基于STC12C5A60S2单片机的水弹感应靶

刘庭君 马良 杨悟宇 葛运龙

摘要：传统的激光交战训练模拟系统不能很好的模拟近距离实战。在近距离射击过程中，水弹枪与实弹枪的弹道、弹着点高度相似，但在实际应用中却没有一种合适的接收感应设备。本文设计了一种能够感应水弹的水弹感应靶，完善了水弹枪对抗系统，扩展了水弹枪的应用范围。

关键词：水弹枪;STC12C5A60S2单片机;水弹感应靶

军事训练中，以激光为介质的交战训练模拟系统被广泛应用，这种系统具有作用距离远，指向性优良，延时低的特点，适合应用于中远距离，较大规模的演习演练中。然而在实际使用过程中，此类系统的优势并不能较好地应用于以CQB一类近距离交战为主的战斗训练中。如无法明确弹着点，不能模拟真实弹道等。随着水弹枪在全世界范围内的兴起，其安全、价格低廉、能够射出物理子弹的特点，使之成为军警在CQB训练中理想的选择。

本文应用STC12C5A60S2单片机、压电薄膜、无线通信等技术提出了一款能够感应水弹枪射出水弹，并识别命中部位，进而计算相应伤害的水弹感应靶，能够模拟实战中可能出现的中弹情形，为CQB训练中击毙、击伤目标提供了判断结果，可为军警演练演习和临战训练效果提供借鉴。

一、系统结构

通过对水弹感应靶所需要实现的具体功能及要达到的效果进行分析，并选择相应的元器件以达到预期目的。

1.单片机的选择

本文所设计的水弹感应靶需要实现水弹感应、生命值计算、生命值显示、“死亡”报警等功能，需要应用22个I/O口，一个外部中断。经综合考虑最终选用宏晶公司生产的STC12C5A60S2单片机作为控制核心。该单片机具有高速、低功耗、等特点，指令代码完全兼容传统51单片机，具有较好的扩展性和适应性，能够较好的满足本设计的需求。

2.生命值显示模块的选择

生命值显示模块选用型号为KYX-B10BGYR的10段4色LED光条，原因如下：

从显示效果来看，在高强度、高节奏的CQB战斗中简单几何图案加颜色的显示模式比文字更容易使人获得其中的信息，10段4色LED光条通过长短和颜色变化向使用者直观的显示血量占比和所在区间;从战术要求来看，“血量”不宜过于精确，10段4色LED光条的显示模式能够为使用者显示一个大致的状态范围，便于使用者根据自身受伤情况制定下步行动;从控制角度来看，10段4色LED光条控制灵活，可以采用10个I/O口分别控制或通过译码器减少所需I/O口数，同时可以将10个LED按需分为几组分别控制;从编程角度来看;10段4色LED光条占用单片机资源低，只需在血量变化时同时刷新即可。

3.水弹感应模块的选择

通过水弹在有效距离内击中人体仍有相当动能这一特性，本设计决定以压力传感为主，无线通信确认排除干扰信号为辅的方案。

在目前常见的几种压力传感器中，通过结合设计需求最终选用了半导体压电阻抗扩散压力传感器。半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）技术的发展，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高，较好的满足了本设计的需求。

二、硬件设计

系统硬件电路的设计是系统方案实施的第一步，通过对系统硬件电路设计，完成对单片机资源的分配，如I/O口的分配，进一步对系统的设计方案进行验证与完善。

1.单片机最小系统设计

单片机最小系统是满足单片机正常运行的最简电路，本设计中采用5V电源供电。在单片机的XTAL1、XTAL2引脚之间并接一个11.0592MHz的石英晶和2个30pF的陶瓷电容构成一个晶振电路。所采用的STC12C5A60S2单片机内部集成MAX810复位电路，因此不再构建外围复位电路。

2.烟雾报警模块设计

本设计中设置烟雾发生模块用于在感应靶“血量”为0时的报警。由于烟雾发生模块所需驱功率较大，因此采用了8550“PNP”型三极管作为“开关”来控制烟雾发生。单片机通过P23口串联的限流电阻后接入PNP型三极管的基极。P23口通常处于高电平，此时三级管处于开路状态，烟雾发生器不工作。当P2.3口处于低电平时，三极管导通，发烟器点火发烟。

3.压力传感器设计

在本设计中，使用压电薄膜将水弹击中时的动能按一定规律转换为电阻值，再由转换电路将连续变化的阻值转换为高低电平。转换电路由LM393双电压比较器集成電路、可调电阻、固定阻值电阻构成。当水弹击中压电薄膜时，压电薄膜阻值从无穷大迅速变为数百欧姆，使电压比较器同向输入端电压高于反向输入端，比较器产生一个较高的电平并输出给无线通信模块。

系统电路如如下：

结语

本文设计了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的水弹感应靶。目的在于解决在以往的训练和模拟战斗过程中，使用水弹枪作为训练枪支时“命中情况靠自觉”的窘迫境地，为军警的近距离战斗训练、民用真人CS对抗等提供了更加优化的器材选项。

参考文献

[1] 陈桂友. 增强型8051单片机实用开发技术[M].北京航空航天大学出版社，2016.

[2]林立.单片机原理及应用—基于Proteus和Keil C[M].电子工业出版社，2014.

[3]渠云田. 电工电子技术[M].高等教育出版社，2013.

（作者单位：武警警官学院）