基于無線通訊的智能靶標控制系統設計

施寒天

（南京晨光集團 伺服技術研究所，江蘇 南京 210000）

0 引言

目前我軍大部分靶場在進行作戰訓練時，靶標一般使用的是機械組合式裝置，根據需要放置在靶區內各個固定位置。由于靶標不能進行運動控制，所以無法模擬真實戰場目標的運動情況，并且訓練時必須安排人員查看靶標打擊結果，不僅費時費力而且存在一定的危險性。這樣的訓練及檢測方法遠不能滿足現代化、信息化科技練兵的要求，極大的限制和制約著訓練水平的提升。

針對傳統靶標的缺點，提出設計一種基于無線通訊的智能靶標控制系統。通過控制系統，靶區內所有目標靶組成一個有機的整體，操作者可以在指揮中心進行遠程控制，可對靶區內所有目標靶進行單點動作控制，也可使靶區內各目標靶按事先設定好的動作時序自動動作。對打靶結果可實現遠程實時傳輸，無需安排人員現場查看，實現報靶的自動化、精確化、智能化。

1 控制系統的組成及功能

控制系統主要由無線通訊系統及目標靶終端控制器組成。指揮中心通過無線通訊系統將控制指令傳送到各目標靶終端控制器，各終端控制器的狀態也可以通過無線通訊系統上傳至指揮中心，并在屏幕上實時顯示。終端控制器接收指揮中心的控制指令，并根據指令內容驅動各目標靶進行相應動作。

2 無線通訊系統組成及工作原理

無線通訊系統在指揮中心及目標靶終端控制器之間傳輸控制指令及目標靶狀態參數，系統主要由上位機系統、智能遙控主機、智能遙控接收差轉臺組成。

上位機系統將控制信號傳輸給智能遙控主機，傳輸距離不大于30m，采用有線通訊方式，使用RS485傳輸協議；智能遙控主機接收到上位機系統的控制信號后，與智能遙控接收差轉臺進行通訊，傳輸距離為10km，根據實際傳輸的效果，中間可增加相應數量的中繼站進行信號轉發，通訊采用無線方式，通訊協議為ZigBee，通訊頻率900MHz，通訊距離最大為20km；智能遙控接收差轉臺位于靶區，與指揮中心距離為10km，接收遙控主機的控制信號，根據控制信號內容，將控制指令發送到指定的目標靶終端控制器，通訊采用無線方式，通訊距離為1km，采用ZigBee通訊協議，通訊頻率900MHz。上位機系統、智能遙控主機、智能遙控接收差轉臺、目標靶終端控制器之間采用雙向通訊方式，可以互相收發。

2.1 系統硬件組成

1）上位機系統

上位機系統由UPS、軍用筆記本、機柜、上架打印機、VXI系統、控制盒、電源箱組成，可以通過有線、無線兩種方式，對靶區內所有目標靶進行各種動作控制、狀態監測、故障診斷等。

2）智能遙控主機

智能遙控主機安裝在室外，由高增益定向天線、ZigBee通訊模塊、微處理器、485通訊模塊及電源模塊組成。485通訊模塊完成與上位機的雙向通訊；ZigBee通訊模塊配合高增益定向天線完成與智能接收差轉臺的10km無線通訊，實現ZigBee協議的各種軟硬件要求；電源模塊根據電路的供電要求，實現各種電壓變換及穩壓功能；微處理器為智能遙控主機的控制核心。

3）智能接收差轉臺

智能接收差轉臺由高增益全向天線、高增益定向天線、2塊ZigBee通訊模塊、微處理器、24V蓄電池及電源模塊組成，各部分功能與智能遙控主機類似，2塊ZigBee通訊模塊分別實現與智能遙控主機及各目標靶終端控制器之間的無線通訊，根據實際通訊效果，智能遙控主機與智能接收差轉臺之間可增加相應的中繼站，中繼站設計成與智能接收差轉臺硬件結構上一致，只是通訊模塊工作模式不同，這樣便于系統的維護，數量可根據需要增減。

2.2 系統軟件設計

通訊軟件運行于指揮中心的上位機，根據用戶的操作，發出各目標靶動作的控制指令，顯示各目標當前運行狀態，并對各目標靶狀態、操作、歷次演示結果等數據進行判讀管理。

軟件主要分為如下幾個部分：自檢模塊、控制模塊、系統維護、系統幫助。各模塊主要功能如下：

1）自檢模塊：包括通訊自檢和靶標自檢，檢測系統通訊是否正常及系統內各目標靶地址和工作狀態；

2）控制模塊：根據用戶的操作，軟件調用相應的功能函數，完成操作。包括控制指令的輸出、精度數據的接收，并實時顯示所有靶的當前運行狀態；

3）系統維護：包括演習前的控制流程輸入、演習過程中的數據管理、對歷次演習的數據維護及數據報表輸出；

4）系統幫助：對軟件操作過程中的各種按鈕及命令進行實時提示，對出現的各種故障進行提示，幫助用戶解決故障。

3 終端控制器的組成及工作原理

各目標靶終端控制器為核心部件，每個靶標一個，對所有控制量進行控制，同時可對靶標配件進行控制。

3.1 終端控制器的硬件組成

目標靶終端控制器由全向天線、ZigBee通訊模塊、微處理器、電機驅動模塊、精度評估模塊、繼電器輸出模塊、48V蓄電池及電源模塊組成。

ZigBee通訊模塊配合全向天線完成與智能接收差轉臺的無線通訊；微處理器為控制核心，根據控制指令控制電機驅動模塊及繼電器輸出模塊，實現對目標靶的動作控制；精度評估模塊檢測靶標擊打結果，供上位機調用查看。

3.2 終端控制器的軟件設計

控制器從上電開始，首先進行內部寄存器的初始化，主要包括中斷寄存器、定時器寄存器、堆棧指針以及異步通訊端口的初始化。然后進行系統狀態自檢工作，包括部分控制節點的供電情況以及連接器是否插好。最后進入主程序循環，在主程序中，通過查詢命令代碼，來調用相應的處理函數。移動靶控制輸出主要包括小車的前進、后退以及停止操作，靶面的起、豎操作。

4 結束語

目前該智能靶標控制系統已通過各項驗證試驗，并已交付部隊供訓練演習使用，得到了部隊的認可，證明該智能靶標控制系統可代替傳統靶標，有效提高部隊的訓練質量，滿足部隊現代化、科技化的練兵需求。

［1］耿立中,王鵬,馬騁,賈惠波.RS485高速數據傳輸協議的設計與實現[J].清華大學學報:自然科學版,2008(8).

［2］周怡颋,凌志浩,吳勤勤.ZigBee無線通信技術及其應用探討[J].自動化儀表,2005(6).