基于氣體壓力傳感的智能刺殺對抗護具系統

楊 程 尹文剛

武警警官學院 四川 成都 610000

引言

刺殺對抗現已成為武警部隊實戰化練兵必不可少的一項訓練內容，但當前刺殺對抗的護具只能簡單護體，組訓者也只能通過耳聽和目測判斷對抗雙方是否刺中，刺中的力度大小，這遠遠跟不上科技強軍的時代號角。本課題以氣壓檢測為核心技術，設計了一套基于氣壓傳感的智能刺殺對抗護具系統。該系統使組訓者和參訓者不僅可以清晰明了的判斷對抗雙方輸贏，更能精確掌握刺殺對抗過程的各項數據。

1 系統整體方案設計

該系統以STC12C5A60S2單片機為主要控制器，通過采集木槍刺中護具前后護具內氣囊的氣壓變化程度和刺中的不同區域，分析參訓者技能的熟練度；在訓練過程中采集受訓者的體溫和心率；且通過三種方式表達各項數據：串口屏顯示、語音提示和手機藍牙查看。核心處理器采用STC12C5 A60S2單片機，外接RSCM17100KP501氣壓傳感器模塊，集成了一個惠斯通電橋傳感器與調理芯片。

2 系統硬件電路設計

2.1 氣壓傳感模塊設計 系統設計中選用型號為RSCM17100KP501的氣壓傳感器模塊，模塊內含差分放大、自動校準、溫度補償等電路，可直接輸出一個模擬電壓，MCU的ADC口讀此電壓后便可判斷相應的壓力值。其電路原理如下圖2所示：

圖2 氣壓傳感器模塊電路原理圖

2.2 串口顯示屏接口電路設計 為了更好清晰、直觀的顯示刺殺對抗數據采集信息，此設計選用了簡單且實用的淘晶馳串口屏。此款串口屏通過上位機開發觸摸屏，觸摸屏里面的所有內容都可以通過上位機進行設置，包括圖片、觸摸屏中的按鈕、文本控件和其他功能效果顯示，其開發起來不僅非常簡單方便，而且后期達到的效果相比之下更佳。

3 系統軟件設計

系統軟件采用模塊化設計方法，基于Keil軟件平臺開發。系統上電后，初始化各個變量、串口0、串口1，然后進入到等待開始按鈕的觸發程序，當檢測到開始按鈕按下時，先采集一次心率和體溫并保存起來；然后初始化體溫傳感器、心率傳感器和氣壓傳感器并開始檢測。此時時鐘電路觸發，系統將進行倒計時。開始檢測后當氣壓發生改變時，表示護具受到了攻擊，系統開始計算改變前后的氣壓差值大小并計算其變化頻率，最后將其數值轉化成擊打力度大小，模擬計算出受傷的程度，通過虛擬血條的方式在驅動屏幕顯示、語音播報和藍牙發送。當擊打力度超出設定值或倒計時完成時計算訓練消耗的能量，并測量心率，且驅動屏幕顯示、語音播報和藍牙發送總能量與心率。系統軟件流程圖如下圖3所示：

圖3 系統軟件設計流程圖

4 結論

此設計具有模擬實戰的游戲體驗感，初步實現了實戰化練兵，促進官兵練兵備戰的積極性的目標。此設計充分利用了氣壓傳感器的驅動和數據采集，相關通過串口屏顯示，數據清晰明了，為組訓者采集訓練數據提供了相關保障。此設計對未來刺殺對抗護具的改進具有一定的參考意義。