无线遥控靶机设计与实现

任李

摘要：为解决目前通用射击训练靶机无法模拟相对位置关系和运动，设计提出一种无线遥控靶机系统方案，分别从硬件和软件两个方面设计和实现，模拟真实射击环境，使训练更具灵活性和针对性。

关键词：无线遥控；靶机；软硬件

中图分类号： G462 文献标识码： A 文章编号：1009-3044（2017）34-0203-02

1 概述

射击训练中，多使用固定靶机，这种靶机不能够运动或只能简单运动，模拟人的真实运动性能较差，使受训者不能够充分感知现场环境复杂性，对射击精度和心理素质方面进行充分训练，导致受训者射击不灵活，实战心理压力大，极易发挥失常。

本靶机设计思路是：以遥控方式发送指令到单片机控制电路，驱动舵机与步进电机带动机械结构使靶机做摆动和水平移动移动，从而模拟犯罪分子与人质之间相对位置关系的变化，再现了劫持人质场景。通过使用无线遥控劫持人质靶机进行射击训练，模拟真实战场中具有鲜明特点的射击环境，使受训者在瞄准的过程中，通过快速分析和预判人质靶和歹徒靶的位置变化，不断的调整准心位置，进而达到提高反应速度和应变能力的目的，同时，长期严密的训练对受训者积累有关劫持人质事件下的射击经验、提高紧张多变战场环境下的心理素质有着很好的效果。由此可见，无线遥控劫持人质靶机的应用，可以使受训者真实的感受实战情景，解决了射擊训练与实战不统一的问题，使训练更具实战性和针对性。

2 无线遥控靶机系统方案研究

无线遥控靶机将现代科学技术运用到传统射击靶上来，利用舵机和步进电机的转动规律，带动靶子运动，赋予靶机运动灵活多样的特点，改变了以往模型单一、运动简单呆板的射击靶模式，并通过无线遥控技术和单片机智能控制技术对靶机进行实时有效的控制，从而使组训者可以根据需要遥控调整靶机运转，射击训练更加贴近实战化，提高了训练效果和质量。

设计原理为：训练时，通过手持遥控端发出光信号，光信号接收端接收，经过解码后由单片机控制器进行核心控制操作，分别再由舵机工作带动目标靶做左右摆动，步进电机工作通过导轨滑块带动整个靶机做水平移动，模拟劫持人质场景中目标的移动，而且对人质、歹徒之间相对位置关系的变化实现了高仿真，通过无线遥控装置控制靶机运行，实现与实战情景高度相似。无线遥控靶机的机械结构如图1所示，靶机底座上固定有滑块导轨和步进电机，步进电机与导轨联动，滑块导轨的移动滑块上固定舵机，舵机与歹徒靶联动，人质靶固定于舵机端。

无线遥控劫持人质靶机总体结构框图如图2所示，组训者通过遥控移动端发出信号，由接受端感应并将处理结果以电信号的形式传入主控模块，主控模块接受指令后，向舵机和步进电机驱动模块输出脉冲波进行驱动，实现对靶机的控制。

3 无线遥控靶机设计与实现

1） 单片机主控模块由单片机、时钟电路和复位电路组成，时钟电路用以提供时钟脉冲[1]，决定单片机运行速度，保证单片机能正常工作，而复位电路可以在单片机出现问题时让单片机重启。

2） 本系统为实现无线信号发送处理的功能，采用市场已有的成品 TC9012遥控器作为红外信号接收装置，其具有成本低、稳定性良好的优点，可以满足需要。TC9012是红外遥控器的控制芯片，通过按下相应按钮，将控制指令和0、1代码调制在38KHz的载波上，而后放大和驱动，经发射端将信号发射出去。

3） 本系统为实现角度摆动的功能，采用S3003舵机驱动，其价格便宜，性能良好，舵机的扭矩等参数足够满足带动靶子拍动，承受惯性负荷。通过单片机P2.4引脚输出PWM波，由于舵机运行对电流会造成影响，导致单片机故障，所以使用独立电源，采用光耦JC817对单片机的信号进行处理，其电路如图3所示。

在图3中单片机电源经电阻R6接光耦1脚，舵机电源经过电阻R7接光耦4脚，把单片机输出的信号进行上拉以驱动舵机。

4） 本系统为实现水平移动的功能，在步进电机和伺服电机中选择前者，主要考虑到步进电机价格亲民、功率虽小但足以满足需求。本文采用常见的四相步进电机：28BYJ-48型号的步进电机。

28BYJ-48步进电机[2]是4相永磁式减速电机，直径为28mm，供电电压为5V，步进角度为5.625/64，减速比为1/64。该步进电机引出有五根线，其中红色的是公共端，连接到5V电源，接下来的橙、黄、粉、蓝就对应了A、B、C、D相，工作方式采用四相八拍工作方式，比如在从B相导通到C相导通的过程中，假如一个B相和C相同时导通的节拍，此时，由于B、C两个绕组的定子齿对附近的转子齿同时产生相同的吸引力，这将导致新插入的这个节拍使转子转过了上述单四拍模式中步进角度的一半，即5.625度。通过插入新节拍，使转动精度增加了一倍，而转子转动一圈则需要8×8=64 拍了。另外，新增加的这个中间节拍，还会在原来单四拍的两个节拍引力之间又加了一把引力，从而可以大大增加电机的整体扭力输出，使电机更“有劲”了。

本文采用ULN2003A作为步进电机的驱动，该芯片耐压值高，可以承受较大的电流，工作电压为5V。通过ULN2003A芯片将TTL与CMOS集成电路输出电平调制并输出信号驱动步进电机[3]。单片机P2.0-P2.3口接ULN2003A的输入端子，其输出端子直接连接步进电机，其电路如图4所示。

在上图中，单片机的P2.0-P2.3引脚分别接ULN2003A的IN1-IN4，其输出引脚OUT1-OUT4分别接步进电机的四根相线，为了直观的观察各相导通状态，每相分别加了一个1K的限流电阻与发光二极管。

4 系统调试

按设计的机械结构，将焊接板、舵机、步进电机、模拟靶面、导轨滑块和底座等组装起来，按照系统的电路原理、电路图，利用STC-ISP软件完成程序的烧录工作，将系统所需的C语言程序烧录到STC89C52单片机当中。当按下红外遥控器数字1按键时，步进电机正转5圈后停止，按下红外遥控器数字2按键时，步进电机反转5圈后停止，按下红外遥控器数字3按键时，舵机归位至最右边，按下红外遥控器数字4按键时，舵机反转至最左边，按下红外遥控器数字5按键时，舵机正转至最右边。为了更好的模拟真实环境，当按下红外遥控器数字1或2按键时，步进电机运转模拟被劫持移动，同时舵机微弱摆动模拟劫持者，当按下红外遥控器数字3或者4或者5按键时，舵机运转而步进电机不工作，模拟被劫持者不动而劫持者动作的情况，通过测试，发现系统运转良好，达到了设计目的。

参考文献：

[1] 谭浩强.单片机课程设计[M].北京：清华大学出版社，1989.

[2] 熊超美.步进电机的单片机控制硬件系统设计[J].湖南有色金属，2011：61-64.

[3] 马永利，王培勇.基于二维PSD的单目标靶模拟射击训练系统[J].传感技术学报，2004：498-500.endprint