【正文】 元件 ，使用單片機(jī)進(jìn)行總體控制 ，信號調(diào)理電路實現(xiàn)信號放大濾波等功能，處理后的彈形信號一路接入觸發(fā)電路，一路接入數(shù)據(jù)采集電路，采集到的數(shù)據(jù)通過顯示系統(tǒng)顯示出來，實現(xiàn)了有源光幕靶彈丸速度的測量。 有源光幕靶傳感器系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制電路、光電檢測模擬信號采集電路、前端信號處理與 A/D 轉(zhuǎn)換 電路、電源接口電路和顯示系統(tǒng)電路。本文介紹了各個電路模塊的設(shè)計和原理，同時設(shè)計了軟件程序，通過仿真進(jìn)行了驗證，達(dá)到了設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞 ： 光幕靶 ； 光電轉(zhuǎn)換 ； 傳感器 ； 單片機(jī) II ABSTRACT In the process of weapon development and production, often need to use a bullet velocity data, the screen is a bullet velocity region intercepting measurement device based on photoelectric conversion technology. Because of the light screen has the advantages of high measuring precision, convenient installation, low cost advantages, has gradually bee military shooting range measurements are often used in measuring tool. This paper introduces the design of active screen sensor. The use of sensors to detect screen screen. Specific principles for using light curtain sensor as signal receiving element, the use of singlechip control of the overall, the signal conditioning circuit for signal amplification filtering and processing after the bullet shaped a signal path is connected to trigger circuit, one path is connected to a data acquisition circuit, the collected data through the display system, realize the active screen projectile velocity measurement. Active screen sensor system mainly includes the MCU control circuit, a photoelectric detection of analog signal acquisition circuit, front end signal processing and A/D conversion circuit, a power interface circuit and the display circuit. This paper introduces the design and principle of each circuit module, at the same time, the software program is designed, the simulation is verified, and the design requirements are achieved. Key words： Light Screen； Photoelectric Conversion； Sensor； Singlechip吉林建筑 大學(xué) 城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 29 頁，第 1 頁 第 1 章 緒論 課題研究目的及意義 光幕靶是一種使用人工光源的光電靶，主要作為為輕武器室內(nèi)射擊的測量儀器，為達(dá)到指定要求精度基線的測量，誤差不得超過規(guī)定的數(shù)據(jù)，因此測量精度非常精確 。 光幕靶因其成本 不高 、操作 簡單 、測量精度高、 運(yùn)行 穩(wěn)定等優(yōu)點 ， 在 測量 彈道速度、 彈丸 密集度等方面得到廣泛應(yīng)用 ?，F(xiàn)階段光幕測試設(shè)備在內(nèi)部部件存在種種缺陷，阻礙了光幕測試技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度，因為 光幕靶內(nèi)的傳感器是其重要器件，因此對有源光幕靶傳感器進(jìn)行設(shè)計，為光幕測試設(shè)備實現(xiàn)奠定基 礎(chǔ)，以滿足武器裝備研發(fā)和生產(chǎn)時的測試需求 [1]。 近年來，由于 各國軍事力量發(fā)展迅猛 ， 中國輕武器的發(fā)展 日益受到重視。光幕靶 測量采用了非接觸測量，這種測量方法 采用 了 光電轉(zhuǎn)換原理， 因此 測量精度 要比其他 測量儀器 要好。 在 20 世紀(jì) 80 年代 我國研制出了第一代光幕靶 ，在 武器范圍及速度測試 領(lǐng)域，研究 人員嘗試 建立準(zhǔn)測速基系統(tǒng) ，該系統(tǒng)正是利用了 光幕靶測試精度高的特點 來完成的 ， 經(jīng)過近 20 多年的發(fā)展，光幕靶已 經(jīng)漸漸替代了其他 彈丸速度的測量 方法。結(jié)合國內(nèi)在光幕靶領(lǐng)域的研究成果重點總結(jié) 有源 光幕靶 傳感器 技術(shù)，分析解決 傳感器 問題的 設(shè)計 和實施效果，對現(xiàn)如今的熱點進(jìn)行研究，對該研究內(nèi)容的發(fā)展進(jìn)行展望 ，具有重要的研究意義 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 在 60 年代初期 丹麥的一家電子工業(yè)公司 研制 出了 測速雷達(dá)彈道分析系統(tǒng) ，之后推出了 DR513 測速雷達(dá)， 70 年代初 這家 電子工業(yè)公司 又對 DR513測速雷達(dá) 進(jìn)行了改進(jìn)，研制出 DR810 測速雷達(dá)。 70 年代初美國利爾 西格勒公司制造 出了 初速測定雷達(dá) ，該雷達(dá)為 DR810 MKⅡ 型，美國陸軍 正式啟用該雷達(dá)于軍事上并 給該雷達(dá)的命名是 M90。這之后 初速測定雷達(dá) 廣泛用于軍事上，各國也開始研制起來。 隨著軍 事科技的快速發(fā)展， 火炮射擊指揮系統(tǒng)對初速測量的要求 也越來越嚴(yán)格，因此軍用測速雷達(dá)的發(fā)展也在不斷的進(jìn)步 。 幾十年來 ，國外 的 靶場 停止吉林建筑 大學(xué) 城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 29 頁，第 2 頁 使用測試儀法來測量，取而代之的是 高速攝影法，美國陸軍試驗靶場于八十年代制定的榴彈靜態(tài)破片性能試驗操作規(guī)程中就對高速攝影法作了一些闡述 [15]。 在 信號處理器 的初期階段，各國 大多采用頻譜分析儀 來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理 ，但是這種方法有很多弊端，耗時且 精度差，更重要的是 利用這種方法 不能得到瞬時脈動速度。 在那個時期， 已 經(jīng)有部分科學(xué)家著手 研制頻率跟蹤器和計數(shù)式處理器，但 由于不具備條件 只是作為 原型保 留在 實驗室 里，并沒有應(yīng)用 。因此，在這 段 時期 內(nèi)所 進(jìn)行的速度測量，大多的實驗結(jié)果以平均速度為主。 在19731980 年 這 7 年間 ，激光測速在 信號處理器和 光學(xué)系統(tǒng)方面有 著巨 大的發(fā)展。激光測速進(jìn)入了發(fā)展的第三個 發(fā)展 階段 是在 1980 年以后 。在 這一 期間，科技得到快速發(fā)展， 應(yīng)用研究 的 開展 也突飛猛進(jìn) 。 1990 年 ， 一種精度高于 %，有效靶面大于 300mm400mm 的光幕靶研制成功 [15]。激光測速已成為產(chǎn)品研發(fā)不可或缺的測量手段 ，光幕靶的研制也日益成熟。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國 在剛接觸 測速雷達(dá) 時 ，主要在靶場 測試 應(yīng)用 方面 上 。 60 年代靶場測速的 最常用的測速方法是使用 區(qū)截裝置測速儀 ，但是這種方法有很大的缺陷，在應(yīng)用中該裝置只能測 量 平射 出來的 彈丸， 對于 高射 出來 彈丸 不能測量 。因此，這種 測速手段 不能長時間使用 。 這之后 為了測量炮射導(dǎo)彈出炮口速度， 640 工程試驗場提出研制一種測速雷達(dá)。國防科技大學(xué)承擔(dān)了該雷達(dá)的研制任務(wù)，并取名為 640 雷達(dá)， 70 年代初 640 雷達(dá)研制成功，并應(yīng)用于 320mm 火炮研究所進(jìn)行試驗。 80 年代初， 這所大學(xué) 對 640 雷達(dá) 進(jìn)行了改進(jìn)，雷達(dá)自身采用了微機(jī)系統(tǒng)，使雷達(dá)的 數(shù)據(jù)處理部分 有了更好的處理系統(tǒng) 。但該雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)電子器件比較落后， 和國外技術(shù)相比已經(jīng)不能使用 [2]。 隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，彈丸飛行速度的測量 方法 也在不斷 的 更新。 在80 年代 初 我國第一代測速天幕靶 GD79 型水平天幕靶的研制成功 了，該測速天幕靶 標(biāo)志著我國外彈道測試技術(shù)領(lǐng)域 已經(jīng)應(yīng)用到光電技術(shù) 。第一代天幕靶基本上是借鑒國外奧地利 AVL 公司的天幕靶， 該天幕靶占用面積大 ，質(zhì)量重，室外 使用 比較耗時耗力 ， 因此很多地方不在使用該型號 。 1989 年，科研人員為了使天幕靶使用更方便，在 GD79 型天幕靶和 TMB1 型天幕靶的基礎(chǔ)上，設(shè)計了 TMB2 型水平天幕靶。但天幕靶 受外界影 響大， 不能在陰天和夜間使用，因此提出了激光光幕靶 [2]。 激光測速現(xiàn)已成為產(chǎn)品研發(fā)不可或缺的測量手段，并已進(jìn)入大學(xué)和研究生的教學(xué)課程，為培養(yǎng)現(xiàn)代科技人才服務(wù) 。 隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，破片速度的測量精度和抗干擾要求也越來越高。隨著科技水平的不斷提高，激光吉林建筑 大學(xué) 城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 29 頁，第 3 頁 測速光幕靶系統(tǒng)信號處理電路的優(yōu)化設(shè)計也必將在新世紀(jì)中得到更大的發(fā)展和應(yīng)用。 主要研究的內(nèi)容和方法 在結(jié)合前面對光幕靶測速國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展意義，分析了有源光幕靶研究的重要意義后，對有源光幕靶傳感器設(shè)計研究具體工作步驟如下為：學(xué)習(xí)研究有源光幕 靶傳感器的結(jié)構(gòu)和理論系統(tǒng)；了解傳感器各系統(tǒng)電路設(shè)計，對其有全面的認(rèn)識；閱讀大量的國內(nèi)、外光幕靶傳感器設(shè)計； 通過對上述的了解撰寫論文。 本課題的主要工作內(nèi)容如下： 1. 根據(jù)現(xiàn)有有源光幕靶傳感器的設(shè)計方法和原理，選擇合適的單片機(jī)，提出合理的有源光幕靶傳感器電路構(gòu)成部分； 2. 設(shè)計單片機(jī)控制電路、光電檢測模擬信號采集電路、前端信號處理與A/D 轉(zhuǎn)換電路、電源接口電路和顯示系統(tǒng)電路，并使用 Altium Designer 完成電路原理圖的繪制； 3. 使用 Keil 軟件進(jìn)行軟件編程和編譯，實現(xiàn)子彈測速功能，使各個程序模塊協(xié)調(diào)運(yùn)行； 4. 使用 Protues 仿真軟件對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行仿真，通過調(diào)試使系統(tǒng)能通過仿真的驗證，完成軟件的 debug。 行文布局上，第二章介紹有源光幕靶傳感器的總體方案設(shè)計，第三章介紹硬件電路設(shè)計，各個模塊的功能以及實現(xiàn)原理，第四章介紹軟件設(shè)計與實現(xiàn)功能，第五章介紹系統(tǒng)仿真。論文在最后一章對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)和展望。 吉林建筑 大學(xué) 城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 29 頁，第 4 頁 第 2 章 總體方案設(shè)計 光幕靶工作原理 光幕靶是一種以光電轉(zhuǎn)換技術(shù) 為特征的探測飛行彈丸到達(dá)空間指定位置時刻的儀器， 光 幕靶測速系統(tǒng)由兩個光幕靶和測量電路系統(tǒng)組成，每個光幕靶都由發(fā)射靶和接收靶組成。具體工作原理如下：如圖 21 所示，發(fā)射靶產(chǎn)生 較為 相對均勻的光幕，接收靶 的作用是 將 其 接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號 ，之后再 進(jìn)行處理；當(dāng)彈丸飛過 接收 光幕時 ，因為 彈丸 經(jīng)過所以導(dǎo)致光幕被遮擋，因此 遮擋了 的 部分光幕導(dǎo)致接收到的光通量發(fā)生變化，經(jīng)接收部分轉(zhuǎn)換處理 就 產(chǎn)生一個脈沖信號；測量電路計算起始靶和停止靶產(chǎn)生的脈沖信號的時間差，得出彈丸飛過兩個光幕之間的時間間隔，在已知兩靶之間的距離的情況下即可 計算出彈丸的速度 [3]。光幕靶采用光電轉(zhuǎn)換原理，屬于非接觸測量，測量精度優(yōu)于其他測量儀器。 圖 21 光幕靶結(jié)構(gòu)示意圖 控制系統(tǒng)方案選擇 電路系統(tǒng)的核心器件是微控制器，它的作用是控制著其他各個模塊的正常工作，對于系統(tǒng)性能有很大的影響。由于微控制器可以方便的編程控制，很容易實現(xiàn)電路系統(tǒng)的智能化。 目前市場上使用最多的是 8051 系列單片機(jī)，是一種技術(shù)非常成熟的以51 為內(nèi)核的單片機(jī)。它的生產(chǎn)廠家和型號眾多，應(yīng)用的范圍廣泛，如各種消吉林建筑 大學(xué) 城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計（論文） 共 29 頁，第 5 頁 費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備中。以 AT89C52 單片機(jī)為例，其特點如 下： 8 位算術(shù)邏輯單元；時鐘頻率 024MHz； 32 個雙向 I/O 口；具有 8kB Flash ROM，2568bit RAM； 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 2 個外部中斷，共 8 個中斷源。 8051 系列單片機(jī)具有精簡版的嵌入式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，目前也拓展了很多新性能，如內(nèi)部集成 A/D 轉(zhuǎn)換，看門狗， PWM 等這些輸出，串行擴(kuò)展總線功能，具有很強(qiáng)的邏輯控制功能，具有低功耗，價格低廉，性能穩(wěn)定等優(yōu)勢 [4]。 目前已經(jīng)有很多改進(jìn)型的基于 51 內(nèi)核的單片機(jī)， 單片機(jī)應(yīng)用廣泛并且其性能也日漸強(qiáng)大，具有很強(qiáng)的邏輯控制功能；而 DSP 和 ARM 系列微控制器的優(yōu)勢在于高速、低功耗，其性能非常強(qiáng)大，但是價格昂貴，不符合本設(shè)計要求簡單易用的特性 [5]。綜上所述，本系統(tǒng)采用 51 內(nèi)核的單片機(jī)作為主控