基于嵌入式智能报靶系统的设计

边卫高 王恩泽

陆军航空兵学院

内容摘要：在我军的的军事训练当中，最基本的训练就是射击训练，良好的射击成绩是对一名战士的基本要求，目前我军无论是基层还是院校射击训练主要采用人工报靶的方式，这种传统的报靶方式不仅效率低下、存在安全隐患，而且在训练考核中存在一定的不公平性，不符合我军的训练原则。因此研发一种高效率、高精度，并且安全性强的自动报靶系统迫在眉睫。这不仅能够推动科技化军事的发展，而且在体育射击运动中的应用前景也是十分可观的。

为了解决人工报靶的一系列问题，本文提出了一种基于嵌入式的激光光幕自动报靶系统的设计方案，并设计出了实物模型。该系统由激光发射器和激光接收器构成激光网络进行弹丸信号检测，以STM32为核心的信号处理电路对检测信号进处理，得到弹着点的坐标信息并通过无线通信的方式上传至上位机显示并记录成绩。该系统成本低、精度高、安全可靠，具有一定发展前景。

关键词：嵌入式，自动报靶，STM32，激光器，弹孔识别，激光幕

1 靶面的设计原理

靶面结构如图1所示，实心方块一侧表示激光发射器，对面表示激光接收器，实线表示激光光束，靶面就形成了一对一对的激光发射、接收对，将靶面按照一定的间隔分为等距的网格，形成一道光幕。当子弹穿过由激光束构成的靶面时，将遮断相应数目的激光束，被遮断的激光束对应一端的探测器将会输出电脉冲信号，主控制器根据探测器的信号变化得到相应的信息，从而计算出弹着点的坐标^[1]。

图1 下位机系统实物图

2 系统的整体设计思路

随着高速处理器、嵌入式操作系统为核心的信息处理系统和无线传输系统的应用日益广泛，自动报靶系统逐渐出现在日常的军事训练与体育竞技之中。现如今利用PC机作为电子控制终端的应用技术己经成为未来科技发展的一大趋势^[1]。本文针对工业活动和人们日常生活中常用的PC机，介绍了一种利用PC上位机来控制的新型光电自动报靶系统。通过STM32作为自动报靶系统的主控制器驱动靶机的检测模块工作，从而获得上靶信息。将靶机捕获的上靶信息通过无线传输的方式传递给PC机，PC机将上靶情况实时的图形化显示出来，并且将PC机发出的控制命令传递给主控制器STM32，从而实现了对自动报靶系统工作状态的控制。本文设计的自动报靶系统实现的功能有:

1.光幕检测功能—能够准确迅速的将障碍物遮挡激光的位置信息捕获，并迅速将数据信息传送至主控制器，为下一次信息捕获做好准备。

2.数据处理功能—可以将获取的电平信号转化为模拟弹着点的位置信息。

3.数据无线通信功能—能够将上位机发出的控制命令以及采集到的位置信息通过串口以无线通信的方式实现靶机与上位机的连接。

4.上位机显示功能—PC机可以显示射手的个人信息，并且能够实时的图形化显示上靶信息。

5.上位机的信息处理与存储功能—PC机可以存储射手的个人信息，能够进行实时成绩评定，也可将成绩存档、打印，另作它用。

3 系统的整体设计框架

在整体体设计框架中，每个模块都有极其重要的作用，其功能如下:

（1）主控制器模块

该控制模块作为整个设计的核心模块，主要用于收集信息、处理数据、协

调系统中的每个功能模块预计要完成的任务。

（2）电源模块

电源模块是为系统中的各种芯片模块供电的模块:分别可输出5V和3.3V

电压给弹着点检测模块、主控制器以及无线通信模块提供电源。

3. 无线通信模块

通信模块主要是用来完成靶机与上位机控制界面之间的通信。通信模块可以将靶机获得的上靶信息的数据实时地传输到上位机，同时短距离无线通信具有抗干扰性强、性能稳定、不受地域限制等优点。

（4）上位机应用软件

本设计的上位机应用软件根据训练用途设计了PC上位机，可以对自动报靶系统的工作状态进行控制，同时能够对射手的个人信息以及上靶信息进行显示。

（5）弹着点检测模块

弹着点检测模块主要的作用是将穿过激光幕的弹丸的相对位置以高低电平信号的形式记录下来，之后传给主控制器进行信息处理，转化为上位机可识别的数据信息。

4 应用软件工作界面的设计

自动报靶系统应用软件的工作界面如图2所示，串口名称与波特率是用来配置无线传输模块的，使上位机能够与下位机相互连通。为了方便射手能够实时的观察到自己的打靶成绩，系统将姓名、编号、当前环数、平均成绩设计在工作界面上，且能够在下方的工作表中查询之前每次的打靶成绩。开始、完成按钮控制整个系统进入工作状态，结束工作状态。左上角的功能窗口可以进行成绩的查询、成绩的打印以及罢免的切换。整个工作界面在简洁的同时显示了很多必要的信息，方便使用人员观察和操作^[2]。

图2应用软件的工作界面

5 成果展示

本文设计的自动报靶系统经完成了硬件测试和软件测试。功能性测试主要是对整个系统的工作能力进行测试，用来预测在实际功能原理演示中嵌入式自动报靶系统的整体性能表现，同时发现一些存在的问题及时的进行修正。固定方式。

最后对上位机的成绩存储、查询、靶面更换功能进行展示。模拟射击完成后，点击上位机界面的“完成按钮”上位机进行自动存储，编辑文件名称后将文件存储在E盘的射击成绩文件夹中。打开文件后，姓名、编号、成绩、时间都在工作表中显示出来。点击在工作界面上的功能中的“查询”、“靶面更换”均能实现相应的功能。

射击训练是军事训练中最基本的项目之一，同样射击比赛也是许多大型国际比赛众多类别中不可缺少的一项^[3]。在训练和比赛过程中，传统的报靶方法是由报靶人员根据经验，目测或借助于一些特定的测量工具来确定靶数。此外，示靶、检靶、报靶和训练成绩的登统计也主要依靠人工来完成。工作量大、安全性差、效率低，也不便于指挥人员和观察人员及时了解射击情况。传统的报靶方法非常不利于射击人员训练水平的提高，因此，对射击训练中自动报靶系统的研究就显得十分必要。

参考文献

1. 胡姗. 自动报靶系统的设计与实现[D]. 2014.

2. 邓云兵. 报靶系统的移动终端研制[D]. 2016.

3. 毛立. 新型光电自动报靶系统的研制[D]. 南昌航空大学.