激光打靶多路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 銳， 周 健

（1. 中北大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院, 太原 030051； 2.國(guó)營(yíng)781廠, 蘭州 730000）

0 引言

在我國(guó)部隊(duì)中，戰(zhàn)士在進(jìn)行射擊打靶訓(xùn)練時(shí)，現(xiàn)在一般仍采取傳統(tǒng)的實(shí)彈射擊訓(xùn)練方法，激光模擬訓(xùn)練器材還沒(méi)有裝備使用，實(shí)彈射擊訓(xùn)練不僅浪費(fèi)彈藥，而且危險(xiǎn)性高，組織實(shí)施比較困難。用激光射擊系統(tǒng)模擬實(shí)彈射擊，節(jié)省了彈藥的同時(shí)又能提高訓(xùn)練的安全性并獲得實(shí)彈射擊同樣的效果，大大提高戰(zhàn)士們的實(shí)際水平。利用含有激光技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器和微電子技術(shù)的模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)國(guó)防建設(shè)現(xiàn)代化，軍事訓(xùn)練智能化、提高部隊(duì)整體素質(zhì)，以及節(jié)約國(guó)防開(kāi)支都具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)在通信過(guò)程中的性能，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用RS485總線進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的通信。系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)用串口控件與外部的RS232C進(jìn)行通信，RS232C與RS485總線標(biāo)準(zhǔn)間的轉(zhuǎn)換通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。各單片機(jī)與RS485總線的連接通過(guò)SN75176芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量為12個(gè)終端和一臺(tái)控制器(計(jì)算機(jī))，2者都與RS485總線進(jìn)行連接通信，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求，其總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 多路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)

2.1 RS485總線電路設(shè)計(jì)

RS485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，電路結(jié)構(gòu)是在平衡連接電纜兩端由終端電阻，在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器。在一般的RS485總線多機(jī)串行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，均采用主從式結(jié)構(gòu)。圖2所示為采用SN75176芯片和RS485總線構(gòu)成的單片機(jī)間多機(jī)通信的原理圖。

圖2 采用RS485構(gòu)成的多單片機(jī)通信原理圖

如圖2所示，在總線末端需要接一個(gè)匹配電阻，來(lái)吸收總線上的反射信號(hào)，保證正常傳輸信號(hào)干凈、無(wú)毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。

2.2 微機(jī)的串行通信協(xié)議設(shè)計(jì)

要保證通信的可靠性，必須有嚴(yán)格的通信協(xié)議。下面是本設(shè)計(jì)中涉及到的最基本的幾條協(xié)議:

(1)系統(tǒng)中從機(jī)容量最多可為255臺(tái)，分別設(shè)置其地址為00H～FEH；

(2)地址FFH是對(duì)所有從機(jī)都起作用的一條控制命令，命令各個(gè)從機(jī)可以恢復(fù)SM2=1時(shí)的狀態(tài)；

(3)數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度設(shè)為16個(gè)字節(jié)；

(4)主從機(jī)間的聯(lián)絡(luò)過(guò)程為:主機(jī)首先發(fā)送地址，被尋址從機(jī)返回本機(jī)地址給主機(jī)，如果判斷其地址相符后，主機(jī)給其發(fā)送控制命令，該從機(jī)根據(jù)主機(jī)的命令回送主機(jī)本機(jī)的狀態(tài)，如果主機(jī)判斷狀態(tài)正常，則開(kāi)始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，其第一個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度；

(5)設(shè)定主機(jī)發(fā)送的控制命令代碼為:

00:要求從機(jī)接收數(shù)據(jù)塊；

01:要求從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)塊；

(6)從機(jī)狀態(tài)字的基本格式為：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ERR 0 0 0 0 0 TRDY RRDY

ERR=1，從機(jī)接收到非法命令；

TRDY=1，從機(jī)發(fā)送準(zhǔn)備就緒；

RRDY=1，從機(jī)接收準(zhǔn)備就緒。

本系統(tǒng)采用的標(biāo)準(zhǔn)是異步串行通信模式，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式設(shè)置為11位，即:1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位校驗(yàn)位、1位停止位。

通信協(xié)議包括3種幀格式:呼叫幀、應(yīng)答幀和數(shù)據(jù)幀。

呼叫幀是由上位機(jī)發(fā)出的，它的格式為起始字符、下位機(jī)地址和異或校驗(yàn)位。依據(jù)其功能細(xì)分為呼叫幀1和呼叫幀2，呼叫幀1用來(lái)輪詢各臺(tái)下位機(jī)的狀態(tài)；呼叫幀2則用來(lái)關(guān)閉輪詢，而只與一臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行通信，接下來(lái)上位機(jī)開(kāi)始與某一臺(tái)下位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行一對(duì)一的大量數(shù)據(jù)通信。

應(yīng)答幀只能由下位機(jī)發(fā)出。當(dāng)下位機(jī)收到呼叫幀后，把本機(jī)地址和當(dāng)前狀態(tài)回發(fā)給上位機(jī)。

上下位機(jī)都能發(fā)出數(shù)據(jù)幀，這是上下位機(jī)間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖袷?。在發(fā)數(shù)據(jù)幀前，上位機(jī)通過(guò)呼叫幀2與某一臺(tái)下位機(jī)形成一對(duì)一的連接。

2.3 通信功能實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)

控制AT89S52單片機(jī)串行口的控制寄存器共有2個(gè)：特殊功能寄存器SCON和PCON，分別用于設(shè)定4種不同的通信方式及定義波特率。它的串行口工作方式3是可變波特率的9位數(shù)據(jù)異步通信方式，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為11位:1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位、l位附加的校驗(yàn)位和1位停止位(1)。其中附加的第9位數(shù)據(jù)是可編程的，利用這一可控的第9位數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)置好傳輸波特率和數(shù)據(jù)傳輸格式就可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。主機(jī)與從機(jī)的通信程序流程框圖如圖3所示。其中：左圖為發(fā)送流程圖；右圖為接收流程圖。

圖3 通信程序設(shè)計(jì)流程圖

2.4 Visual C++編程實(shí)現(xiàn)串口通信

本系統(tǒng)使用Visual C++中的MScomm控件實(shí)現(xiàn)串口通信功能。MScomm是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。

(1)在建立的Project中添加了類CMSComm，打開(kāi)“Project->Add to Project ->Components->and Controls-> Registered ActiveX Controls”菜單選擇Components: Microsoft Communi -cations Control version 6.0；(2)在對(duì)話框上添加MSComm控件及其ID的控制變量；(3)對(duì)串口進(jìn)行初始化，設(shè)置MSComm控件的屬性；(4)添加串口事件的消息處理函數(shù)OnComm()函數(shù)，在函數(shù)中編寫數(shù)據(jù)處理代碼；(5)編寫串口發(fā)送等其它代碼；(6)關(guān)閉串口。

3 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)論

圖4是用Microsoft Visual Studio 2008編寫測(cè)測(cè)試程序，從圖中可以看出，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，基本實(shí)現(xiàn)了激光打靶數(shù)據(jù)通信的功能。后續(xù)的工作還要完善計(jì)算機(jī)上位機(jī)程序，完成激光打靶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。

圖4 測(cè)試程序顯示結(jié)果

本文所述的激光打靶多路數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)滿足了我軍部隊(duì)射擊模擬訓(xùn)練的需要。體積小，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，完全擺脫了其他電子訓(xùn)練設(shè)備臃腫的外貌。操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，提高了部隊(duì)進(jìn)行群體射擊訓(xùn)練的效率。解決了激光打靶系統(tǒng)的連網(wǎng)問(wèn)題，滿足了部隊(duì)群體訓(xùn)練的需要。

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