毕业设计论文模板Word格式.docx
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打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。
激光打靶系统的主要信号处理过程包括：
信号的放大、编码和数据传输。
信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。
按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。
最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。
与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。
89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。
该信号处理系统实现了对信号的良好检测。
与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。
关键词：
激光打靶；
信号处理；
信号编码；
串行传输
ABSTRACT
Themainaimofthisthesisistodesignandrealizesignalprocessingofaself-developedlasertargetshootingsystemandthenrealizethewholelasertargetshootingsystem.Thelasertargetshootingsystemconsistsofsemiconductorlasergun,photoelectricdetector,andsignalprocessingcircuit,whichisthekeypartofthewholesystem.Lasertargetshootingprocessgothoughfollowingsteps:
lasergunemittedapulseoflaser,whichwouldbereceivedbythelasertargetandtheresultsofshootingwillbeshownonscreenofcomputerbyseriessignalprocessing.Thelasertargetconsistsofsomesiliconphotoelectricunitsthatwereencodedwithdifferentnumbersaccordingtocertainrule.Theresultoftheshootingwillbegotwhendetectingthenumberofthephotoelectricunitthatreceivesthelaserpulse.
Thesignalprocessingofthelasertargetshootingsystemmainlyconsistsofsignalamplification,signalencodinganddatatransmission.Theinspectedphotoelectricsignalwasthenamplifiedbyoperatoramplifiers,codedbymultiplexpriorityencoderaccordingtotheprearrangedrule,andthentransferredtocomputerby89C2051MCUthroughitsserialport.Andthencomputercanprocessthesignal.Theprogramof89C2051MCUisdesignedinkeilanddebuggedusingkeilcompiler.Itisdesignedtocontrolthedatatransmissionwithcomputer.
Thedesignedsignalprocessingsystemcandetectsignaleffectively.Throughtheserialdatatransmission,computercanprocesstheshootingresult,suchasdisplay,statisticsandstorageetc.Itprovidedirectandexactshootingresultfortrainer,soitcanincreasetheefficiencyoftheshootingtraining.
Keywords：
lasertargetshooting；
signalamplification；
signalencode；
serialdatatransmission
目录
1引言1
2概述2
2.1激光打靶系统概述2
2.2本设计方案思路3
2.3研发方向和技术关键3
2.4主要技术指标3
3总体设计4
3.1激光的检测4
3.2靶位的划分4
3.3编码标准5
3.4成绩的传送和处理5
3.5其他说明5
4硬件设计6
4.1信号放大电路6
4.2整形电路8
4.3编码电路9
4.4串行传送11
4.5电平转换13
5软件设计14
5.1总体方案14
5.2程序流图14
5.3模块说明15
6制作与调试18
6.1硬件电路的布线与焊接18
6.2调试18
7结论20
致谢21
参考文献22
附录23
1引言
目前的射击打靶训练，基本以实弹训练为主，国防开支大，危险系数高。
传统的报靶方法是人工报靶，由报靶员根据经验确定靶数，带有很大的个人主观因素，可靠性、公正性差，效率低。
因此有必要研制一种切合部队实际的，在非实弹射击条件下进行射击精度训练的打靶训练器，这样既能保证部队训练质量又能减少弹药消耗、节约国防费用，具有重大的国防意义。
2概述
2.1激光打靶系统概述
激光打靶系统[1-3]的工作原理是采用激光脉冲来模拟枪弹的射击，该系统一般包括激光发射部分、激光信号检测模块、打靶成绩处理和显示部分。
如图2-1所示，当射手瞄准完毕扣动扳机时，半导体激光器会发出激光脉冲，射向目标上的光电探测器，如果击中目标，则激光脉冲被光电探测器接收并转换为电信号，经电路处理能识别射击的弹着点，信号经处理编码后传输到计算机。
图2-1激光打靶系统原理图
半导体激光器[4,5]一般平行地安装在武器装备的枪管、炮管或导弹发射架上，它可以发射一束与武器射击方向一致的激光脉冲。
目前的激光器一般都采用半导体激光器，因为这种激光器的输出功率低，不会伤害眼睛，而且效率高、功耗小，不但可以摆脱大而重的电源设备，激光器本身也可以制作得很小、很轻。
光电探测器[6]具有射击靶的形状，可以是点探测器和面探测器，通常数量较多，构成多个信号检测通路。
根据光电探测器的响应位置来判断激光射击击中的靶位。
激光打靶采用以光代弹的形式进行射击训练，是激光武器模拟器中最常见的一种。
最初的激光打靶系统只能进行瞄准射击训练，随着计算机和微处理器技术的发展，其用途扩大到可进行多种武器的模拟训练。
随着研究和探索的深入，激光打靶系统的功能将进一步完善，能够更接近于武器装备在实际使用中的表现，增强真实感。
同时，通过与电子技术相结合，进一步提高激光模拟的自动化、智能化水平。
激光武器模拟器有以下几个方面的发展趋势：
（1）可以模拟的武器越来越多，激光武器模拟器正朝着系列化、组件化的方向发展，一个基本的激光射击模拟器只要稍加改动就可适用于其他武器系统。
系列化、组件化的好处是便于使用、更换和维修，同时价格也便宜。
（2）从激光射击模拟器向激光交战模拟器发展，先进的激光交战模拟器能使坦克、战斗车辆、反坦克武器等有机的结合在一起进行训练，每部兵器既是攻击者，又是被攻击者，完全模仿实战中的作战环境，不仅能提高战士使用武器的技能，还可以教会他们如何在战争中保护自己。
（3）采用各种新技术增加模拟的逼真性，例如用计算机来记录、控制整个训练演习的进程，评定战士在演习中的表现等。
2.2本设计方案思路
本设计以实现信号的良好检测和数据转换、传输为主要目的；
以信号检测，信号编码和数据传输为主要设计内容。
在信号检测方面设计单脉冲小信号的放大电路和信号整形电路；
在信号编码方面，要解决多路信号的编码问题，还要考虑到编码的优先选择问题；
在脱靶问题的处理方法上，对打靶和信号采集传送进行同步化处理（详见第二章的硬件设计部分），把脱靶的情况与中靶的情况归为一类处理；
数据传输采用UART串口通信。
2.3研发方向和技术关键
（1）合理划分激光靶的光电探测器，提高系统的精度；
（2）单脉冲小信号的放大和整形；
（3）多路优先编码器的扩展；
（4）与微机进行数据传输，方便成绩的统计、保存、显示和查询。
2.4主要技术指标
（1）激光脉宽：
大于1ms
（2）激光脉冲响应幅度：
约10mv
（3）打靶距离：
30米
（4）串行输出帧格式：
射击次数＋所击中的光电探测器的编号
3总体设计
激光打靶系统是一种集光、电于一体的系统，其工作原理是激光枪发出的激光束，打到光电传感器上，经光电传感器将光信号转换为电信号，电信号经过信号处理后由单片机发送到计算机的串行口，然后在计算机上完成成绩显示、查询和保存等功能。
激光打靶系统结构的组成框图如图3-1所示。
该系统包括半导体激光枪、模块式探测器、数字信号处理和发送电路、计算机数据处理程序等四部分。
图3-1系统总体结构框图
3.1激光的检测[7,8]
每次打靶，激光枪发出一个激光脉冲。
如果激光脉冲击中光电靶，利用光生伏特效应，光电靶上的探测器把光信号转换成电信号，因此激光的检测就是对探测器响应电信号的检测。
光电探测器的响应是一个单脉冲小信号，整个检测过程包括：
信号放大、波形整形，检测输出是标准的脉冲数字信号。
3.2靶位的划分
把一个激光靶划分为38块探测器，中心10环为一块探测器；
9.8.7.6环分别有8块探测器；
5环有5块探测器。
根据不同靶位上的探测器来判断所击中的位置，包括环数：
10.9.8.7.6.5；
偏离方向：
上.下.左.右.左上.左下.右上.右下。
若信号击中两块或四块探测器的交界，则只取其中一块为有效，记为有效的探测器满足以下条件：
（1）环数高；
（2）偏离方向为斜向（例如：
上和右上两方向，选择右上）。
根据上述要求，以及硬件电路设计的需要，对不同的探测器进行编码，见图3-2（右）。
图3-2靶位划分与编号
3.3编码标准
对38路信号按以上原则编码，编码结果如表3-1。
若脱靶无信号则记为0号。
编码后，每一个号码对应了每一个探测器的位置信息，包括环数和偏移方向。
对信号击中两块或四块探测器的交界的情况,只需取码号大的探测器为有效。
这样，打靶的结果在硬件电路上的实现便可由40－6线优先编码器完成。
表3-1靶位编码
上
右上
右
右下
下
左下
左
左上
10环
38
9环
33
37
32
36
31
35
30
34
8环
25
29
24
28
23
27
22
26
7环
17
21
16
20
15
19
14
18
6环
9
13
8
12
7
11
6
10
5环
3
－
2
5
4
1
公式格式模板：
（3-1）
因而，放大器的增益：
（3-2）
…………
7结论
致谢
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