基于ARM的激光集群射击训练器设计

黄光磊，安志勇，张光伟，惠菲，裴景洋

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

激光模拟对抗技术是七十年代中期发展起来的一种新型的训练方法，以美国陆军研制的 MILES（多功能激光交战训练模拟）系统为代表的激光模拟对抗训练器材，它可以模拟36种武器，性能好、精度高，大大推动了部队的训练工作。八十年代以来，我国有一些单位在从事激光模拟训练器的研究和探索工作，也相继出现一些类似的产品。但这些产品并不能完全符合军事训练的要求，未在部队大范围使用。

常见的激光集群射击训练器有明显的一个缺点，激光发射系统和信号处理系统之间通过一根线连接，这根控制线降低了激光集群训练器的机动性和真实性。为了克服这些缺点，本文介绍一种使用蓝牙技术的激光集群射击训练器，该训练器运用蓝牙技术实现了激光发射系统和信号处理系统的分离。以ARM7为控制核心，结合光电技术和单片机技术实现激光发射与接收，真实地模拟阵地战的对抗，不仅能锻炼训练者的射击能力，还能有效的锻炼团队合作能力，是和平时期有效的训练手段。

1 激光集群射击训练器原理

激光集群射击训练器包括激光发射系统、光信号接收系统、信号处理系统三部分组成，基本结构如图1所示。

在模拟对抗训练中，利用激光发射系统发出的激光脉冲模拟真实子弹的发射，参训双方的衣服和帽子上安装有光信号接收装置，该装置能把接收到的激光脉冲信号转换为电信号，接收到激光脉冲相当于被击中。经过滤波、放大、整形后的脉冲信号，送入信号处理系统，信号处理系统对脉冲信号进行计数并实时显示。当计数值达到设定值时，即代表参训人员已阵亡。同时，通过蓝牙模块发送指令，控制激光发射系统不能发射激光脉冲［1，2］。

图1 系统原理图Fig.1 Principle diagram of the system

2 系统硬件设计

2.1 激光发射系统

激光发射系统的外形模拟真实枪械，枪体后部装有主控电路，枪管中放置半导体激光器，以扳机作为开关。为了实现激光发射系统与信号处理系统的分离，激光发射系统中采用蓝牙模块，通过蓝牙模块使激光发射系统与信号处理系统实现无线连接。电路框图如图2所示。

图2 激光发射系统框图Fig.2 Block diagram of laser emission system

发射系统是由LPC2106单片机、蓝牙模块、语音模块、扳机、半导体激光器及其驱动电路组成。蓝牙模块选用金瓯科技的BTM0704C2P的蓝牙内嵌模块，需要一个主设备与一个从设备配套使用。当蓝牙内嵌式模块连接正确的电路，并且加电启动之后，主从设备会自动建立连接，识别对方设备，之后，蓝牙内嵌模块之间使用标准的串口模式通信。语音芯片选用SPI串行通信的ISD4004。工作过程为：系统上电时，蓝牙模块主动与信号处理系统的蓝牙模块相连接。当扣动扳机时，其产生的脉冲信号送入 LPC2106，以下降沿触发外部中断，LPC2106响应中断请求，通过P0.10的电平变化，送到驱动电路中驱动半导体激光器发出激光脉冲，同时使语音模块发出射击声。当接收到信号处理系统通过蓝牙发送的指令时，关闭外部中断，使其不能发射激光脉冲。

2.2 光信号接收系统

光信号接收系统是由光电传感器、滤波、放大、整形四部分组成，电路框图如图3所示。因为外界光源(如阳光、灯光等)会对光电传感器造成干扰，而且干扰信号通常比激光信号大。本系统使用一个二阶有源带通滤波器，其中心频率为激光信号的频率，通带宽度为1kHz以滤除外界干扰［3］。光电传感器输出的电压一般都是毫伏级的，为了与信号处理系统的LPC2106单片机电平匹配，必须放大约1000倍。由于放大倍数太高，采用二级放大级联来实现。传感器输出的脉冲并不是规则的矩形脉冲，采用施密特触发器实现整形，改善后的脉冲输入到信号处理系统［4］。

图3 光信号接收系统框图Fig.3 Block diagram of optical signal receiving system

2.3 信号处理系统

信号处理系统是由 LPC2106单片机、蓝牙模块、电机模块及数码管组成，电路框图如图 4所示。蓝牙模块选用与激光发射系统相配套的蓝牙内嵌模块作为蓝牙从机。工作过程为：系统上电，蓝牙模块与激光发射系统的蓝牙模块相连接。如果有经过光信号接收系统的脉冲信号送入LPC2106，以下降沿触发中断，LPC2106响应中断请求（相当于被击中）。通过P0.20的电平变化驱动电机模块，使电机转动产生振动，参训者感受到自己被击中。同时，通过两个八段数码管显示被击中的次数，当击中次数达到设定值之后，蓝牙模块发送指令使激光发射系统不能发出激光，使其退出训练。

图4 信号处理系统框图Fig.4 Block diagram of signal processing system

3 系统软件设计

本系统采用ARM控制器LPC2106，系统软件设计主要包括两部分：激光发射系统程序与信号处理系统程序。鉴于ARM控制器强大的中断功能，为了保证系统响应的实时性，整个系统主要采用中断处理方式［5］。

激光发射系统程序框图如图 5所示。程序开始，初始化蓝牙模块的串口中断与外部中断0，并设置串口中断优先级高于外部中断0。扳机采用外部中断0，设置下降沿触发，当外部中断触发时，驱动激光器发出激光和语音模块发出枪声，模拟射击效果。当收到信号处理系统通过蓝牙发出的命令时，关闭外部中断0，使激光器不能发出激光。

图5 激光发射系统程序设计Fig.5 Laser emission system programming

信号处理系统程序框图如图 6所示。程序开始，初始化蓝牙模块的串口中断与外部中断0，并设置串口中断高于外部中断0的优先级。外部中断0设置为下降沿触发，通过光信号接收系统产生脉冲，触发外部中断时，驱动电机产生振动，并在数码管上显示产生中断的次数，以模拟中枪的次数。当次数达到设定值时，通过蓝牙发送关闭指令到激光发射系统，并关闭信号处理系统的外部中断0，系统不再响应脉冲。

4 结论

图6 信号处理系统程序设计Fig.6 Signal processing system programming

采用ARM控制器与蓝牙模块设计出一种激光模拟射击训练器，此系统实现了激光发射系统与信号处理系统的分离，更加真实地模拟了集群对抗训练；实现了激光信号的检测、整形、以及结果的显示。实际应用表明此系统可以用于作战模拟演习，能逼真的演示大规模作战的战术效果，进行无弹药无污染的军事训练，具有一定的实际应用价值和良好的拓展性。

［1］林远芳，黄元庆.基于2051单片机的激光对抗模拟器设计［J］.激光技术，2001（1）：32-34.

［2］赵舒迪，徐熙平，王维.基于ARM嵌入式技术和模糊控制的光学调制系统设计［J］.长春理工大学学报：自然科学版，2010，33（3）：40-43.

［3］刘建，秦会斌.激光打靶系统的设计［J］.传感技术学报，2003，12（4）：513-516.

［4］童诗白.模拟电子技术基础（第四版）［M］.高等教育出版社，2007.

［5］周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第二版）［M］.北京航天航空大学，2008.