激光槍自動射擊系統的研究

黃麗華 高 越

(南京農業大學 工學院，江蘇 南京 210031)

1 系統方案

1.1 基本方案描述

本裝置由兩部分構成：激光打靶部分和圖像采集部分。

激光打靶：利用ULN2003驅動步進電機，通過單片機控制兩個步進電機轉動帶動激光筆上下，左右移動打靶。靶面圖像由數字攝像頭OV7620采集后經單片機處理，將結果顯示在1602上。同時采用紅外線遙控裝置(代替了鍵盤)進行打靶控制和模式轉換。

圖一 激光打靶示意圖

圖像采集：靶面圖像由數字攝像頭OV7620采集后經另一片MSP430F149處理，將結果顯示在1602上。

圖二 圖像采集示意圖

1.2 各模塊方案的比較與選擇

(1)控制模塊。采用TI公司的MSP430F149單片機為主控制芯片，該芯片有非常豐富的資源：6個8位并行口，其中兩個有中斷功能，12位的ADC，強大的定時器，精密的比較器，大容量的RAM和ROM，可存儲大容量的程序。

(2)電機模塊。選擇步進電機作為驅動模塊，步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移(或線位移)的機電組件，它的轉角與轉速分別取決于脈沖信號的數量和頻率。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使使得它可以達到很高的控制精度，且控制難度要比直流電機小得多。

(3)電機驅動模塊。選擇ULN2003作為電機驅動模塊，ULN2003為極電極開路驅動芯片，配合步進電機使用。并且ULN2003的價格與常用的L298H相比較低。

(4)紅外線接收及LCD交互模塊。顯示模塊采用液晶1602，采用并口方式傳輸，簡化軟件設計，同時價格低廉。紅外線接收裝置采用VS1838，通過遙控器操控進行功能選擇和激光筆的打靶控制。

(5)攝像頭選擇。攝像頭選用OV7620，OV7620的是一個高度集成的高分辨率(640x480)的隔行/逐行掃描CMOS數碼彩色/黑白攝像機芯片。數字視頻端口支持60HZ的YCrCb4：2：2，16位/8位格式，ZV端口輸出格式，RGB原始數據16Bit/8Bit輸出格式和CCIR601/CCIR656格式。內置串行相機控制總線(SCCB的)接口提供了一種簡單的方法控制內置攝像頭功能。

2 理論分析與計算

2.1 射擊位控制電路分析、計算

本設計中采用的是兩個同種型號的四相步進電機，分別控制檢測模塊在水平方向和豎直方向上的旋轉。由于步進電機應用于低速場合，需要加上減速裝置來細分步數以提高定位精度并減少噪聲。電機的位置和速度由導電次數(脈沖數)和頻率成一一對應關系，因此要想控制旋轉的位置和速度必須先算出步進電機的步距角。步距角的算法如下：

當函數參數為2040時步進電機轉4圈，則參數為1時步距角為

2.2 靶位檢測電路分析、計算

由于MSP430F149的RAM過小，加之其主頻最多8M，最終選擇提取12*12的圖像，首先通過串口調試攝像頭。測得距靶的最優距離大約40厘米左右。同時測得紅外線點的灰度值為所有點的最大值，中心的黑膠帶灰度值為最小值。然后根據此灰度值計算出兩點在數組中的位置，再根據40厘米的比例即可推算出環數及方位信息。

3 電路與程序設計

該部分主要由胸環靶的檢測方法與程序設計及射擊位的控制方法與程序設計組成，利用標準C編程，簡單易懂。

4 測試結果及誤差分析

4.1 彈著點檢測

測試方法：通過攝像頭識別激光槍投射在胸環靶上的彈著點光斑，并顯示彈著點的環數與方位信息。

誤差分析：外界光線及距離誤差干擾。

4.2 10環打靶

測試方法：自動控制激光槍，在15秒內將激光束光斑從胸環靶上的指定位置迅速瞄準擊中靶心(即10環區域)。

4.3 任意環數打靶

測試方法：可根據任意設定的環數，控制激光槍瞄準擊中胸環靶上相應位置。

實驗結果：由于內建坐標系，做到了精確置位。

?

實驗結果：由于內建虛擬坐標，做到了超精確定位。

［1］董磊.基于MSP430F169的步進電機控制系統.吉林大學學報［J］(信息科學版)，2011.06

［2］華成英.《模擬電子技術基本教程》.清華大學出版社.2006

［3］謝楷.《MSP430系列單片機系統工程設計與實踐》.機械工業出版社［J］2009.7

［4］OV7620數據手冊