0 引言
1 整体设计
该无线光电靶系统主要由悬挂于移动装置上的光电靶；置于操炮手附近的光电靶控制器；一个固定在炮身上并与炮身同步移动的开云棋牌官网在线客服激光器三部分组成。
当操炮手训练中，瞄准靶标时踩动射击踏板，激光器发出一束激光，照射在靶标上，靶标上的光敏元件接收到激光，由单片机采集光敏元件的信息，利用无线装置将信息发送到光电靶控制器，由控制器显示激光照射的位置，同时用语音报告环数和偏离的方向系统图如图1所示。
2 光电靶电路设计
从图1可以看出，光电靶由单片机、光敏元件阵列、无线通信模块和夜间指示灯4部分组成。
2．1 单片机模块
这里采用51系列单片机中的新型号AT89S52，因为这款设计需要扩展5个8位并行口，主要考虑其具有比较好的扩展能力，其他特性无需赘述。
2．2 光电测量模块的设计
光敏元件采用光敏二极管，在反向电压作用下，其电流随光线强度成正比。将光敏二极管在规定的范围内(直径60 mm)形成阵列(按照圆环)排列，由AT89S52单片机扩展的接口电路对光敏元件的输出信号进行采集。
以前有的方案是利用光纤将采集的激光信号传导到光敏元件，这里为了降低成本减少体积，将光敏管直接布置在靶面上，每个光敏元件由一个遮光管套住，可避免大部分散射光的影响。光敏电路是光电靶的核心，也是本设计的创新之处，其他电路围绕光敏电路展开设计。利用比较器进行光电检测的模数转换，图2是光敏电路的基本原理图。其中LM324是运算放大器，作为比较器使用，当电压V2>V1时，运算放大器正向饱和，输出电压V。接近电源电压，称为高电平1；当电压V2
在靶面安排上，参考光检测元件放在靶标周围不远处，使得其接受的环境光照条件与光电靶测光元件相同。当没有激光照射时，参考光检测元件和光电靶测光元件同时受到环境光线的照射，调整电位器RV1，使得V1略大于V2，运算放大器LM3243的输出电压V0为O；当有激光照射到光电靶测光元件的时候，V2就会大于V1，使V0为1。当激光照射脱离光电靶的范围，哪怕只照射到参考光检测元件，运放的输出始终为0。利用这种方法实现光电信号的采集和A／D转换，省去了速度慢且价格高的模数转换器，电路得到简化，速度得到提高，同时也排除了环境光线的变化的影响。
在实际电路中，一个参考光检测元件为多个光电靶测光元件提供参考电压，电路得到进一步简化。在这种情况下，要求多个光电靶测光元件的光电特性一致，或者接近一致，才不至于出现误差。经过筛选的测光元件完全可以满足这种要求。
实际实验证明，在阳光强烈的室外，只要没有阳光直射到靶面，就工作正常；在夜晚星光下(远处有路灯)，也工作正常。
光敏元件的排列与LED的排列方式基本一致，不同的地方是，7环有16个光敏元件均布，6环有24个光敏元件均布。这样排列的目的是减小各个光敏元件的间距，以免激光束照射不到。
利用51系列单片机扩展的多个并行接口来读取光电靶的信息，然后进行数据处理，就可以判定激光束所照射的中心点，从而给出射击成绩。扩展电路使用了数据收发器74HC244和译码器74HCl388。
2．3 无线通信模块
光电靶需要接收光电靶控制器发送来的操作命令，还需要把采集的射击成绩发送给光电靶控制器，所以无线模块需要双向通信(半双工)。这里采用市场比较常见的工业无线通信模块并加以改造，基本满足功能需要，并且成本低廉。无线通信模块与单片机的连接利用一个扩展的并行口和几根控制线。2．4 夜间指示灯
为了夜间训练方便，设计了由发光二极管组成的靶标指示灯，在夜间可以打开此指示灯，以便观瞄。此指示灯是由靶心灯(内灯)和靶周灯(外灯)组成，可以由光电靶控制器无线控制其开关。
3 光电靶控制器电路设计
从图1可以看出，光电靶控制器由单片机、发光二极管阵列、无线通信模块、激光模块和语音播放模块组成。另外还有用于操作的按键。
3．1 单片机电路
使用的单片机仍然是AT89S52，扩展5个8位并行口，其中4个并行口用来控制LED发光，1个用来连接无线通信模块。
3．2 发光二极管显示阵列
由AT89S52单片机扩展的并行口来驱动发光二极管(LED)的亮和灭，用来显示击中的位置。LED的排列方式与光敏元件的排列方式一致，便于指示射击结果，如图3所示。
图3中，一个最小的圆圈代表一个LED。可以看出，10环只用1个LED，亮的时候表示击中10环；9环只用4个LED，可以指示上下左右4种偏差，上边的LED亮表示9环偏上等；8，7，6环都是8个LED，可以表示8种偏差。
3．3 激光器
购买市场常见的笔形开云棋牌官网在线客服激光器。
3．4 无线通信装置
购买市场常见的无线收发器，加以改造以适合与单片机匹配。光电靶和控制器均为双向收发(半双工)。
3．5 语音电路
在单片机的控制下播放事先录制好语音内容。
4 光电靶程序设计
4．1 光电靶的主程序
整个光电靶的程序由开机自检，光信号检测，数据处理，向控制器发送检测结果，无线命令接收和执行等子程序组成，由主程序根据条件调用子程序。主程序框图如图4所示。
无线接收利用中断完成。每次接收到一个有效的命令，就会将命令保存在一个指定地址，然后建立一个标志位，通知主程序。主程序根据命令内容，调用相应的子程序，完成命令要求的任务。中断服务程序框图略。
4．2 数据处理程序
数据处理程序的功能是根据读取的光敏检测数据，计算出激光击中的位置。
由于民用激光器的光斑直径有的比较大，有的比较小。在几十米的距离上，一般光斑直径在10～30 mm。激光照射靶标，往往是同时照射几个光敏元件，该程序就是要确定光斑的中心位置。
对照图3，假设光斑中心在10环，可能被照射光敏元件只有10环的，也可能还有9环的4个，还有可能8环的8个也被照射等。要确定10环，除了10环的光敏元件被照射，还有9环、8环、7环可能被照射，并且全环都被照射，否则不能确定10环。
10环以外的其他环数的确定，需要根据光斑照射到的环数和区数来确定。环号，就是10，9，8，7，6环；环数就是光斑照射到的环有几个，比如光斑照射到9，8，7环，环数就是3。区号和区数：正上方为1区，右上方为2区，按照顺时针方向分为8个区，编号为1～8号区；光斑照射到3，4，5，6区，则区数为4。
中心环号计算：首先要根据所有照射到的环号计算出环数，然后计算出中心环号。最大环号减去环数除以2取整，这就是光斑中心的环号。取整的目的是小数的环数不好显示。如果用数码显示则可以保留小数。
中心区号计算：根据所照射的所有区号计算出区数，再计算出中间区号，就是光斑的中心区号。这里有一个问题：当被照射的区号是7，8，1，2，3的时候，要把最大区号确定为11，最小区号确定为7，再计算出区数和中心区号。如果计算的中心区号大于8则减去8才是真正结果。以区号是7，8，1，2，3为例：区数=11-7+1=5，5／2=2．5，2．5取整=2，最大区号减去区数的一半取整，即11-2=9，由于9大于8，要减去8，即9-8=1，这就是中心区号，即偏上方。
中心环号和区号确定，数据处理完毕。
图5是8个区的区号计算子程序框图，其他子程序略。
从图5中可以看出，如果原始数据的最大区号不是8，那就直接计算中心区号。如果原始数据的最大区号是8，就要判断1区是否有被激光照射，如果没有，那就直接计算中心区号。如果1区有激光照射，最大区号要加1，然后还要判断2区，依此类推，直到没有照射，最大区号确定。这里判断到6区，已经留有余地，实际上不大可能出现这种情况(参照图3分析)。第一次计算的中心区号，还要判断其值是否大于8，如果大于8还要减1，得到最终的结果。
5 光电靶控制器的程序设计
光电靶控制器的程序主要由开机自检，操作命令的接收和执行，无线数据信号的接收和显示，声音的播放控制等几个部分组成，其主程序的框图如图6所示。
从图6可以看出，主程序开机自检之后，进入主循环。在主循环中，除了按照各种标志位来控制LED的显示和语音播放之外，就是检查按键，一旦有键盘命令，立即启动无线发送模块进行发送。这几个键盘命令都是针对光电靶的命令，内灯命令和外灯命令是对光电靶的夜间指示灯的控制命令，击发命令和重发命令解释如下：
击发命令 在操炮手瞄准靶标踩下开炮开关时，接通激光器电源发出激光，并同时产生一个信号给光电靶控制器的单片机，由单片机通过无线信号传送给光电靶。光电靶接收到击发命令，开始对光敏元件进行扫描，得到原始数据。在对扫描的数据处理之后得到激光光斑中心位置的信息，就是环号和区号。光电靶将此环号和区号通过无线模块发送回光电靶控制器。光电靶控制器据此控制LED的显示和语音播放。
重发命令 这个命令是要光电靶将上次击发产生的信息重新发送一次，以便核对。
数据的接收每当无线模块接收到一次有效的信号，就会申请一次中断。在中断服务程序中读取接收的数据，并保存在一个指定的地址里，以便主程序处理。数据的内容是激光光斑中心的环号和区号。中断服务程序的框图如图7所示。
6 结语
利用参考光和比较器进行模数转换，电路简单可靠，速度快。光敏元件圆环状排列，可以充分利用元件。利用单片机的程序处理可以很容易得到光斑的中心位置。经中国人民解放军高炮某部使用效果很好，达到了设计要求，解决了动态靶瞄准的训练问题。而且光电靶重量轻、移动方便，很适合各种野外训练需要。如果将激光器安装在其他枪械上，还可以用在步兵的射击训练上。现在正在改进，准备添加射击成绩统计功能，在光电靶控制器上加一个数码显示器，实时显示射击次数、总环数等，同时还可以与上位机联网，便于数据的储存和管理。