葛運(yùn)龍

摘 要 水彈槍射出的水彈在20米距離內(nèi)有著類似于實(shí)彈飛行的彈道，能夠較好的用于以室內(nèi)近距離作戰(zhàn)為主的CQB（CLOSE QUARTER BATTLE，室內(nèi)近距離戰(zhàn)斗）模擬訓(xùn)練中。因此，本設(shè)計結(jié)合上述兩種射擊介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計了一款能夠感應(yīng)以水彈為射擊介質(zhì)的人體靶，能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)、計算、反饋等功能，使CQB訓(xùn)練更加貼近實(shí)戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞 水彈槍 CQB 模擬訓(xùn)練

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在以往的軍警演習(xí)演練中，以激光為介質(zhì)的“槍-靶”仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，作用距離遠(yuǎn)，指向性優(yōu)良，延時低，是這類系統(tǒng)的優(yōu)勢。適合進(jìn)行中遠(yuǎn)距離上的模擬對抗訓(xùn)練。當(dāng)前軍警遂行多樣化任務(wù)，作戰(zhàn)方式種類復(fù)雜多樣化，包括解救人質(zhì)，反恐作戰(zhàn)、巷戰(zhàn)等近距離戰(zhàn)斗。在這類訓(xùn)練中采用激光類仿真對抗系統(tǒng)會將激光的一些固有缺點(diǎn)放大，如無法明確彈著點(diǎn)，不能模擬真實(shí)彈道等。

本設(shè)計針對激光模擬仿真對抗系統(tǒng)在CQB環(huán)境下所暴露出來的問題：如激光瞄準(zhǔn)-發(fā)射系統(tǒng)基線高、無法精確模擬彈著點(diǎn)、空包彈有較大的安全隱患、整套系統(tǒng)體積大等，設(shè)計了以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，集成單片機(jī)工作電路、壓力傳感模塊、LM393比較器模塊、無線收發(fā)模塊、LED模塊、煙霧發(fā)生模塊以及供電電路等，的CQB模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)。

主要模塊功能介紹：

（1）STC12C5A60S2單片機(jī)用于接收判斷壓力傳感模塊信號、生命值計算、控制外圍電路等;

（2）壓力傳感模塊用于將水彈擊中時的壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的阻值，同時避免部分誤觸;

（3）無線收發(fā)模塊用于單片機(jī)與各感應(yīng)點(diǎn)、水彈槍等模塊/設(shè)備的通信;

（4）LED模塊用于概略顯示當(dāng)前生命值。滿血狀態(tài)時全亮，“死亡”時全滅;

（5）煙霧發(fā)生模塊在“死亡”狀態(tài)時進(jìn)行煙霧提示。

通過以上功能的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建一款能感應(yīng)水彈，判定受傷情況的水彈感應(yīng)靶，克服激光模擬系統(tǒng)在CQB中的缺點(diǎn)，對軍警進(jìn)行CQB訓(xùn)練具有極高的使用價值。

系統(tǒng)硬件設(shè)計：系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計是系統(tǒng)方案實(shí)施的第一步，本章通過對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，完成對單片機(jī)資源的分配，如I/O口的分配，進(jìn)一步對系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行驗(yàn)證與完善。整體電路如圖1所示。

1單片機(jī)系統(tǒng)

在本設(shè)計中選用宏晶公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2單片機(jī)做為系統(tǒng)的控制核心，該芯片在工作時需要輔以復(fù)位電路和基準(zhǔn)時鐘電路組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。

2血量顯示設(shè)計

2.1 10段4色LED光條簡介

在本設(shè)計中選用10段4色LED光條作為感應(yīng)靶血量的顯示設(shè)備。LED管條是一種常見的發(fā)光元件，具有壽命長、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。設(shè)計中采用的LED光條模塊是將10個4種顏色的LED光條封裝在一起，20個引腳全部外露可以靈活選擇共陰極或共陽極接法。

2.2血量顯示模塊電路設(shè)計

在本設(shè)計中選用共陽極接法，負(fù)極串聯(lián)一個1K 的分壓電阻后接入單片機(jī)對應(yīng)I/O口。其中D17、D18號LED分別對應(yīng)P24、P25口，D19-D26接入相應(yīng)的P0口。

3煙霧發(fā)生模塊電路設(shè)計

本設(shè)計中設(shè)置煙霧發(fā)生模塊用于在感應(yīng)靶“血量”為0時的報警。由于煙霧發(fā)生模塊所需驅(qū)功率較大，因此采用了8550“PNP”型三極管作為“開關(guān)”來控制煙霧發(fā)生。

單片機(jī)通過P23口串聯(lián)1k 的限流電阻后接入PNP型三極管的基極。P23口通常處于高電平，此時三級管處于開路狀態(tài)，煙霧發(fā)生器不工作。當(dāng)P23口處于低電平時，三極管導(dǎo)通，發(fā)煙器點(diǎn)火發(fā)煙。

4蜂鳴器報警電路設(shè)計

驅(qū)動蜂鳴器所需電流超出單片機(jī)I/O口所能提供的最大電流，因此在蜂鳴器報警電路的設(shè)計上選擇了與煙霧發(fā)生模塊一樣的電路設(shè)計，即通過I/O口控制三極管處于飽和或截止?fàn)顟B(tài)從而控制有源蜂鳴器的開關(guān)。

5壓力傳感器設(shè)計

5.1壓電薄膜電路設(shè)計

在本設(shè)計中，使用壓電薄膜將水彈擊中時的動能按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電阻值，再由轉(zhuǎn)換電路將連續(xù)變化的阻值轉(zhuǎn)換為高低電平。轉(zhuǎn)換電路由LM393雙電壓比較器集成電路、可調(diào)電阻、固定阻值電阻構(gòu)成。

6電源供電電路設(shè)計

本設(shè)計中，供電電源為12V聚合物鋰電池，容量為2000mA·h。整個電路系統(tǒng)由5V電源供電。因此需要電源轉(zhuǎn)換電路將12V電壓降至5V。

參考文獻(xiàn)

[1] 余劍.基于CMOS圖像傳感器的激光射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2005.

[2] 戴洋洋.模擬激光射擊系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2016.

[3] 齊慶超.基于GPS和GIS的激光射擊模擬訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].天津：天津理工大學(xué)，2017.

[4] 馬聰.基于CPLD的紅外激光模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].天津：天津理工大學(xué)，2016.