有源光幕靶传感器设计.docx

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有源光幕靶传感器设计

毕业设计论文

有源光幕靶传感器设计

DesignofActiveScreenTargetSensor

阎彦铭

吉林建筑大学城建学院

2016年6月

毕业设计论文

有源光幕靶传感器设计

DesignofActiveScreenTargetSensor

学生：

阎彦铭

指导教师：

衣文索（副教授）

专业：

电气工程及其自动化

学号：

1209000133

所在单位：

电气信息工程系

答辩日期：

2016年6月

毕业设计（论文）原创承诺书

1．本人承诺：

所呈交的毕业设计（论文）《有源光幕靶传感器设计》，是认真学习理解学校的《电气信息工程系毕业设计写作规范》后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。

2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。

3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。

以上承诺的法律结果将完全由本人承担！

作者签名：

年月日

摘要

在兵器研制和生产过程中，经常需要用到子弹的速度这一数据，光幕靶是一种以光电转换技术为基础的子弹区域速度截取测量的装置。

因为光幕靶具有测量精度高，安装简便，成本低等优点，已经逐渐成为军事上靶场测量经常用到的测量工具。

本文介绍了有源光幕靶传感器的设计。

光幕靶使用光幕传感器来检测。

具体原理为使用光幕传感器作为信号接收元件，使用单片机进行总体控制，信号调理电路实现信号放大滤波等功能，处理后的弹形信号一路接入触发电路，一路接入数据采集电路，采集到的数据通过显示系统显示出来，实现了有源光幕靶弹丸速度的测量。

有源光幕靶传感器系统主要包括单片机控制电路、光电检测模拟信号采集电路、前端信号处理与A/D转换电路、电源接口电路和显示系统电路。

本文介绍了各个电路模块的设计和原理，同时设计了软件程序，通过仿真进行了验证，达到了设计要求。

关键词：

光幕靶；光电转换；传感器；单片机

ABSTRACT

Intheprocessofweapondevelopmentandproduction,oftenneedtouseabulletvelocitydata,thescreenisabulletvelocityregioninterceptingmeasurementdevicebasedonphotoelectricconversiontechnology.Becauseofthelightscreenhastheadvantagesofhighmeasuringprecision,convenientinstallation,lowcostadvantages,hasgraduallybecomemilitaryshootingrangemeasurementsareoftenusedinmeasuringtool.

Thispaperintroducesthedesignofactivescreensensor.Theuseofsensorstodetectscreenscreen.Specificprinciplesforusinglightcurtainsensorassignalreceivingelement,theuseofsingle-chipcontroloftheoverall,thesignalconditioningcircuitforsignalamplificationfilteringandprocessingafterthebulletshapedasignalpathisconnectedtotriggercircuit,onepathisconnectedtoadataacquisitioncircuit,thecollecteddatathroughthedisplaysystem,realizetheactivescreenprojectilevelocitymeasurement.

ActivescreensensorsystemmainlyincludestheMCUcontrolcircuit,aphotoelectricdetectionofanalogsignalacquisitioncircuit,frontendsignalprocessingandA/Dconversioncircuit,apowerinterfacecircuitandthedisplaycircuit.Thispaperintroducesthedesignandprincipleofeachcircuitmodule,atthesametime,thesoftwareprogramisdesigned,thesimulationisverified,andthedesignrequirementsareachieved.

Keywords：

LightScreen；PhotoelectricConversion；Sensor；Singlechip

第1章绪论

1.1课题研究目的及意义

光幕靶是一种使用人工光源的光电靶，主要作为为轻武器室内射击的测量仪器，为达到指定要求精度基线的测量，误差不得超过规定的数据，因此测量精度非常精确。

光幕靶因其成本不高、操作简单、测量精度高、运行稳定等优点，在测量弹道速度、弹丸密集度等方面得到广泛应用。

现阶段光幕测试设备在内部部件存在种种缺陷，阻碍了光幕测试技术的发展进度，因为光幕靶内的传感器是其重要器件，因此对有源光幕靶传感器进行设计，为光幕测试设备实现奠定基础，以满足武器装备研发和生产时的测试需求[1]。

近年来，由于各国军事力量发展迅猛，中国轻武器的发展日益受到重视。

光幕靶测量采用了非接触测量，这种测量方法采用了光电转换原理，因此测量精度要比其他测量仪器要好。

在20世纪80年代我国研制出了第一代光幕靶，在武器范围及速度测试领域，研究人员尝试建立准测速基系统，该系统正是利用了光幕靶测试精度高的特点来完成的，经过近20多年的发展，光幕靶已经渐渐替代了其他弹丸速度的测量方法。

结合国内在光幕靶领域的研究成果重点总结有源光幕靶传感器技术，分析解决传感器问题的设计和实施效果，对现如今的热点进行研究，对该研究内容的发展进行展望，具有重要的研究意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

在60年代初期丹麦的一家电子工业公司研制出了测速雷达弹道分析系统，之后推出了DR513测速雷达，70年代初这家电子工业公司又对DR513测速雷达进行了改进，研制出DR810测速雷达。

70年代初美国利尔·西格勒公司制造出了初速测定雷达，该雷达为DR810MKⅡ型，美国陆军正式启用该雷达于军事上并给该雷达的命名是M90。

这之后初速测定雷达广泛用于军事上，各国也开始研制起来。

随着军事科技的快速发展，火炮射击指挥系统对初速测量的要求也越来越严格，因此军用测速雷达的发展也在不断的进步。

几十年来，国外的靶场停止使用测试仪法来测量，取而代之的是高速摄影法，美国陆军试验靶场于八十年代制定的榴弹静态破片性能试验操作规程中就对高速摄影法作了一些阐述[15]。

在信号处理器的初期阶段，各国大多采用频谱分析仪来进行数据的处理，但是这种方法有很多弊端，耗时且精度差，更重要的是利用这种方法不能得到瞬时脉动速度。

在那个时期，已经有部分科学家着手研制频率跟踪器和计数式处理器，但由于不具备条件只是作为原型保留在实验室里，并没有应用。

因此，在这段时期内所进行的速度测量，大多的实验结果以平均速度为主。

在1973-1980年这7年间，激光测速在信号处理器和光学系统方面有着巨大的发展。

激光测速进入了发展的第三个发展阶段是在1980年以后。

在这一期间，科技得到快速发展，应用研究的开展也突飞猛进。

1990年，一种精度高于0.1%，有效靶面大于300mm×400mm的光幕靶研制成功[15]。

激光测速已成为产品研发不可或缺的测量手段，光幕靶的研制也日益成熟。

1.2.2国内研究现状

我国在刚接触测速雷达时，主要在靶场测试应用方面上。

60年代靶场测速的最常用的测速方法是使用区截装置测速仪，但是这种方法有很大的缺陷，在应用中该装置只能测量平射出来的弹丸，对于高射出来弹丸不能测量。

因此，这种测速手段不能长时间使用。

这之后为了测量炮射导弹出炮口速度，640工程试验场提出研制一种测速雷达。

国防科技大学承担了该雷达的研制任务，并取名为640雷达，70年代初640雷达研制成功，并应用于320mm火炮研究所进行试验。

80年代初，这所大学对640雷达进行了改进，雷达自身采用了微机系统，使雷达的数据处理部分有了更好的处理系统。

但该雷达收发系统电子器件比较落后，和国外技术相比已经不能使用[2]。

随着我国科学技术的发展，弹丸飞行速度的测量方法也在不断的更新。

在80年代初我国第一代测速天幕靶GD-79型水平天幕靶的研制成功了，该测速天幕靶标志着我国外弹道测试技术领域已经应用到光电技术。

第一代天幕靶基本上是借鉴国外奥地利AVL公司的天幕靶，该天幕靶占用面积大，质量重，室外使用比较耗时耗力，因此很多地方不在使用该型号。

1989年，科研人员为了使天幕靶使用更方便，在GD-79型天幕靶和TMB-1型天幕靶的基础上，设计了TMB-2型水平天幕靶。

但天幕靶受外界影响大，不能在阴天和夜间使用，因此提出了激光光幕靶[2]。

激光测速现已成为产品研发不可或缺的测量手段，并已进入大学和研究生的教学课程，为培养现代科技人才服务。

随着我国经济和科学技术的发展，破片速度的测量精度和抗干扰要求也越来越高。

随着科技水平的不断提高，激光测速光幕靶系统信号处理电路的优化设计也必将在新世纪中得到更大的发展和应用。

1.3主要研究的内容和方法

在结合前面对光幕靶测速国内、外发展现状以及发展意义，分析了有源光幕靶研究的重要意义后，对有源光幕靶传感器设计研究具体工作步骤如下为：

学习研究有源光幕靶传感器的结构和理论系统；了解传感器各系统电路设计，对其有全面的认识；阅读大量的国内、外光幕靶传感器设计；通过对上述的了解撰写论文。

本课题的主要工作内容如下：

1.根据现有有源光幕靶传感器的设计方法和原理，选择合适的单片机，提出合理的有源光幕靶传感器电路构成部分；

2.设计单片机控制电路、光电检测模拟信号采集电路、前端信号处理与A/D转换电路、电源接口电路和显示系统电路，并使用AltiumDesigner完成电路原理图的绘制；

3.使用Keil软件进行软件编程和编译，实现子弹测速功能，使各个程序模块协调运行；

4.使用Protues仿真软件对系统的硬件和软件进行仿真，通过调试使系统能通过仿真的验证，完成软件的debug。

行文布局上，第二章介绍有源光幕靶传感器的总体方案设计，第三章介绍硬件电路设计，各个模块的功能以及实现原理，第四章介绍软件设计与实现功能