激光打靶系统的设计

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激光枪自动射击装置

激光枪自动射击装置（E题）摘要：本设计采用FPGA和STM32单片机作为控制处理核心单元。

FPGA采用SOPC技术，控制COMS数字摄像头OV7620对图像进行捕获、处理，识别激光枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，并在液晶屏上显示胸环靶的相应图形和弹着点的环数与方位信息。

STM32通过无线模块接收弹着点准确信息，控制舵机旋转，从而控制激光枪的精准瞄准。

本系统具有人机交换界面，各参数及测试模式可由键盘输入并显示，智能性好，反应速度快，完成了题目的所有基本指标及全部发挥部分要求。

关键词：FPGA；SOPC；摄像头；打靶一、系统方案1.1整体方案描述本系统以FPGA和STM32单片机为核心实现了环数及方位识别、无线传输、液晶显示、模式设定及激光枪精确打靶等功能。

FPGA采用SOPC技术，驱动COMS 数字摄像头OV7620捕获图像，获取图像数据，利用二值化、边缘检测等图像处理算法，识别激光枪投射在胸环靶上的弹着点光斑，获取弹着点的环数与方位信息，并将信息通过NRF24L01无线模块传输给STM32单片机进行相应的处理。

STM32单片机通过NRF24L01无线模块接收弹着点准确信息，并在液晶上显示出来。

此外，STM32单片机通过控制舵机旋转，驱动激光枪精准瞄准，实现从胸环靶上的指定位置迅速瞄准并击中靶心的功能，以及可通过键盘设定环数，控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应位置。

本系统总体结构框图如图1所示。

1.2方案比较与选择1.1.1摄像头方案一：采用CCD摄像头。

CCD摄像头具有分辨率高、接线简单等优点。

但由于其输出是模拟信号，后级还需加上解码芯片，结构复杂，且处理困难。

方案二：采用CMOS数字摄像头。

CMOS数字摄像头具有体积小，工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能等优点。

综合上述比较，考虑到本设计采用FPGA处理，而CMOS摄像头输出是数字信号，可直接由FPGA处理，非常方便，故选择方案二。

激光打靶游戏机讲解

激光打靶游戏机讲解激光打靶游戏机激光打靶游戏机类型：电子综合本例介绍用常用的元器件来制作激光武器，而且用它来进行射击游戏。

工作原理射击游戏机由激光玩具手枪和光电靶机构成。

图(a) 是装在玩具手枪中的激光发射电路。

用手扣动扳机SB时，其动断触点断开，动合触点闭合。

电流经过电阻R 和激光二极管 VD对电容 C 进行刹时充电，激光二极管VD发出红色的激光束。

当射击完成后，动合触点断开，动断触点闭合，电容 C 通过动断触点放电，为下次射击做准备。

图（ b) 是光电靶机电路图。

IC 1 是 4一2 输入端与非门数字集成电路 CD4011，此中 D1和 D2构成一个低频多谐振荡器，D3和D4构成另一个低频振荡器。

合上开关S，当激光玩具枪击中靶机时，光敏电阻 R2 的电阻变小，三极管 VT导通， D1的一个输人端由低电平变成高电平。

同时，电源电流经过三极管 VT 对电容 C1 充电。

电路开始振荡，由 D2 输出方波信号加到 IC2 数字集成电路 CD4017的 CP端，使输出端 YO一 Y3 挨次输出高电平。

当输出端 Y4 为高电平常，高电平经过二极管VD1加到 R 端使之清零，又使 YO为高电平。

这样循环，就使得装在靶机面板上的 4 只发光管 VD2一 VD5 挨次发光，形成缓慢变化的光环。

同时，当D2输出高电平常， D3和 D4构成的振荡器振荡使压电片 B 发出“嘟、嘟”的声音。

直到电容C1 的电放完，使D1的一个输人端为低电平， Dl 和 D2构成的振荡器停止振荡为止。

元器件选择IC1 用 4 一 2 输入与非门 CD4011。

IC2 用十进制计数分频器 CD4017. 三极管 VT 采纳 9015 型硅 PNP小功率三极管，要求电流放大系数β＞150。

发光管 VD2一VD5用Φ 3mm红色发光二极管。

光敏电阻R2用MG41一22型等，要求亮阻＜3 kΩ．暗阻＞ 1MΩ. 激光笔采纳市售塑料外壳玩具激光笔。

激光打靶课程设计

激光打靶课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解激光的基本概念，掌握激光产生的原理。

2. 学生能够了解激光在科技领域的应用，特别是激光打靶技术。

3. 学生能够掌握激光打靶的基本操作步骤和安全知识。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立完成激光打靶的实验操作。

2. 学生能够通过实验观察和分析激光打靶的效果，提出改进措施。

3. 学生能够运用科学方法，对激光打靶实验数据进行处理和分析。

情感态度价值观目标：1. 学生对科学实验产生浓厚的兴趣，培养探究精神和创新意识。

2. 学生能够认识到激光技术在科技发展中的重要作用，增强国家荣誉感。

3. 学生在实验过程中，学会团队合作，培养责任感和集体荣誉感。

课程性质：本课程为科学实验课程，结合物理知识，注重实践操作和科学探究。

学生特点：六年级学生具备一定的物理知识基础，好奇心强，善于观察和思考，喜欢动手操作。

教学要求：教师应引导学生主动参与实验，关注实验现象，培养学生的科学思维和动手能力。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的综合素养。

通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为后续科学学习打下坚实基础。

二、教学内容1. 激光基本概念：激光的定义、特点、产生原理。

教材章节：第三章第二节《光现象》。

2. 激光应用介绍：激光在科技、医疗、军事等领域的应用。

教材章节：第三章第三节《光的应用》。

3. 激光打靶原理：激光打靶的基本原理、操作步骤、安全知识。

教材章节：第三章实验《激光打靶》。

4. 实验操作技巧：实验器材的使用、实验数据的收集与处理。

教材章节：第三章实验《激光打靶》。

5. 激光打靶实验：分组进行实验，观察激光打靶效果，分析影响激光打靶效果的因素。

教材章节：第三章实验《激光打靶》。

6. 实验结果讨论：针对实验结果，引导学生探讨如何优化激光打靶效果。

教材章节：第三章实验《激光打靶》。

教学内容安排和进度：第一课时：激光基本概念、应用介绍。

第二课时：激光打靶原理、实验操作技巧。

激光枪自动射击报靶装置

电
子
测
试
激光枪自动射击报靶装置
陈启昂潘瑶麟楼奇力
（中国计量学院现代科技学院３１００１８）
摘要：本文设计的是一个自动射击报靶装置，主要由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着点检测电路这几个部分构成。整个系统是以Ｋ６０单片机为控制核心，通过摄像头，对胸环靶进行图像采集、处理，反馈给单片机，判断出弹着点所在位置，并且能通过
ｒｏｕｎｄｔａｒｇｅｔｇｒａｐｈｉｃｓ，ａｎｄｆｌａｓｈｄｉｓｐｌａｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆｌａｓｅｒｇｕｎｓ，ｔｈｅｌａｓｅｒｂｅａｍｓｐｏｔｉｎ１５ｓｅｃｏｎｄｓｆｒｏｍｔｈｅｒａｐｉｄａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｅｄｌｏｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｈｅｓｔｒｏｕｎｄｔａｒｇｅｔａｎｄｈｉｔｔｈｅｂｕｌ１ ’Ｓ —
Ｇｕｎａｎｄａｉｍｉｎｇ，ｃｈｅｓｔｒｏｕｎｄｔａｒｇｅｔ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｔｈａｔｓｏｍｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｅｎｔｉｒｅｓｙｓｔｅｍｉｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｋ６０ｍｉｃｒｏｃＯｎｔｒｏｌ１ｅｒｃｏｒｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃａｍｅｒａ，ｏｎｔｈｅｃｈｅｓｔｒｏｕｎｄｔａｒｇｅｔｆｏｒｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｆｅｅｄｂａｃｋｔｏｔｈｅＳＣＭ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｗｈｅｒｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｃａｎｕｓｅｔｈｅｋｅｙｂｏａｒｄｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｗａｖｅｐｗｍｓｅｒｖｏｍｏｔｏｒｔｕｒｎｓｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｎｇｌｅ，ｔｈｕｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｌａｓｅｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｂａｓｉｃ

2012电子设计大赛设计报告(激光打靶)

1 系统方案设计及论证1.1 系统结构分析通过对本次设计要求的具体分析和实验验证，确定了系统结构如图1所示。

本系统拥有两个微处理器，STM32F4用于处理摄像头采集回来的胸环靶上的光斑图片，得到位置信息；MSP430F149用于控制两个步进电机带动激光头做二维运动。

摄像头受STM32F4控制用来检测激光点的位置，TFT 及12864上同步显示激光点信息，步进电机受MSP430F149控制带动激光头对胸环靶进行射击，进而完成题目要求的动作。

按键模块及显示器实现人机交互功能，根据人为的模式选择让激光头进行不同的射击。

MSP430F149STM32键盘摄像头LM780512V 锂电池步进电机TB6560驱动器显示器激光头图1 系统框图1.2 方案比较选择1.2.1 电源模块方案一：采用开关型降压稳压器LM2576。

LM2576最大输出电流3A ，内部含有频率补偿和一个固定频率的振荡器，所需外围器件极少，效率高，纹波较小。

方案二：采用三端线性稳压集成电路LM7805。

LM7805集成稳压电源芯片所需的外围元件极少，线性稳压度好，芯片内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，用它给控制系统供电足以满足需求。

方案三：采用三段线性稳压器LM2940。

LM2940为低压差稳压器件，输入电压范围宽泛，输出电流能达到1.25A，稳压性好，但是相比于其他稳压器件，价格较贵。

电源模块作为控制器的供电单元，它的好坏直接关系到系统的稳定性，根据供电的电流需求以及成本考虑综，本次设计选择相对价格较低的方案一和方案二分别给STM32F4和MSP430F149供电。

1.2.2 电机选择方案一:两个伺服电机。

伺服电机自带高精度编码器，便于进行速度的闭环控制，驱动能力强，机械性能也好。

在实验中发现，虽然进行了闭环控制，控制也很平缓，但是打靶的精度也只能基本达到要求。

方案二：两个步进电机。

步进电机具有快速启动能力，转换精度高，正反转控制灵活，可以轻松达到通过脉冲进行控制。

基于帧同步技术的激光打靶控制系统设计

基于帧同步技术的激光打靶控制系统设计作者：王宏松李杰来源：《电子技术与软件工程》2016年第16期摘要系统通过图像帧同步技术将红外激光的打靶图像分别标识并实时处理，实现了一种支持多个红外激光同时打靶的控制系统。

激光枪在扣动扳机的情况下，利用射频通信同步控制红外激光的发射与停止，在射击目标上形成分时的激光打靶图像。

通过高速数字相机采集，利用Field-Programmable Gate Array（FPGA）实时处理的特点，对每一帧有效图像进行同步标识，并通过图像处理技术识别出每一个激光枪对应的打靶射击结果。

实践结果表明，该系统能在无线环境下实现多个红外激光同时打靶射击，能适应多人同时的机动射击训练或实景射击游戏场景。

【关键词】红外激光帧同步 FPGA 射频通信图像处理随着激光模拟射击技术的成熟与发展，越来越多的射击游戏场合应用了基于激光的射击打靶系统，如第一人称射击游戏、数字实景游戏等。

在现有的激光打靶系统中，识别弹着点的方法通常是：（1）使用光电二极管阵列接收激光信号从而生成坐标；（2）使用硅光电池做成激光探测器阵列；（3）使用光学摄像机拍摄靶面图像。

为了实现多个红外激光同时打靶的控制系统，本文采用图像帧同步技术分别标识红外激光打靶图像。

当扣动激光枪之后，红外激光的发射与停止采用射频通信同步控制，之后在屏幕中射击目标上形成分时的打靶图像。

系统采用高速数字摄像机采集图像，利用FPGA 对每一帧有效图像同步标识，并识别出每一个激光枪对应的打靶结果。

多次实验结果表明，该系统能够实现多个红外激光同时打靶的功能。

1 帧同步控制原理帧同步控制是以FPGA 为核心，同时连接高速数字相机与红外激光发射模块。

具体原理如下：（1）当高速数字相机产生帧同步信号时，FPGA采集该信号并对其进行同步。

（2）FPGA通过射频信号实时控制红外激光发射模块，允许或禁止其发射红外激光；当在允许发射红外激光的情况下，扣动扳机则可发射出激光。

激光枪自动射击打靶装置

激光枪自动射击打靶装置摘要：系统以MSP430和STM32为控制核心。

MSP430控制两个步进电机42BYGHM604在不同的两个坐标轴上转动以带动激光枪左右和上下移动，从而准确实现激光枪的瞄准和打靶。

STM32对摄像头模块OV7670传输的图像信息进行采集、分析处理，然后在彩屏显示器ILI9325LCD上显示胸环靶的相应图形，并闪烁显示弹着点；另外，STM32通过无线通信模块nRf24L01将信息发送至单片机MSP430，单片机进行分析、处理并在12864点阵液晶显示模块上显示弹着点环数及方位信息，同时由语音模块WTV020对环数进行播报。

经调试，该系统较好的实现了基础部分要求的各项功能及发挥部分要求的第一项功能，基本完成了发挥部分要求的第二项、第三项功能。

另外系统采用语音播报弹着点环数，清晰明了，具有一定的创新性。

关键词：MSP430 STM32 步进电机摄像头彩屏显示器液晶显示器1 系统方案论证1.1激光枪自动控制方案论证方案一：舵机带动激光笔瞄准。

利用两个舵机，在一个舵机的轴上固定另一个舵机，采用PWM波直接调节两个舵机的偏移角度，从而实现双轴瞄准。

但是，对于测控系统而言，5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，因此要达到精度要求有一定难度。

方案二：直流电机带动激光笔瞄准利用两个直流电机，采用全桥PWM控制直流电机正、反转，从而达到动态瞄准。

但该方案有许多不足之处，直流电机不易受单片机控制，旋转角度无法由程序有效控制且精度不高，对于固定角度旋转比较困难。

方案三：步进电机带动激光笔瞄准给步进电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域采用步进电机控制变的非常的简单，且定位精确，稳定，可靠。

采用双桥电机驱动芯片L298N可实现瞄准机构旋转角度的精确控制。

经试验比较，我们采用第三种方案。

1.2 控制方案论证根据控制对象的特点，比较PID控制、模糊控制和模糊PID控制这三种控制策略发现，常规PID(比例，积分，微分)控制具有简单、稳定性好、可靠性高的特点，但是，常规的PID控制存在一些问题。

模拟实弹激光打靶系统的研究与设计

1.4 本章小结
本章主要叙述了课题的来源和研究目的，简单概括了激光模拟训练发展历史及国内外的发展现状，并在此基础上提出了本课题的主要研究内容。
3
河北大学工学硕士论文
第 2 章激光模拟打靶系统的基本原理
2.1 光电系统
激光训练打靶器就是一个光电系统它涉及了光学、电子学、通信等多方面知识。光电系统实际上就是利用光来传载信号的系统，将其它的一些信号加载在光信号当中，经过光信号的传输到达接收端[6]。在接收端利用传感器将光信号进行转换，将光信号转化成电信号然后将电信号进行处理将有用的信息提取出来从而实现信息的传输。光电系统主要分为两种类型，一种是被动光电系统，另一种是主动光电系统。
Key words laser targeting wireless communication database single-chimicrocomputer VC++
II
第 1 章绪论
第 1 章绪论
1.1 课题背景及意义
随着部队信息化建设的加强，科技强兵以深入到部队生活的方方面面。为了适应新的形势和任务需要，部队的日常训练也需要一些改变。其中射击训练是部队训练中非常基本也是非常重要的一个环节，因此寻找一种高效的训练方法是很重要的。目前在我国的打靶训练中都采用非常传统的方法。实弹射击训练不但浪费弹药，而且危险性高，组织和实施比较繁琐，在管理上也有一定的难度。用激光模拟实弹射击，不仅节省了训练的费用，提高了训练的效率。而且保证了训练的安全性。另外利用激光可以很好的解决射击场地保障困难，阴雨天难以展开射击训练以及射击成绩报靶问题。
在我国部队中射击训练仍然采用实弹射击的方法，实弹射击不但浪费弹药而且需要人员去保障才能确保打靶时的安全。在部队一般的单位实弹射击训练一年只有几次，使士兵对射击技能的掌握和提高受到了很大的制约。而且实弹射击组织起来比较繁琐，实施起来也存在着一定的困难。采用激光模拟训练器来模拟枪械的实弹射击就能很好的解决这些问题，既能完成实弹打靶训练的需要又能提高训练时的安全性，保障和实施起来也比较容易。此外用激光模拟训练器还能解决因天气的恶劣使打靶射击难以开展实施的问题，使射击训练更加简洁方便[5]。另外，激光模拟射击训练系统中包含有单片机技术、无线通信技术、传感器技术、数据库技术通过对这些技术的掌握可以提高部队基层官兵的科学技术水平提高部队的整体素质。科技强军，以人为本，激光模拟训练器有利于提高部队整体素质，有利于实现军事发展的现代化和智能化。在上世纪国内也有一些人进行了激光模拟射击训练这方面的研究也取得了一定的成果，特别是对步枪射击的研究。但这些研究要么靶面的光电探测器太多造价高不能满足训练的实际训练，要么就是精度低不能满足真实的射击要求。因此这些研究在我们部队中，还未得到正式的推广。

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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。

以光代弹，可以模拟多种武器的射击情况，并可检验射击效果。

这种新型的部队训练模拟器材是部队训练器材的一次革命，是和平时期部队训练的有效手段之一。

一些发达国家，如美国、英国、德国等都在积极进行激光射击模拟训练器材的研制，并已开发出多种系列产品，其中最突出的是美国的“米勒斯”系列，它可模拟36种武器，性能好、准确而且逼真，大大推动了部队的训练工作。

八十年代以来，我国也有单位在进行激光模拟训练器的研究和探索，将激光射击模拟器用于部队训练，取得了很好的训练效果，提高了部队的战斗力。

但在可靠性和数据处理等方面尚有许多技术问题有待改进，主要是以下几点：激光光斑太大，与实际步枪子弹口径7.62mm相差太多；探测器数量少会导致设计精度不高；探测器数量多会使得价格昂贵，无法推广；只能粗略指示命中与否，不能准确显示命中靶环环数和方位。

因此，我们拟从这些方向作进一步的研究探索。

本设计采用半导体激光器和半导体面阵列探测器来模拟子弹射击和射击靶标，具有模拟逼真，精度高等特点。

主要从信号处理部分来设计实现激光打靶系统，每次射击能精确的显示5－10环的结果及脱靶情况，每个环数又可分为八个偏移方向。

该系统简单实用，既能保证训练的质量又能减少弹药的消耗，是理想的公安、军队等部门训练使用的模拟打靶系统。

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10 mv（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。

上右上右右下下左下左左上10环389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 －3.4 成绩的传送和处理信号经编码后发送到计算机，由计算机进行译码，在计算机上模拟显示出射击位置，对一组结果进行统计（包括环数和方向偏移），并进行储存。

3.5 其他说明系统分为硬件部分和软件部分。

本论文主要设计制作硬件部分以及与微机的通讯的2051单片机程序。

微机软件部分，包括数据的处理和显示等有另外一名毕业设计同学实现。

4 硬件设计4.1 信号放大电路在光电探测系统中，探测器输出的电信号非常微弱，一般为毫伏级。

为记录每一次打靶的结果，信号放大与处理电路是打靶系统中不可或缺的。

在探测器上直接进行信号处理十分困难，一种常用的解决办法是在探测器后接前置放大器，用来放大探测器的输出信号，然后成功地传输到信号处理系统的有关电路部分。

前置放大器的设计要求是低噪声，高增益，低输出阻抗，大的动态范围，和较好的抗噪声能力。

在激光打靶系统中，对光电池产生的脉冲信号的具体大小值要求不高，只需检测出有效的脉冲信号，因此可选用集成运放来组成运算放大电路。

通过测试，得到光电探测器对的激光脉冲的响应幅度典型值约为5mv ，若激光击中在两块或多块探测器边界处，则任何一块光电探测器的响应幅度会减少，因此所检测的脉冲幅度范围大约是3～5mv 。

为使每块光电探测器均能检测出信号，使之达到TTL 电平要求，实现信号检测，必须对信号放大约1000倍。

单级运放难以达到这么高的放大倍数，因此采用二级运放进行放大，第一级为前置放大器。

为减少前级放大器的偏移对后级放大器的影响，设计其放大倍数1001=A ；从而次级放大器的放大倍数102=A 。

4.1.1 集成运算放大器（LM324）集成运算放大器是实现高增益放大功能的一种集成器件[9]，早期主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能，目前随着器件性能的改进，它已成为通用的增益器件，应用范围非常广泛。

从电特性来看，集成运放接近理想的电压放大器件，它不仅有很大的输入电阻和很小的输出电阻，而且还有很高的电压增益，此外，静态工作时，它的输入和输出电位均为零，这样，在与其它集成运放连接时，就不需要考虑它们之间的电平配置问题。

LM324 是四通道的低功耗运算放大器，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立，其性能参数有以下几个方面：（1）单电源工作方式，工作电平3V ～ 30V（2）低消耗电流：约0.8 mA（3）低输入偏移：输入电压偏移：3 mv （Typ ）；输入电流偏移：2 nA （Typ ）（4）开环增益：100V/mv ＝ 100 dB （Typ ）（5）宽响应频带图4-1 LM324内部结构4.1.2 放大电路图图4-2 运算放大器电路图放大器电路如图4-2所示。

它由两级结构相同的同相放大器组成，集成放大器选用LM324（图4-1）。

信号经隔直流电容C1从第一级放大器的正端“＋”输入，经过放大后输出，再经过级间耦合电容C2输入第二级放大器的正端。