自动报靶装置和自动报靶系统的制作方法

本实用新型涉及射击技术领域，特别是涉及一种自动报靶装置和自动报靶系统。

背景技术：

在军事训练和体育项目中，射击训练都是一个重要项目，射击训练中传统报靶方式一般由经验丰富的报靶员完成，射击成绩主要包括在靶位处查看弹着点，借助观察镜估算以及在靶位处安装摄像头，通过监控处的靶面图像人工估算。

传统的人工报靶方式需要工作人员在靶位附近的掩体中使用望远镜进行观测，依靠肉眼判断环数，这种报靶方式主观上存在视觉误差，依靠人眼识别靶纸环数，可能存误报和漏报，费时费力，工作效率不高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种提高工作效率的自动报靶装置和自动报靶系统。

一种自动报靶装置，包括生成各路输出信号的激光栅格组件，接收各路输出信号、并根据各路输出信号得到实时数据帧信息的信号处理模块，以及获取实时数据帧信息、根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息的信号分析模块，激光栅格组件与信号处理模块连接，信号处理模块与信号分析模块连接。

上述自动报靶装置，包括激光栅格组件、信号处理模块以及信号分析模块，激光栅格组件与信号处理模块连接，信号处理模块与信号分析模块连接，激光栅格组件生成各路输出信号，信号处理模块接收各路输出信号并根据各路输出信号得到实时数据帧信息，信号分析模块获取实时数据帧信息，根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息，该自动报靶装置可以直接得到射击信息，无需专人对射击信息进行人工报靶，可以有效地提高工作效率。

一种自动报靶系统，包括组网设备、上位机以及至少两个上述自动报靶装置；

各自动报靶装置中的信号分析模块分别与组网设备连接，组网设备与上位机连接。

上述自动报靶系统，包括组网设备、上位机以及至少两个上述自动报靶装置，各自动报靶装置中的信号分析模块分别与组网设备连接，组网设备与上位机连接，自动报靶装置包括激光栅格组件、信号处理模块以及信号分析模块，激光栅格组件与信号处理模块连接，信号处理模块与信号分析模块连接，激光栅格组件生成各路输出信号，信号处理模块接收各路输出信号并根据各路输出信号得到实时数据帧信息，信号分析模块获取实时数据帧信息，根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息，通过组网设备将射击信息发送至上位机，该自动报靶系统可以直接得到射击信息，无需专人对射击信息进行人工报靶，可以有效地提高工作效率，且通过组网设备可以实现上位机与自动报靶装置之间的通信，给射击训练工作带来极大的便利。

附图说明

图1为一个实施例中自动报靶装置的结构示意图；

图2为一个实施例中自动报靶装置中激光栅格组件的示意图；

图3为一个实施例中自动报靶装置中信号处理模块的结构示意图；

图4为一个实施例中自动报靶装置中信号分析模块的结构示意图；

图5为一个实施例中自动报靶系统的结构示意图；

图6为一个具体实施例中自动报靶系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种自动报靶装置，包括生成各路输出信号的激光栅格组件100，接收各路输出信号、并根据各路输出信号得到实时数据帧信息的信号处理模块200，以及获取实时数据帧信息、根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息的信号分析模块300；

激光栅格组件100与信号处理模块200连接，信号处理模块200与信号分析模块300连接。

激光栅格组件100用于生成各路输出信号，具体地，激光栅格组件100可以包括激光二极管单元和光敏二极管单元，激光二极管单元与光敏二极管单元连接，光敏二极管单元与信号处理模块连接。激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔，在正向偏置的情况下，激光二极管的结发射出光并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光。光敏二极管又称为光电二极管，是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器，管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

在一个实施例中，激光栅格组件100的示意图如图2所示，激光栅格组件包括激光二极管单元和光敏二极管单元，激光二极管单元包括水平和垂直两组带聚光透镜的激光二极管组成的激光二极管阵列，光敏二极管单元包括水平和垂直两组光敏二极管组成的光敏二极管阵列，光敏二极管阵列与激光二极管阵列一一对应，用于接收各路激光二极管发出的光线。当激光二极管发出的光线被遮挡时，对应的光敏二极管开关状态发生变化，输出相反的电位，具体来说，当激光二极管发出的光线没有被遮挡时，对应的光敏二极管的输出为低电平，用二进制0表示；当激光二极管发出的光线被遮挡时，对应的光敏二极管输出变为高电平，用二进制1表示。当每个网格边长大于子弹口径时，极有可能出现漏报的情况，理论上网格尺寸越小报靶精度越高，但硬件组成及软件处理越复杂，成本越高。以50×50cm标准尺寸的胸环靶为例，我国轻武器标准子弹口径为5.8mm，则网格边长可以设计为5mm，比子弹口径略小，这样既不会出现漏报，同时可以减小硬件及数据采集处理复杂度，这种情况需要水平和垂直至少各101路激光二极管才能保证激光网格覆盖整个靶面范围。当子弹进入激光网格时，光线遮挡的情况有四种，第一种：水平和垂直各一路被遮挡；第二种：水平一路、垂直两路被遮挡；第三种：水平二路、垂直一路被遮挡；第四种：水平和垂直各两路被遮挡。

信号处理模块200用于接收各路输出信号，并根据各路输出信号得到实时数据帧信息，具体地，信号处理模块可以包括FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，FPGA采用LCA(Logic Cell Array，逻辑单元阵列)，内部包括CLB(Configurable Logic Block，可配置逻辑模块)、IOB(Input Output Block，输入输出模块)和内部连线三个部分，现场可编程门阵列是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列，比如PAL(Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑)、GAL(Generic Array Logic，通用阵列逻辑)和CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O(Input/Output，输入输出)，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。进步一地，信号处理模块还包括存储数据帧信息的存储器，存储器与FPGA连接。其中，信号处理模块还可以包括提取数据帧信息并发送至信号分析模块的微控制器，存储器与微控制器连接，微控制器与信号分析模块连接。

在一个实施例中，如图3所示，信号处理模块200包括FPGA、FIFO(First In First Out，先进先出)存储器、微控制器、采集端ZigBee模块、锂电池、充放电管理模块、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)充电接口，太阳能充电模块、电源指示灯以及充放电指示灯，FPGA与FIFO存储器连接，FIFO存储器与微控制器连接，微控制器通过采集端ZigBee模块与信号分析模块连接，微控制器分别与充放电管理模块以及电源指示灯连接，USB充电接口、锂电池以及充放电指示灯分别与充放电管理模块连接，太阳能充电模块与锂电池连接。

信号处理模块200接收激光栅格组件100输出的脉冲信号量较多且脉冲时间较短，微控制器由于I/O(Input/Output，输入输出)口数量不足且指令只能串行执行，而FPGA具有I/O端口数量多、支持并行算法且可编程设置的特点。以水平和垂直至少各101路激光二极管为例，信号处理模块共需要接收202路数字信号，因而通过FPGA采用VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述语言)编写的内部逻辑，实现多路数字信号的接收。假设子弹速度为1000m/s，子弹长度40mm，则子弹穿过激光网格的时间为40us，即要求采集频率高于0.025MHz。FPGA对接收到的202路数字信号转换成数据帧，然后写入FIFO存储器，FIFO存储器是一个先入先出的双口缓冲器，即第一个进入其内的数据第一个被移出。微控制器提取FIFO存储器中的数据帧，通过采集端ZigBee模块发送到信号分析模块。其中，微控制器可采用低功耗单片机，比如TI的MSP430系列单片机；采集端ZigBee模块可采用TI的CC2530芯片，CC2530芯片与微控制器通过串口通信。具体来说，MSP430单片机将FIFO存储器的数据通过串口发送到CC2530的内存中，再由CC2530的无线收发器发送出去。具体地，因为锂电池供电，FPGA、FIFO存储器、微控制器以及采集端ZigBee模块均为低功耗模式；可以用移动电源或电源适配器通过USB充电接口对锂电池充电。此外，在阳光充足的时候，锂电池通过太阳能充电模块自动充电，电源指示灯用来指示信号处理模块的开关机状态，充放电指示灯为双色灯，与充放电管理模块连接，用闪烁和不同的颜色来表征锂电池的状态，具体来说，可以用红色代表电量不足需要充电，红色闪烁代表正在充电，绿色闪烁代表已充满电，绿色代表电量充足且未被充电。

信号分析模块300用于获取实时数据帧信息，根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息，预设数据帧信息与射击信息的对应关系包括各路输出信号为1001……的数据帧信息，其对应的射击信息比如射击坐标为(x1，y1)、射击环数为5环；各路输出信号为1101……的数据帧信息，其对应的射击信息比如射击坐标为(x2，y2)、射击环数为6环等等。具体地，信号分析模块可以包括嵌入式控制器，嵌入式控制器是用于执行指定独立控制功能并具有复杂方式处理数据能力的控制系统，它是由嵌入式微电子技术芯片来控制的电子设备或装置，比如微处理器芯片、定时器、序列发生器或控制器等一系列微电子器件，能够完成监视、控制等各种自动化处理任务。进一步地，信号分析模块还包括通信单元，信号处理模块通过通信单元与嵌入式控制器连接，通信单元具体可以包括ZigBee模块。更进一步地，信号分析模块还可以包括报靶单元，报靶单元与嵌入式控制器连接，报靶单元包括液晶显示器和语音播放器中的至少一种。

在一个实施例中，如图4所示，信号分析模块300包括液晶显示器、嵌入式控制器、语音播放器、射手端ZigBee模块、射手端WIFI(Wireless-Fidelity，无线网)模块、存储卡模块、移动通信处理模块、USIM卡(Universal Subscriber Identity Module，全球用户识别卡)卡槽、锂电池，充放电管理模块、充电接口、太阳能充电模块和充放电指示灯，嵌入式控制器分别与液晶显示器、语音播放器、射手端ZigBee模块、射手端WIFI模块、存储卡模块、移动通信处理模块以及充放电管理模块连接，USIM卡卡槽与移动通信处理模块连接，充电接口、充放电指示灯以及锂电池分别与充放电管理模块，太阳能充电模块与锂电池连接。

其中，嵌入式控制器可采用PHILIPS公司的ARM控制器LPC2290，液晶显示器可以包括彩色液晶屏、触摸屏FM7843控制器和彩色液晶屏SID13503控制器，具体来说，可通过C语言编写驱动和用户程序，通过触摸屏FM7843控制器将触摸信号进行模数转换，在通过ARM控制器LPC2290和彩色液晶屏SID13503控制器，将触摸动作在液晶屏上进行显示，实现触摸屏和液晶屏的控制。语音播放器可采用WT588D语音芯片，通过SPI总线与LPC2290连接，具有PWM和DAC两种输出方式，PWM输出可直接推动0.5W/8Ω的扬声器，DAC输出外接功放，可提升音质。射手端ZigBee模块与采集端ZigBee模块可采用相同的硬件，如CC2530，只需配置成不同的工作模式即可实现点对点通讯，具体来说，将射手端ZigBee模块的工作模式配置为协调器模式，设置本地地址和目标地址分别为AAAA和BBBB，配置好后重启，再将采集端ZigBee模块的工作模式配置为路由器，再设置本地地址和目标地址分别为BBBB和AAAA，其它参数与射手端ZigBee模块一致，射手端ZigBee模块可与采集端ZigBee模块即可实现数据的无线透传。

射手端ZigBee模块通过串口1与ARM控制器LPC2290通信，射手端WIFI模块可采用TI的CC3200芯片，通过串口2与ARM控制器LPC2290进行通信，由此，实现了ZigBee信号转为WIFI信号，ARM控制器LPC2290起到了网关的作用。存储卡模块与ARM控制器LPC2290连接，用于存储射击信息；移动通信处理模块具体可以采用全网通模块，USIM卡卡槽插入USIM卡后，可与外部移动通信网络连接，当指挥管理计算机远离射击现场时，信号分析模块可通过3G或4G网络将射击信息远程同步到指挥管理计算机，指挥管理计算机也可通过3G或4G网络向信号分析模块发送指令。

上述自动报靶装置，包括激光栅格组件100、信号处理模块200以及信号分析模块300，激光栅格组件100与信号处理模块200连接，信号处理模块200与信号分析模块300连接，激光栅格组件100生成各路输出信号，信号处理模块200接收各路输出信号，并根据各路输出信号得到实时数据帧信息，信号分析模块300获取实时数据帧信息，根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息，该自动报靶装置可以直接得到射击信息，无需专人对射击信息进行人工报靶，可以有效地提高工作效率。

在一个实施例中，如图5所示，一种自动报靶系统，包括组网设备400、上位机500以及至少两个上述自动报靶装置；各自动报靶装置中的信号分析模块300分别与组网设备400连接，组网设备400与上位机500连接。

上述自动报靶系统，包括组网设备400、上位机500以及至少两个上述自动报靶装置，各自动报靶装置中的信号分析模块300分别与组网设备400连接，组网设备400与上位机500连接，自动报靶装置包括激光栅格组件100、信号处理模块200以及信号分析模块300，激光栅格组件100与信号处理200模块连接，信号处理模块200与信号分析模块300连接，激光栅格组件100生成各路输出信号，信号处理模块200接收各路输出信号，并根据各路输出信号得到实时数据帧信息，信号分析模块300获取实时数据帧信息，根据预设数据帧信息与射击信息的对应关系得到实时数据帧信息对应的射击信息，通过组网设备400将射击信息发送至上位机500，该自动报靶系统可以直接得到射击信息，无需专人对射击信息进行人工报靶，可以有效地提高工作效率，且通过组网设备可以实现上位机与自动报靶装置之间的通信，给射击训练工作带来极大的便利。

在一个具体应用实施例中，一种自动报靶系统的结构框图如图6所示，自动报靶系统包括多个自动报靶装置，各自动报靶装置间相互独立，每个自动报靶装置的信号处理模块分别通过ZigBee模块与信号分析模块实现点对点无线通讯，各自动报靶装置的信号分析模块均通过组网设备与指挥管理计算机建立WIFI连接，具体可以是星状网络拓扑结构。其中，组网设备可以是无线AP(Wireless Access Point，无线访问接入点)或无线路由器，以无线AP为例，将所有信号分析模块、指挥管理计算机与无线AP设置在同一网段，即可建立无线局域网，这样可实现信号分析模块通过无线AP与指挥管理计算机建立无线通信。具体地，无线AP可采用锂电池供电的无线AP，或带USB供电接口的无线AP，这样就可通过指挥管理计算机的USB接口供电，以适应户外射击训练需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。