基于STC15W408AS單片機(jī)的水彈槍控制系統(tǒng)

馬良 劉庭君 言勐 葛運(yùn)龍

摘要：為解決現(xiàn)有水彈槍模擬射擊系統(tǒng)功能單一，實(shí)戰(zhàn)效果差的問題，本文設(shè)計了一款基于STC15W408AS單片機(jī)的水彈控制系統(tǒng)。本設(shè)計采用單片機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)，包含射擊模塊、震動模塊、nRF24L01無線通信模塊以及顯示模塊，改變了傳統(tǒng)水彈槍模擬射擊系統(tǒng)存在的不足，提高了水彈槍模擬實(shí)戰(zhàn)的效果，對于提高軍警以及安保人員實(shí)戰(zhàn)化水平有重要意義。

關(guān)鍵詞：水彈槍控制系統(tǒng);STC15W408AS單片機(jī);無線通信技術(shù)

隨著國內(nèi)外安全形勢在新時期新階段的變化，軍警及安保公司擔(dān)負(fù)的安保任務(wù)日趨繁重，難度也在不斷加大。對于單個安保人員而言輕武器射擊能力是其基礎(chǔ)技能之一，戰(zhàn)斗力在很大程度上取決于對武器的熟悉程度和使用效果^[1]。

現(xiàn)有傳統(tǒng)非實(shí)彈模擬安保訓(xùn)練中多采用橡膠槍作為訓(xùn)練裝備，由于橡膠槍無法擊發(fā)，不能模擬槍支射擊的真實(shí)效果，很難達(dá)到安保訓(xùn)練貼近實(shí)戰(zhàn)化的要求^[2]。同時激光模擬射擊系統(tǒng)因其射擊介質(zhì)無法模擬彈著點(diǎn)，無法真實(shí)有效的模擬實(shí)戰(zhàn)中槍支擊發(fā)效果。水彈作為擊發(fā)介質(zhì)，可有效模擬在真實(shí)環(huán)境中槍支的射擊效果。水彈槍通過電機(jī)控制完成水彈擊發(fā)，適用于單片機(jī)進(jìn)行中控。

本設(shè)計以水單槍的上述優(yōu)點(diǎn)為基礎(chǔ)，參考現(xiàn)有訓(xùn)練條件，設(shè)計了一款以水彈為擊發(fā)介質(zhì)，由STC15W408AS單片機(jī)控制的水彈槍控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用有助于提高軍警及安保公司在面臨多樣化任務(wù)時的應(yīng)對能力，減輕訓(xùn)練過程中人力和財力的消耗，避免了由于數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致測試公正性差和訓(xùn)練效果低等問題的出現(xiàn)。

一.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能要求

本設(shè)計采用單片機(jī)控制水彈槍，以水彈為擊發(fā)介質(zhì)，在軍警以及安保人員訓(xùn)練時通過此模擬控制系統(tǒng)達(dá)到提高實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練水平的效果，所要實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）利用射擊模塊模擬步槍的單發(fā)/連發(fā)模式。

（2）利用震動模塊的震動效果模擬開槍射擊時產(chǎn)生的槍支后坐力。

（3）利用無線通信模塊，在水彈槍子彈為“0”或者生命值為“0”時進(jìn)行自鎖，以及對“攻擊目標(biāo)”開啟傷害模式。

（4）利用顯示模塊顯示當(dāng)前單個彈夾內(nèi)剩余的子彈數(shù)、子彈總剩余數(shù)，達(dá)到顯示單兵攜帶的子彈數(shù)量的目的。

1.2 水彈槍控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

水彈槍利用擊發(fā)水彈模擬子彈發(fā)射過程，同時模擬彈著點(diǎn)位置。2位切換開關(guān)模擬步槍的單發(fā)狀態(tài)和連發(fā)狀態(tài)，可控按鍵模擬裝彈。可控震動電機(jī)模擬槍支射擊時產(chǎn)生的后坐力。無線通信模塊實(shí)現(xiàn)與人體靶上的接收裝置的通信，當(dāng)人體靶上的接收裝置判定生命值為“0”時，通過無線通信模塊向與其配套的水彈槍中控單片機(jī)發(fā)送指令，停止對水彈槍供電，槍支自鎖，無法射擊。顯示屏顯示當(dāng)前單個彈夾內(nèi)的剩余子彈數(shù)和子彈總剩余數(shù)，同時顯示槍是否自鎖。

二 模塊功能

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計中將硬件分為電源轉(zhuǎn)換模塊以及5個功能模塊，即STC89C52RC主控模塊、射擊模塊、震動模塊、無線通信模塊、顯示模塊。

2.1 電源轉(zhuǎn)換模塊

電源電路為硬件各模塊提供工作電源。電源電壓為7.4V，其中LM7805芯片將7.4V降為5V，為單片機(jī)主控模塊、射擊模塊中的單/連發(fā)控制部分、震動模塊以及顯示模塊供電;LM1117-3.3芯片將5V降為3.3V，為無線通信模塊供電。射擊模塊中的發(fā)射電機(jī)由電源直接供電。

2.2 ?STC15W408AS單片機(jī)主控模塊

STC15W408AS單片機(jī)主控模塊的主要功能為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。在設(shè)計中，中控芯片需要控制射擊模塊、震動模塊、無線通信模塊、顯示模塊等。

2.3 射擊模塊

射擊模塊用于對射擊過程進(jìn)行模擬。射擊模擬電路由按鍵電路、水彈發(fā)射電路和單/連發(fā)選擇電路三個部分組成。按鍵電路實(shí)現(xiàn)裝彈和扣動扳機(jī)的模擬，水彈射電路實(shí)現(xiàn)子彈發(fā)射的模擬，單/連發(fā)控制電路用實(shí)現(xiàn)步槍射擊狀態(tài)的模擬。

2.4 震動模塊

后坐力模擬模塊電路對步槍擊發(fā)過程中產(chǎn)生的后坐力進(jìn)行模擬。電路設(shè)計中利用單片機(jī)控制繼電器實(shí)現(xiàn)對震動電機(jī)電源的控制，利用電機(jī)的震動模擬出步槍擊發(fā)過程中產(chǎn)生的后坐力。

2.5 無線模塊

無線通信模塊電路為射擊模擬器和人體靶接收裝置搭建了數(shù)據(jù)交互的橋梁。水彈射擊模擬裝置和人體靶接收裝置采用nRF24L01無線模塊進(jìn)行通信，電路連接方式相同。nRF24L01無線模塊是一款工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM頻率段的無線模塊，其工作電壓在3V～3.5V，模塊工作在數(shù)據(jù)收發(fā)模式下工作電流小于12.3mA，工作在掉電模式下工作電流小于900nA。兩個同類型的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效通信距離可以達(dá)到150M，并支持一收多發(fā)的工作模式。

2.6 顯示模塊

顯示模塊用于顯示單個彈夾內(nèi)剩余子彈數(shù)和子彈總剩余數(shù)，以及水彈槍是否自鎖。為了讓使用者直觀地了解到以上信息，采用LCD12864顯示屏進(jìn)行顯示。

水彈槍控制系統(tǒng)整體電路圖如下：

三 結(jié)論

通過測試，本設(shè)計可達(dá)到預(yù)期目的，能夠較好的模擬使用真實(shí)槍支時的情景。

參考文獻(xiàn)

[1]. 陳效華，徐誠.臥姿有依托射擊條件下的自動步槍動力分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].兵工學(xué)報，2015（01）：1-4.

[2]. 劉大明，韓俊海，侯懷林.95式自動步槍射擊動作研究[J].軍事體育進(jìn)修學(xué)院學(xué)報，2015（04）：100-102.

（作者單位：武警警官學(xué)院）