基于STC12C5A60S2單片機(jī)的水彈感應(yīng)靶

劉庭君 馬良 楊悟宇 葛運(yùn)龍

摘要：傳統(tǒng)的激光交戰(zhàn)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)不能很好的模擬近距離實戰(zhàn)。在近距離射擊過程中，水彈槍與實彈槍的彈道、彈著點高度相似，但在實際應(yīng)用中卻沒有一種合適的接收感應(yīng)設(shè)備。本文設(shè)計了一種能夠感應(yīng)水彈的水彈感應(yīng)靶，完善了水彈槍對抗系統(tǒng)，擴(kuò)展了水彈槍的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：水彈槍;STC12C5A60S2單片機(jī);水彈感應(yīng)靶

軍事訓(xùn)練中，以激光為介質(zhì)的交戰(zhàn)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，這種系統(tǒng)具有作用距離遠(yuǎn)，指向性優(yōu)良，延時低的特點，適合應(yīng)用于中遠(yuǎn)距離，較大規(guī)模的演習(xí)演練中。然而在實際使用過程中，此類系統(tǒng)的優(yōu)勢并不能較好地應(yīng)用于以CQB一類近距離交戰(zhàn)為主的戰(zhàn)斗訓(xùn)練中。如無法明確彈著點，不能模擬真實彈道等。隨著水彈槍在全世界范圍內(nèi)的興起，其安全、價格低廉、能夠射出物理子彈的特點，使之成為軍警在CQB訓(xùn)練中理想的選擇。

本文應(yīng)用STC12C5A60S2單片機(jī)、壓電薄膜、無線通信等技術(shù)提出了一款能夠感應(yīng)水彈槍射出水彈，并識別命中部位，進(jìn)而計算相應(yīng)傷害的水彈感應(yīng)靶，能夠模擬實戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的中彈情形，為CQB訓(xùn)練中擊斃、擊傷目標(biāo)提供了判斷結(jié)果，可為軍警演練演習(xí)和臨戰(zhàn)訓(xùn)練效果提供借鑒。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過對水彈感應(yīng)靶所需要實現(xiàn)的具體功能及要達(dá)到的效果進(jìn)行分析，并選擇相應(yīng)的元器件以達(dá)到預(yù)期目的。

1.單片機(jī)的選擇

本文所設(shè)計的水彈感應(yīng)靶需要實現(xiàn)水彈感應(yīng)、生命值計算、生命值顯示、“死亡”報警等功能，需要應(yīng)用22個I/O口，一個外部中斷。經(jīng)綜合考慮最終選用宏晶公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心。該單片機(jī)具有高速、低功耗、等特點，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)，具有較好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，能夠較好的滿足本設(shè)計的需求。

2.生命值顯示模塊的選擇

生命值顯示模塊選用型號為KYX-B10BGYR的10段4色LED光條，原因如下：

從顯示效果來看，在高強(qiáng)度、高節(jié)奏的CQB戰(zhàn)斗中簡單幾何圖案加顏色的顯示模式比文字更容易使人獲得其中的信息，10段4色LED光條通過長短和顏色變化向使用者直觀的顯示血量占比和所在區(qū)間;從戰(zhàn)術(shù)要求來看，“血量”不宜過于精確，10段4色LED光條的顯示模式能夠為使用者顯示一個大致的狀態(tài)范圍，便于使用者根據(jù)自身受傷情況制定下步行動;從控制角度來看，10段4色LED光條控制靈活，可以采用10個I/O口分別控制或通過譯碼器減少所需I/O口數(shù)，同時可以將10個LED按需分為幾組分別控制;從編程角度來看;10段4色LED光條占用單片機(jī)資源低，只需在血量變化時同時刷新即可。

3.水彈感應(yīng)模塊的選擇

通過水彈在有效距離內(nèi)擊中人體仍有相當(dāng)動能這一特性，本設(shè)計決定以壓力傳感為主，無線通信確認(rèn)排除干擾信號為輔的方案。

在目前常見的幾種壓力傳感器中，通過結(jié)合設(shè)計需求最終選用了半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器。半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號。其特點是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高，較好的滿足了本設(shè)計的需求。

二、硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計是系統(tǒng)方案實施的第一步，通過對系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，完成對單片機(jī)資源的分配，如I/O口的分配，進(jìn)一步對系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行驗證與完善。

1.單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計

單片機(jī)最小系統(tǒng)是滿足單片機(jī)正常運(yùn)行的最簡電路，本設(shè)計中采用5V電源供電。在單片機(jī)的XTAL1、XTAL2引腳之間并接一個11.0592MHz的石英晶和2個30pF的陶瓷電容構(gòu)成一個晶振電路。所采用的STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部集成MAX810復(fù)位電路，因此不再構(gòu)建外圍復(fù)位電路。

2.煙霧報警模塊設(shè)計

本設(shè)計中設(shè)置煙霧發(fā)生模塊用于在感應(yīng)靶“血量”為0時的報警。由于煙霧發(fā)生模塊所需驅(qū)功率較大，因此采用了8550“PNP”型三極管作為“開關(guān)”來控制煙霧發(fā)生。單片機(jī)通過P23口串聯(lián)的限流電阻后接入PNP型三極管的基極。P23口通常處于高電平，此時三級管處于開路狀態(tài)，煙霧發(fā)生器不工作。當(dāng)P2.3口處于低電平時，三極管導(dǎo)通，發(fā)煙器點火發(fā)煙。

3.壓力傳感器設(shè)計

在本設(shè)計中，使用壓電薄膜將水彈擊中時的動能按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電阻值，再由轉(zhuǎn)換電路將連續(xù)變化的阻值轉(zhuǎn)換為高低電平。轉(zhuǎn)換電路由LM393雙電壓比較器集成電路、可調(diào)電阻、固定阻值電阻構(gòu)成。當(dāng)水彈擊中壓電薄膜時，壓電薄膜阻值從無窮大迅速變?yōu)閿?shù)百歐姆，使電壓比較器同向輸入端電壓高于反向輸入端，比較器產(chǎn)生一個較高的電平并輸出給無線通信模塊。

系統(tǒng)電路如如下：

結(jié)語

本文設(shè)計了一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心的水彈感應(yīng)靶。目的在于解決在以往的訓(xùn)練和模擬戰(zhàn)斗過程中，使用水彈槍作為訓(xùn)練槍支時“命中情況靠自覺”的窘迫境地，為軍警的近距離戰(zhàn)斗訓(xùn)練、民用真人CS對抗等提供了更加優(yōu)化的器材選項。

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（作者單位：武警警官學(xué)院）