可達(dá)1Mb/s（通信距離40m時），通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kb/s）.通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。 　　3.1.2 CAN總線通訊的實(shí)現(xiàn) 　　在本系統(tǒng)中，采用PHILIPS公司的SJA1000芯片，通過對SJA1000的位定時寄存器進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)不同通信波特率的要求，CAN總線的通信撥特率與通信距離有密切的關(guān)系，距離越短，允許的波特率越高，反之亦然。系統(tǒng)采用多主方式工作，其任意節(jié)點(diǎn)任意時刻都可向總線發(fā)送信息，各節(jié)點(diǎn)通過ACR、AMR進(jìn)行報文濾波。 　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以對各光電靶進(jìn)行以下2種操作：查詢光電靶工作是否正常;回信確認(rèn)已經(jīng)收到光電靶的檢測數(shù)據(jù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)每隔固定時間就進(jìn)行一次查詢光電靶工作是否正常的操作，確保光電靶在線并且工作正常。當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)收到光電靶的擊中信息后，向光電靶回信確認(rèn)已經(jīng)收到檢測數(shù)據(jù)，然后光電靶的通信板刪除擊中點(diǎn)坐標(biāo)，避免通信過程中數(shù)據(jù)丟失的情況，確保通信的可靠性。 　　光電靶需要向監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送以下3種內(nèi)容的數(shù)據(jù)：本靶的板子工作均正常且未被擊中;打中信號與擊中點(diǎn)橫縱坐標(biāo);出錯信號和出錯板的板號。程序流程圖如圖4所示。 　　在CAN的技術(shù)規(guī)范中，規(guī)定了CAN在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層上的標(biāo)準(zhǔn)，用戶在設(shè)計(jì)通信軟件時，必須線根據(jù)需求設(shè)計(jì)合適的CAN總線通信協(xié)議，才能完成準(zhǔn)確可靠的傳輸。在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要制訂通訊協(xié)議如下： 　　addr+cmnd+data…+data+chkxor; 　　其中：addr——發(fā)送方的地址編碼; 　　cmnd——命令碼; 　　data——數(shù)據(jù); 　　chkxor——異或校驗(yàn)碼; 　　在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)區(qū)只有發(fā)送方地址編碼，沒有接收方地址編碼，這是由本系統(tǒng)的特點(diǎn)決定的。各光電靶只需要與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊，相互之間沒有聯(lián)系，所以監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收總線上的所有信息，其他各節(jié)點(diǎn)通過各自驗(yàn)收濾波器過濾無用信息。 　　3.2 系統(tǒng)檢測與485通訊部分軟件設(shè)計(jì) 　　光電靶上的通訊板與檢測板通過485總線以主從方式通訊，通訊板為主機(jī)，檢測板為從機(jī)，二者以查詢方式聯(lián)系。通訊板與檢測板通訊框圖如圖5所示。 　　系統(tǒng)初始化完畢后，通訊板首先查詢一塊檢測板的狀態(tài)，檢測板受到查詢信息后，將擊中點(diǎn)坐標(biāo)送回通訊板，若沒有被擊中，則回應(yīng)信號，表示自己工作正常且沒有被擊中。通訊板收到檢測板回應(yīng)信號后，先分析信息類型，如果回應(yīng)信號表明檢測板工作正常且沒有被擊中，則通訊板直接查詢下一檢測板。如果回應(yīng)信號為擊中點(diǎn)坐標(biāo)，則通訊板此基礎(chǔ)上查詢其他檢測板，統(tǒng)一計(jì)算打中區(qū)域的中心點(diǎn)坐標(biāo)并送到上位機(jī)。若通訊板在發(fā)出查詢信號100ms后仍沒有收到這塊檢測板的回應(yīng)，表示這塊檢測板工作出現(xiàn)錯誤，通訊板查詢下一塊檢測板。 　　若一塊檢測板連續(xù)3次沒有回應(yīng)通訊板的查詢信號，則通訊板向上位機(jī)發(fā)送信息說明這塊檢測板工作錯誤。 4 結(jié)束語 　　軍用射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)已在實(shí)際訓(xùn)練中投入運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明本系統(tǒng)操作簡單，實(shí)時性高，測量點(diǎn)準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠，得到很好的訓(xùn)練效果，應(yīng)用前景廣泛。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 鄔明寬.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996; 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