周 銳， 周 健

（1. 中北大學 信息與通信工程學院, 太原 030051； 2.國營781廠, 蘭州 730000）

0 引言

在我國部隊中，戰(zhàn)士在進行射擊打靶訓練時，現(xiàn)在一般仍采取傳統(tǒng)的實彈射擊訓練方法，激光模擬訓練器材還沒有裝備使用，實彈射擊訓練不僅浪費彈藥，而且危險性高，組織實施比較困難。用激光射擊系統(tǒng)模擬實彈射擊，節(jié)省了彈藥的同時又能提高訓練的安全性并獲得實彈射擊同樣的效果，大大提高戰(zhàn)士們的實際水平。利用含有激光技術、單片機技術、傳感器和微電子技術的模擬射擊訓練系統(tǒng)設計和實現(xiàn)，對國防建設現(xiàn)代化，軍事訓練智能化、提高部隊整體素質，以及節(jié)約國防開支都具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設計

為了提高系統(tǒng)在通信過程中的性能，本系統(tǒng)在設計時采用RS485總線進行串行數(shù)據(jù)的通信。系統(tǒng)中計算機通過調用串口控件與外部的RS232C進行通信，RS232C與RS485總線標準間的轉換通過RS232/RS485轉換器來實現(xiàn)。各單片機與RS485總線的連接通過SN75176芯片來實現(xiàn)。

本系統(tǒng)的設計容量為12個終端和一臺控制器(計算機)，2者都與RS485總線進行連接通信，根據(jù)系統(tǒng)設計的具體要求，其總體設計框圖如圖1所示。

圖1 多路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)總體結構設計

2 系統(tǒng)硬件和軟件設計

2.1 RS485總線電路設計

RS485是一種多發(fā)送器的電路標準，電路結構是在平衡連接電纜兩端由終端電阻，在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器。在一般的RS485總線多機串行通信系統(tǒng)設計中，均采用主從式結構。圖2所示為采用SN75176芯片和RS485總線構成的單片機間多機通信的原理圖。

圖2 采用RS485構成的多單片機通信原理圖

如圖2所示，在總線末端需要接一個匹配電阻，來吸收總線上的反射信號，保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應該與總線的特性阻抗相當。

2.2 微機的串行通信協(xié)議設計

要保證通信的可靠性，必須有嚴格的通信協(xié)議。下面是本設計中涉及到的最基本的幾條協(xié)議:

(1)系統(tǒng)中從機容量最多可為255臺，分別設置其地址為00H～FEH；

(2)地址FFH是對所有從機都起作用的一條控制命令，命令各個從機可以恢復SM2=1時的狀態(tài)；

(3)數(shù)據(jù)塊的長度設為16個字節(jié)；

(4)主從機間的聯(lián)絡過程為:主機首先發(fā)送地址，被尋址從機返回本機地址給主機，如果判斷其地址相符后，主機給其發(fā)送控制命令，該從機根據(jù)主機的命令回送主機本機的狀態(tài)，如果主機判斷狀態(tài)正常，則開始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，其第一個字節(jié)是數(shù)據(jù)塊的長度；

(5)設定主機發(fā)送的控制命令代碼為:

00:要求從機接收數(shù)據(jù)塊；

01:要求從機發(fā)送數(shù)據(jù)塊；

(6)從機狀態(tài)字的基本格式為：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ERR 0 0 0 0 0 TRDY RRDY

ERR=1，從機接收到非法命令；

TRDY=1，從機發(fā)送準備就緒；

RRDY=1，從機接收準備就緒。

本系統(tǒng)采用的標準是異步串行通信模式，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式設置為11位，即:1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位校驗位、1位停止位。

通信協(xié)議包括3種幀格式:呼叫幀、應答幀和數(shù)據(jù)幀。

呼叫幀是由上位機發(fā)出的，它的格式為起始字符、下位機地址和異或校驗位。依據(jù)其功能細分為呼叫幀1和呼叫幀2，呼叫幀1用來輪詢各臺下位機的狀態(tài)；呼叫幀2則用來關閉輪詢，而只與一臺下位機進行通信，接下來上位機開始與某一臺下位機通過數(shù)據(jù)幀進行一對一的大量數(shù)據(jù)通信。

應答幀只能由下位機發(fā)出。當下位機收到呼叫幀后，把本機地址和當前狀態(tài)回發(fā)給上位機。

上下位機都能發(fā)出數(shù)據(jù)幀，這是上下位機間進行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖袷健Ｔ诎l(fā)數(shù)據(jù)幀前，上位機通過呼叫幀2與某一臺下位機形成一對一的連接。

2.3 通信功能實現(xiàn)的軟件設計

控制AT89S52單片機串行口的控制寄存器共有2個：特殊功能寄存器SCON和PCON，分別用于設定4種不同的通信方式及定義波特率。它的串行口工作方式3是可變波特率的9位數(shù)據(jù)異步通信方式，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為11位:1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位、l位附加的校驗位和1位停止位(1)。其中附加的第9位數(shù)據(jù)是可編程的，利用這一可控的第9位數(shù)據(jù)，同時設置好傳輸波特率和數(shù)據(jù)傳輸格式就可以實現(xiàn)多機通信。主機與從機的通信程序流程框圖如圖3所示。其中：左圖為發(fā)送流程圖；右圖為接收流程圖。

圖3 通信程序設計流程圖

2.4 Visual C++編程實現(xiàn)串口通信

本系統(tǒng)使用Visual C++中的MScomm控件實現(xiàn)串口通信功能。MScomm是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。

(1)在建立的Project中添加了類CMSComm，打開“Project->Add to Project ->Components->and Controls-> Registered ActiveX Controls”菜單選擇Components: Microsoft Communi -cations Control version 6.0；(2)在對話框上添加MSComm控件及其ID的控制變量；(3)對串口進行初始化，設置MSComm控件的屬性；(4)添加串口事件的消息處理函數(shù)OnComm()函數(shù)，在函數(shù)中編寫數(shù)據(jù)處理代碼；(5)編寫串口發(fā)送等其它代碼；(6)關閉串口。

3 系統(tǒng)測試與結論

圖4是用Microsoft Visual Studio 2008編寫測測試程序，從圖中可以看出，系統(tǒng)達到了設計目標，基本實現(xiàn)了激光打靶數(shù)據(jù)通信的功能。后續(xù)的工作還要完善計算機上位機程序，完成激光打靶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的建立。

圖4 測試程序顯示結果

本文所述的激光打靶多路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)滿足了我軍部隊射擊模擬訓練的需要。體積小，經(jīng)濟實用，完全擺脫了其他電子訓練設備臃腫的外貌。操作方便，維護簡單，提高了部隊進行群體射擊訓練的效率。解決了激光打靶系統(tǒng)的連網(wǎng)問題，滿足了部隊群體訓練的需要。

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