基于無線通訊的智能靶標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

施寒天

（南京晨光集團(tuán) 伺服技術(shù)研究所，江蘇 南京 210000）

0 引言

目前我軍大部分靶場在進(jìn)行作戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)，靶標(biāo)一般使用的是機(jī)械組合式裝置，根據(jù)需要放置在靶區(qū)內(nèi)各個(gè)固定位置。由于靶標(biāo)不能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，所以無法模擬真實(shí)戰(zhàn)場目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況，并且訓(xùn)練時(shí)必須安排人員查看靶標(biāo)打擊結(jié)果，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且存在一定的危險(xiǎn)性。這樣的訓(xùn)練及檢測方法遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化、信息化科技練兵的要求，極大的限制和制約著訓(xùn)練水平的提升。

針對傳統(tǒng)靶標(biāo)的缺點(diǎn)，提出設(shè)計(jì)一種基于無線通訊的智能靶標(biāo)控制系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)，靶區(qū)內(nèi)所有目標(biāo)靶組成一個(gè)有機(jī)的整體，操作者可以在指揮中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可對靶區(qū)內(nèi)所有目標(biāo)靶進(jìn)行單點(diǎn)動(dòng)作控制，也可使靶區(qū)內(nèi)各目標(biāo)靶按事先設(shè)定好的動(dòng)作時(shí)序自動(dòng)動(dòng)作。對打靶結(jié)果可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，無需安排人員現(xiàn)場查看，實(shí)現(xiàn)報(bào)靶的自動(dòng)化、精確化、智能化。

1 控制系統(tǒng)的組成及功能

控制系統(tǒng)主要由無線通訊系統(tǒng)及目標(biāo)靶終端控制器組成。指揮中心通過無線通訊系統(tǒng)將控制指令傳送到各目標(biāo)靶終端控制器，各終端控制器的狀態(tài)也可以通過無線通訊系統(tǒng)上傳至指揮中心，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示。終端控制器接收指揮中心的控制指令，并根據(jù)指令內(nèi)容驅(qū)動(dòng)各目標(biāo)靶進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。

2 無線通訊系統(tǒng)組成及工作原理

無線通訊系統(tǒng)在指揮中心及目標(biāo)靶終端控制器之間傳輸控制指令及目標(biāo)靶狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)主要由上位機(jī)系統(tǒng)、智能遙控主機(jī)、智能遙控接收差轉(zhuǎn)臺組成。

上位機(jī)系統(tǒng)將控制信號傳輸給智能遙控主機(jī)，傳輸距離不大于30m，采用有線通訊方式，使用RS485傳輸協(xié)議；智能遙控主機(jī)接收到上位機(jī)系統(tǒng)的控制信號后，與智能遙控接收差轉(zhuǎn)臺進(jìn)行通訊，傳輸距離為10km，根據(jù)實(shí)際傳輸?shù)男Ч虚g可增加相應(yīng)數(shù)量的中繼站進(jìn)行信號轉(zhuǎn)發(fā)，通訊采用無線方式，通訊協(xié)議為ZigBee，通訊頻率900MHz，通訊距離最大為20km；智能遙控接收差轉(zhuǎn)臺位于靶區(qū)，與指揮中心距離為10km，接收遙控主機(jī)的控制信號，根據(jù)控制信號內(nèi)容，將控制指令發(fā)送到指定的目標(biāo)靶終端控制器，通訊采用無線方式，通訊距離為1km，采用ZigBee通訊協(xié)議，通訊頻率900MHz。上位機(jī)系統(tǒng)、智能遙控主機(jī)、智能遙控接收差轉(zhuǎn)臺、目標(biāo)靶終端控制器之間采用雙向通訊方式，可以互相收發(fā)。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

1）上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)由UPS、軍用筆記本、機(jī)柜、上架打印機(jī)、VXI系統(tǒng)、控制盒、電源箱組成，可以通過有線、無線兩種方式，對靶區(qū)內(nèi)所有目標(biāo)靶進(jìn)行各種動(dòng)作控制、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等。

2）智能遙控主機(jī)

智能遙控主機(jī)安裝在室外，由高增益定向天線、ZigBee通訊模塊、微處理器、485通訊模塊及電源模塊組成。485通訊模塊完成與上位機(jī)的雙向通訊；ZigBee通訊模塊配合高增益定向天線完成與智能接收差轉(zhuǎn)臺的10km無線通訊，實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議的各種軟硬件要求；電源模塊根據(jù)電路的供電要求，實(shí)現(xiàn)各種電壓變換及穩(wěn)壓功能；微處理器為智能遙控主機(jī)的控制核心。

3）智能接收差轉(zhuǎn)臺

智能接收差轉(zhuǎn)臺由高增益全向天線、高增益定向天線、2塊ZigBee通訊模塊、微處理器、24V蓄電池及電源模塊組成，各部分功能與智能遙控主機(jī)類似，2塊ZigBee通訊模塊分別實(shí)現(xiàn)與智能遙控主機(jī)及各目標(biāo)靶終端控制器之間的無線通訊，根據(jù)實(shí)際通訊效果，智能遙控主機(jī)與智能接收差轉(zhuǎn)臺之間可增加相應(yīng)的中繼站，中繼站設(shè)計(jì)成與智能接收差轉(zhuǎn)臺硬件結(jié)構(gòu)上一致，只是通訊模塊工作模式不同，這樣便于系統(tǒng)的維護(hù)，數(shù)量可根據(jù)需要增減。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通訊軟件運(yùn)行于指揮中心的上位機(jī)，根據(jù)用戶的操作，發(fā)出各目標(biāo)靶動(dòng)作的控制指令，顯示各目標(biāo)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并對各目標(biāo)靶狀態(tài)、操作、歷次演示結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀管理。

軟件主要分為如下幾個(gè)部分：自檢模塊、控制模塊、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)幫助。各模塊主要功能如下：

1）自檢模塊：包括通訊自檢和靶標(biāo)自檢，檢測系統(tǒng)通訊是否正常及系統(tǒng)內(nèi)各目標(biāo)靶地址和工作狀態(tài)；

2）控制模塊：根據(jù)用戶的操作，軟件調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)，完成操作。包括控制指令的輸出、精度數(shù)據(jù)的接收，并實(shí)時(shí)顯示所有靶的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)；

3）系統(tǒng)維護(hù)：包括演習(xí)前的控制流程輸入、演習(xí)過程中的數(shù)據(jù)管理、對歷次演習(xí)的數(shù)據(jù)維護(hù)及數(shù)據(jù)報(bào)表輸出；

4）系統(tǒng)幫助：對軟件操作過程中的各種按鈕及命令進(jìn)行實(shí)時(shí)提示，對出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行提示，幫助用戶解決故障。

3 終端控制器的組成及工作原理

各目標(biāo)靶終端控制器為核心部件，每個(gè)靶標(biāo)一個(gè)，對所有控制量進(jìn)行控制，同時(shí)可對靶標(biāo)配件進(jìn)行控制。

3.1 終端控制器的硬件組成

目標(biāo)靶終端控制器由全向天線、ZigBee通訊模塊、微處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、精度評估模塊、繼電器輸出模塊、48V蓄電池及電源模塊組成。

ZigBee通訊模塊配合全向天線完成與智能接收差轉(zhuǎn)臺的無線通訊；微處理器為控制核心，根據(jù)控制指令控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及繼電器輸出模塊，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)靶的動(dòng)作控制；精度評估模塊檢測靶標(biāo)擊打結(jié)果，供上位機(jī)調(diào)用查看。

3.2 終端控制器的軟件設(shè)計(jì)

控制器從上電開始，首先進(jìn)行內(nèi)部寄存器的初始化，主要包括中斷寄存器、定時(shí)器寄存器、堆棧指針以及異步通訊端口的初始化。然后進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)自檢工作，包括部分控制節(jié)點(diǎn)的供電情況以及連接器是否插好。最后進(jìn)入主程序循環(huán)，在主程序中，通過查詢命令代碼，來調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)。移動(dòng)靶控制輸出主要包括小車的前進(jìn)、后退以及停止操作，靶面的起、豎操作。

4 結(jié)束語

目前該智能靶標(biāo)控制系統(tǒng)已通過各項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)，并已交付部隊(duì)供訓(xùn)練演習(xí)使用，得到了部隊(duì)的認(rèn)可，證明該智能靶標(biāo)控制系統(tǒng)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)靶標(biāo)，有效提高部隊(duì)的訓(xùn)練質(zhì)量，滿足部隊(duì)現(xiàn)代化、科技化的練兵需求。

［1］耿立中,王鵬,馬騁,賈惠波.RS485高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008(8).

［2］周怡颋,凌志浩,吳勤勤.ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].自動(dòng)化儀表,2005(6).