一种多功能靶机的激波检测电路的制作方法

1.本发明涉及一种多功能靶机的激波检测电路，属于靶机技术领域。


背景技术：

2.在射击训练或者射击类仿真游戏中，会用到靶机。射击人员朝向靶机射击，子弹在靶板上的位置来确定射击的好坏。当前轻武器靶机主要基于两种报靶原理，一：成熟稳定、价格低廉的导电靶机，二：技术先进的激波靶机。各有优缺点，导电靶机只能够实现区域报靶；激波靶机可以计算精确的报靶位置，但是对小于音速(340m/s)的弹丸，报靶困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种多功能靶机的激波检测电路。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能靶机的激波检测电路，包括依次通信连接的压电传感器、信号处理放大器、电压比较器、fpga以及主控mcu；还包括与主控mcu通信连接的温度传感器和位置传感器；主控mcu与电源系统连接；主控mcu与eeprom信息交互；处理器还与激光、夜训灯和电池电量指示模块通信连接；主控mcu使用32位arm处理器stm32f103rct6；处理器stm32f103rct6的引脚62与激光驱动电路连接；处理器stm32f103rct6的引脚61与灯光驱动电路连接；处理器stm32f103rct6的引脚58与指示灯电路连接；处理器stm32f103rct6的引脚57同eeprom的引脚sda连接，处理器stm32f103rct6的引脚56同eeprom的引脚scl连接；处理器stm32f103rct6的引脚52与无线模块u42 xbee pro s3b的引脚2连接，处理器stm32f103rct6的引脚51与无线模块u42 xbee pro s3b的引脚3连接；处理器stm32f103rct6的引脚40、引脚41、引脚42、引脚43同fpga 模块连接；处理器stm32f103rct6的引脚29和引脚30同串口gps连接；处理器stm32f103rct6的引脚22和引脚23同电机位置检测模块连接；处理器stm32f103rct6的引脚15同电池电压检测模块连接；处理器stm32f103rct6的引脚40、引脚42、引脚42和引脚43同fpga模块连接。
5.本发明技术方案的进一步改进为：fpga模块进行激波信号时间计算，使用芯片epm570t100c5n；芯片epm570t100c5n的引脚74同处理器stm32f103rct6的引脚40连接，芯片epm570t100c5n的引脚72同处理器stm32f103rct6的引脚41连接，芯片epm570t100c5n的引脚57同处理器stm32f103rct6的引脚42连接，芯片epm570t100c5n的引脚55同处理器stm32f103rct6的引脚43连接；芯片epm570t100c5n的引脚85同激波检测部分的pha1 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚87同激波检测部分的pha2 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚89同激波检测部分的pha3 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚91同激波检测部分的pha4 sig连接。
6.本发明技术方案的进一步改进为：芯片epm570t100c5n的引脚95、引脚96、引脚97、引脚98、引脚99、引脚100分别与报靶环数电路c8h、c9h、c10h、c5h、c6h、c7h连接；芯片
epm570t100c5n的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8分别与报靶位置电路cx、czx、cy、cz、cys、czs、cs、cyx连接。
7.本发明技术方案的进一步改进为：激波检测部分的电路的探头依次连接设置四个tl074运算放大器，然后连接设置模拟比较器mcp6562。
8.本发明技术方案的进一步改进为： 夜训灯采用基于芯片pt4115可调光电路,灯光的两级分别与pt4115的引脚1和引脚4连接；直流电机的驱动使用使用mosfet驱动器ir2104s或者使用irfr3607；电池电源系统使用两路rt8279分别将24v产生12v、5v；同时附加3.3v和2.5v两种电源芯片lm1117。
9.本发明技术方案的进一步改进为：电池电量的指示灯和激光的驱动使用三极管s8550；电池电压检测 ad采用比较电压阈值 da的方式，使用 stm32自带da，dac运放处理电路选用sgm358。
10.本发明技术方案的进一步改进为：驱动起倒靶动作的直流电机的位置检测使用接近开关pm12
‑
04n。
11.本发明技术方案的进一步改进为：温度传感器为数字温度传感器aht20；还包括大气压传感器bmp280。
12.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：本发明主控电路同时支持导电信号，和激波传感器信号。本发明外部接口导电和激波分离设计，接上不同类型的靶板，支持不同报靶方式。
13.本发明设计激波检测电路对子弹的着弹位置采用激波检测来测定精确的位置，提高靶机的检测精度。
14.本发明的激波检测部分设置四个探头，对应四个激波检测电路，由四个探头组成的激波检测部分能够实现激光方式的精确位置探测。
附图说明
15.图1是本发明电路组成情况示意图；图2是本发明控制电路单片机部分示意图；图3是本发明控制电路导电部分示意图；图4是本发明控制电路高速信号部分示意图；图5是本发明系统组成情况示意图。
具体实施方式
16.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
17.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设
置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.本发明是一种多功能靶机的激波检测电路，该靶机是一种模拟方式的靶机，是在仿真训练、娱乐时使用的。
20.该多功能靶机采用封闭式激波检测模式，使用多个激波/超声波压电传感器检测子弹着靶位置信号，使用高速运算放大器和比较器处理位置信号，通过高速fpga统计着弹位置到传感器位置的时间差，使用单片机通过计算位置坐标。同时集成20路导电开关输入信号，经过信号处理后，送入fpga，分析击中区位。同时与上位机进行通讯，报告着靶位置；以及附加的起倒靶，灯光等控制。该靶机在检测着弹位置时，智能化、信息化程度高。
21.如图1所示，多功能靶机的硬件系统包括依次通信连接的压电传感器、信号处理放大器、电压比较器、cpld/fpga以及主控mcu；还包括与主控mcu通信连接的温度传感器和位置传感器；主控mcu与电源系统连接；主控mcu与eepro信息交互；处理器的输出信号作用在驱动电机上并控制起倒靶动作。处理器还与激光、夜训灯和电池电量指示模块通信连接。
22.主要芯片方案：1. 激波传感器18mm激波传感器；2. 信号放大处理用运算放大器四通道精密运算放大器：tl074；3. 高速电压比较器高速比较器选用：mcp6562；4. 激波信号时间计算
①
选用cpld/fpga：epm570t100c5n；5. 主芯片 主控mcu
①ꢀ
主芯片使用低成本32位arm处理器：stm32f103rct6；6. eeprom存储器
①ꢀ
采用iic接口的eeprom存储器：24lc02；7. 无线通讯模块
①ꢀ
采用zigbee 自组网模块：xbee pro s3b；8. 夜训灯
①ꢀ
采用pwm 可调光电路，基于芯片：pt4115；9. 直流电机驱动
①ꢀ
使用使用mosfet驱动器：ir2104s * 2；
②ꢀ
使用mosfet：irfr3607* 4；10. 电源
①
两路rt8279，分别将24v产生12v、5v；
②
附加3.3v,2.5v等多种电源芯片lm1117；11. 指示灯，激光等驱动
①
使用三极管：s8550；12. 电机位置检测使用 接近开关
①ꢀ
使用接近开关：pm12
‑
04n；13. 电池电压检测 ad，比较电压阈值 da使用 stm32自带da
①ꢀ
使用stm32自带 ad、da；
②ꢀ
dac运放处理电路选用：sgm358*2；14. 环境参数
①ꢀ
可以使用数字温度传感器：aht20；
②ꢀ
可以使用大气压传感器：bmp280；结合图2
‑
图4，本发明压电传感器为激波压电传感器；信号处理放大器为四通道精密运算放大器tl074i；电压比较器为高速电压比较器mcp6562；激波信号时间计算选用cpld/fpga：epm570t100c5n；如图2所示，主控mcu使用32位arm处理器stm32f103rct6；eeprom存储器采用iic接口的24lc02；采用zigbee 自组网模块xbee pro s3b。
23.同主控mcu处理器stm32f103rct6连接的包括，电池电压检测模块，电机位置检测模块，温湿度检测模块，串口gps模块，无线通信模块，eeprom存储器，指示灯，激光驱动模块，灯光驱动模块。具体如图2所示。图2中详细地表示了各个模块与处理器stm32f103rct6的各个接口的连接方式。
24.夜训灯采用基于芯片pt4115pwm 的可调光电路；直流电机的驱动使用mosfet驱动器ir2104s或者使用irfr3607；电池电源系统使用两路rt8279分别将24v产生12v、5v；同时附加3.3v和2.5v两种电源芯片lm1117。
25.电池电量的指示灯和激光的驱动使用三极管s8550；电池电压检测 ad采用比较电压阈值 da的方式，使用 stm32自带da，dac运放处理电路选用sgm358。
26.驱动起倒靶动作的直流电机的位置检测使用接近开关pm12
‑
04n。
27.温度传感器为数字温度传感器aht20；还包括大气压传感器bmp280。
28.如图3所示，是本发明的报靶环数和位置检测的相关电路，用于对靶板的受弹位置以及受弹位置的环数进行统计。
29.如图4所示，是本发明的激波检测的相关电路，用于对受弹位置进行激波检测。
30.本发明实现电子化报靶，需要对应设置相应的软件系统。如图5所示，该软件系统的一级模块包括通讯功能模块、设备显示模块、设备列表模块、设置模块、成绩查询模块和分组设置模块。进一步的，通讯功能模块包括串口通讯和udp通讯。设备显示模块包括靶标图、打靶成绩、靶机状态和放大功能模块。设备列表模块包括在线靶机显示模块、靶机属性设置模块、靶机校准模块和靶机标号设置模块。设置模块包括通讯参数设置模块、语音报靶参数设置模块。成绩查询模块包括数据库模块、成绩查询模块、靶机总成绩模块、靶标着弹点显示模块和成绩导出模块。分组设置模块包括场地部件模块、分组属性模块、单独靶机属性模块、课程设置模块、配置文件模块。
31.1、分组设置：场地布局，分组属性，单独靶机属性，配置文件，课程设置。
32.2、通讯功能：串口通讯（无线模块），预留udp通讯。
33.3、成绩查询：数据库模块，成绩查询，靶机总成绩，靶标着弹点显示，成绩导出。
34.4、设备列表：在线靶机显示，靶机属性设置，靶机校准，靶机标号设置。
35.5、设备显示：靶标图，打靶成绩，靶机状态，放大。
36.6、设置：通讯参数设置，语音报靶参数设置。
37.本发明的一种多功能靶机的激波检测电路，结合图1、图2、图3、图4、图5，包括依次通信连接的压电传感器、信号处理放大器、电压比较器、fpga以及主控mcu；还包括与主控mcu通信连接的温度传感器和位置传感器；主控mcu与电源系统连接；主控mcu与eeprom信息交互；处理器还与激光、夜训灯和电池电量指示模块通信连接。
38.主控mcu使用32位arm处理器stm32f103rct6；处理器stm32f103rct6的引脚62与激光驱动电路连接；处理器stm32f103rct6的引脚61与灯光驱动电路连接；处理器stm32f103rct6的引脚58与指示灯电路连接。处理器stm32f103rct6的引脚57同eeprom的引脚sda连接，处理器stm32f103rct6的引脚56同eeprom的引脚scl连接，用于实现数据的存储和读取。处理器stm32f103rct6的引脚52与无线模块u42 xbee pro s3b的引脚2连接，处理器stm32f103rct6的引脚51与无线模块u42 xbee pro s3b的引脚3连接，用于进行无线通信联系。
39.处理器stm32f103rct6的引脚40、引脚41、引脚42、引脚43同fpga 模块连接，实现着弹位置和环数的确认。处理器stm32f103rct6的引脚29和引脚30同串口gps连接。处理器stm32f103rct6的引脚22和引脚23同电机位置检测模块连接，用于检测电机位置，并且控制电机的运动。处理器stm32f103rct6的引脚15同电池电压检测模块连接。处理器stm32f103rct6的引脚40、引脚42、引脚42和引脚43同fpga模块连接。
40.电机位置检测模块分为对靶板处于上端位置和下端位置，也就是竖直状态和水平状态时的位置检测；使用的是光耦el3h7。
41.fpga模块进行激波信号时间计算，使用芯片epm570t100c5n；芯片epm570t100c5n的引脚74同处理器stm32f103rct6的引脚40连接，芯片epm570t100c5n的引脚72同处理器stm32f103rct6的引脚41连接，芯片epm570t100c5n的引脚57同处理器stm32f103rct6的引脚42连接，芯片epm570t100c5n的引脚55同处理器stm32f103rct6的引脚43连接。芯片epm570t100c5n的引脚85同激波检测部分的pha1 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚87同激波检测部分的pha2 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚89同激波检测部分的pha3 sig连接；芯片epm570t100c5n的引脚91同激波检测部分的pha4 sig连接。激波检测部分设置四个探头进行探测，保证探测位置的精度。
42.该电路中，芯片epm570t100c5n的引脚95、引脚96、引脚97、引脚98、引脚99、引脚100分别与报靶环数电路c8h、c9h、c10h、c5h、c6h、c7h连接，分别代表8环、9环、5环、6环、7环。
43.该电路中，芯片epm570t100c5n的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8分别与报靶位置电路cx、czx、cy、cz、cys、czs、cs、cyx连接，分别代表着弹点的不同位置。
44.激波检测部分设置四个探头进行激波检测，每个探头对应的检测电路的连接方式及元器件一致。具体的是，每个激波检测部分的电路的探头依次连接设置四个tl074运算放大器，然后连接设置模拟比较器mcp6562。
45.夜训灯采用基于芯片pt4115可调光电路,灯光的两级分别与pt4115的引脚1和引
脚4连接，可以进行亮度调节。led灯的其中一个引脚通过可调节电感与pt4115的引脚1连接。
46.直流电机的驱动使用使用mosfet驱动器ir2104s或者使用irfr3607；电池电源系统使用两路rt8279分别将24v产生12v、5v；同时附加3.3v和2.5v两种电源芯片lm1117。
47.电池电量的指示灯和激光的驱动使用三极管s8550；电池电压检测 ad采用比较电压阈值 da的方式，使用 stm32自带da，dac运放处理电路选用sgm358。
48.驱动起倒靶动作的直流电机的位置检测使用接近开关pm12
‑
04n。
49.温度传感器为数字温度传感器aht20；还包括大气压传感器bmp280。本发明主控电路采用先进的技术架构，同时支持导电信号，和激波传感器信号。
50.本发明外部接口导电和激波分离设计，接上不同类型的靶板，支持不同报靶方式。
51.本发明靶机内部动力机构结合导电靶板，激波靶板重量差异，重点设计。
52.本发明兼容导电靶板，激波靶板的安装方式，设计单独的激波报靶上装。
53.在使用中，本发明导电靶板报靶正常，箱式激波靶板报靶正常，导电、激波联合报靶正常。导电靶板起倒顺畅，起倒时间约0.75s，激波靶板起倒顺畅，起倒时间约0.95s。
54.本发明的多功能靶机采用封闭式激波检测模式，使用多个激波/超声波压电传感器检测子弹着靶位置信号，使用高速运算放大器和比较器处理该信号，通过高速cpld/fpga统计着弹位置到传感器位置的时间差，使用32位单片机通过tdoa算法计算位置坐标，整体上精度高。
55.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。