基于STC12C5A60S2單片機的水彈感應靶

劉庭君 馬良 楊悟宇 葛運龍

摘要：傳統的激光交戰訓練模擬系統不能很好的模擬近距離實戰。在近距離射擊過程中，水彈槍與實彈槍的彈道、彈著點高度相似，但在實際應用中卻沒有一種合適的接收感應設備。本文設計了一種能夠感應水彈的水彈感應靶，完善了水彈槍對抗系統，擴展了水彈槍的應用范圍。

關鍵詞：水彈槍;STC12C5A60S2單片機;水彈感應靶

軍事訓練中，以激光為介質的交戰訓練模擬系統被廣泛應用，這種系統具有作用距離遠，指向性優良，延時低的特點，適合應用于中遠距離，較大規模的演習演練中。然而在實際使用過程中，此類系統的優勢并不能較好地應用于以CQB一類近距離交戰為主的戰斗訓練中。如無法明確彈著點，不能模擬真實彈道等。隨著水彈槍在全世界范圍內的興起，其安全、價格低廉、能夠射出物理子彈的特點，使之成為軍警在CQB訓練中理想的選擇。

本文應用STC12C5A60S2單片機、壓電薄膜、無線通信等技術提出了一款能夠感應水彈槍射出水彈，并識別命中部位，進而計算相應傷害的水彈感應靶，能夠模擬實戰中可能出現的中彈情形，為CQB訓練中擊斃、擊傷目標提供了判斷結果，可為軍警演練演習和臨戰訓練效果提供借鑒。

一、系統結構

通過對水彈感應靶所需要實現的具體功能及要達到的效果進行分析，并選擇相應的元器件以達到預期目的。

1.單片機的選擇

本文所設計的水彈感應靶需要實現水彈感應、生命值計算、生命值顯示、“死亡”報警等功能，需要應用22個I/O口，一個外部中斷。經綜合考慮最終選用宏晶公司生產的STC12C5A60S2單片機作為控制核心。該單片機具有高速、低功耗、等特點，指令代碼完全兼容傳統51單片機，具有較好的擴展性和適應性，能夠較好的滿足本設計的需求。

2.生命值顯示模塊的選擇

生命值顯示模塊選用型號為KYX-B10BGYR的10段4色LED光條，原因如下：

從顯示效果來看，在高強度、高節奏的CQB戰斗中簡單幾何圖案加顏色的顯示模式比文字更容易使人獲得其中的信息，10段4色LED光條通過長短和顏色變化向使用者直觀的顯示血量占比和所在區間;從戰術要求來看，“血量”不宜過于精確，10段4色LED光條的顯示模式能夠為使用者顯示一個大致的狀態范圍，便于使用者根據自身受傷情況制定下步行動;從控制角度來看，10段4色LED光條控制靈活，可以采用10個I/O口分別控制或通過譯碼器減少所需I/O口數，同時可以將10個LED按需分為幾組分別控制;從編程角度來看;10段4色LED光條占用單片機資源低，只需在血量變化時同時刷新即可。

3.水彈感應模塊的選擇

通過水彈在有效距離內擊中人體仍有相當動能這一特性，本設計決定以壓力傳感為主，無線通信確認排除干擾信號為輔的方案。

在目前常見的幾種壓力傳感器中，通過結合設計需求最終選用了半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器。半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號。其特點是體積小、質量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統）技術的發展，半導體傳感器向著微型化發展，而且其功耗小、可靠性高，較好的滿足了本設計的需求。

二、硬件設計

系統硬件電路的設計是系統方案實施的第一步，通過對系統硬件電路設計，完成對單片機資源的分配，如I/O口的分配，進一步對系統的設計方案進行驗證與完善。

1.單片機最小系統設計

單片機最小系統是滿足單片機正常運行的最簡電路，本設計中采用5V電源供電。在單片機的XTAL1、XTAL2引腳之間并接一個11.0592MHz的石英晶和2個30pF的陶瓷電容構成一個晶振電路。所采用的STC12C5A60S2單片機內部集成MAX810復位電路，因此不再構建外圍復位電路。

2.煙霧報警模塊設計

本設計中設置煙霧發生模塊用于在感應靶“血量”為0時的報警。由于煙霧發生模塊所需驅功率較大，因此采用了8550“PNP”型三極管作為“開關”來控制煙霧發生。單片機通過P23口串聯的限流電阻后接入PNP型三極管的基極。P23口通常處于高電平，此時三級管處于開路狀態，煙霧發生器不工作。當P2.3口處于低電平時，三極管導通，發煙器點火發煙。

3.壓力傳感器設計

在本設計中，使用壓電薄膜將水彈擊中時的動能按一定規律轉換為電阻值，再由轉換電路將連續變化的阻值轉換為高低電平。轉換電路由LM393雙電壓比較器集成電路、可調電阻、固定阻值電阻構成。當水彈擊中壓電薄膜時，壓電薄膜阻值從無窮大迅速變為數百歐姆，使電壓比較器同向輸入端電壓高于反向輸入端，比較器產生一個較高的電平并輸出給無線通信模塊。

系統電路如如下：

結語

本文設計了一種以STC12C5A60S2單片機為控制核心的水彈感應靶。目的在于解決在以往的訓練和模擬戰斗過程中，使用水彈槍作為訓練槍支時“命中情況靠自覺”的窘迫境地，為軍警的近距離戰斗訓練、民用真人CS對抗等提供了更加優化的器材選項。

參考文獻

[1] 陳桂友. 增強型8051單片機實用開發技術[M].北京航空航天大學出版社，2016.

[2]林立.單片機原理及應用—基于Proteus和Keil C[M].電子工業出版社，2014.

[3]渠云田. 電工電子技術[M].高等教育出版社，2013.

（作者單位：武警警官學院）