基于MSP430 的快速高精度激光枪自动射击装置设计

伍芷娴 周仁红 吴晓玲

成都理工大学核技术与自动化工程学院 四川成都 610059

【文章摘要】

针对目前激光射击模拟训练系统复杂、精度低、效率不高等性能的不足，提出以MSP430 超低功耗处理器为核心的激光枪自动射击系统设计，该智能激光系统能击中环靶上的某一位置并用摄像头获取其弹着点图像，进行弹着点位置识别，最终将弹着点位置及时准确的显示在液晶屏。本设计以两个MSP430 单片机分别控制激光枪的运转和图像采集，以实现打靶弹着点的精确调整和图像的迅速捕获与识别。

【关键词】

MSP430 ；图像获取及识别；高精度

0 引言

随着现代社会的飞速发展，国防综合实力对于一个国家的安定发展显得尤为重要。在打靶射击训练方面，大多以实打实投为主，危险性高，投入量大。因此，模拟射击装置可以有效避免此类问题，不仅可以提高射击训练效率，更大大降低危险率，节省国防开支[1]。传统模拟射击装置一般采用51 系列单片机控制系统，这种装置应用广泛，但由于其复杂算法的局限，使得该装置复杂度高、精确度低，已经不能满足现代国防高质量的射击训练要求。因此，在传统模拟射击装置系统基础上作出改进十分必要。

本设计采用MSP430F169 单片机作为控制系统，由于其强大的处理能力、丰富的片内外围模块、方便高效的开发环境、超低功耗以及系统工作稳定等优点，采用两片MSP430F169 单片机分别对8 个单元模块进行监测和控制，减轻了CPU 的负担，提高系统的工作效率，通过摄像头视频处理技术获取环靶上弹着点图像并进行处理，由无线收发模块(nrf24L01) 进行数据传送，最终实现将弹着点信息显示在液晶显示器。

1 自动射击装置基本原理

电源电路运用MC7805 将直流12V 稳压输出直流5V，在实际应用电路中芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需要在芯片引出脚根部接小容量（0.1µF ～ 10µF）电容Ci、C0 到地。Ci 用于抑制芯片自激振荡， C0 用于减小高频噪声。

由于摄像头采集的数据量大和单片机内存较小的特点，需要将数据缓存，将摄像头所采集的数据首先送入外部存储器（FIFO 存储器）存储图像像素点的数据， 单片机从FIFO 中依次取出数据进行处理和分析。

为了便于图像处理，需要开辟两个缓冲区，分别用于保存当前图像以及处理上一次图像。单片机的RAM 就不够用，需将图像进行压缩处理使最终的图像大小为88×72，既满足控制精度的要求，也能解决RAM 不足问题。在FIFO 存入数据时，采集的第一幅图像存取的是一张无弹着点的参照图像。再对每一行定义一个阈值，每一行都用该行的阈值进行分割。最后按照以下规则进行阈值传递：若第r 行分割出来的黑色区域是连续的，则计算目标区域和背景区域的平均灰度值，作为当前行和下一行的阈值。若第r 行分割出来的黑色区域是空集或者不连续，则保持当前行和下一行的阈值不变。

2 激光枪自动射击装置系统设计

2.1 系统硬件部分

本设计中系统的核心部分是FIFO 模块对数据的采集和处理。将直流12V 稳压输出直流5V 的电源电路对于整个系统也至关重要。其中FIFO 模块电路原理图和电源电路原理图如图附件所示。

2.2 系统的软件部分

该设计将摄像头设置为输出CIF （352×288）格式的图像，输出数据格式为YUV（4:2:2）。若我们只取Y 量，即可得到黑白图像。一次图像采集完成后，得到一幅原始二值图像信息，同时将标志cunchu1 置1。当主程序检测到此标志时启动程序。考虑到图像中有效的信息为简单的光亮斑点，必然具有一定的连续性，所以，可以采取将图像从左至右依次逐行邻域查询的方法，即根据已经确定的亮斑位置，在此亮斑的一个邻域内查找亮点，超出此领域的亮点都认为是无效的。按此方法，只要能够确定某一行亮点块的中心位置，便能逐行确定有亮点块的位置，最后取出有亮点块的数据存入单片机。

3 系统测试与结果分析

自制环靶是在不反光的白布上画一组（6 个）相距5cm 的同心圆（先款不超过1mm），白布长80cm，宽80cm，离地面高度2cm，最内圆环直径10cm，圆环内为10 环区域，从最内环至最外环依次分别为9、8、7、6、5 环区域，最外环外为脱靶。直尺精度0.1cm，米尺精度0.1m。对该系统进行液晶显示器显示弹着点的环数与方位信息的测试，多次测试取实验结果平均值。从该装置系统的实验数据可以得到：液晶显示器显示任务很好地完成。

4 结论

本设计是研究智能快速高精度激光枪自动射击的装置，通过对该系统的设计以及试验过程中的调试和不断改进，可以得出以MSP430 超低功耗处理器为主要特点的激光枪自动射击系统，不仅简化该装置降低了复杂度，也提升了其精确度。系统以两个MSP430 单片机分别控制激光枪运转以及图像采集处理，减轻了CPU 的负担，单片机的处理速度得到改善，提高了系统的工作效率。

【参考文献】

[1] 谭洪. 激光枪自动射击装置设计与实现, 机械研究与应用,2013（1）

[2] 万胜前. 基于MSP430F449 单片机的24BYJ48 步进电机控制, 鄂州大学学报, Vol.18,2008(2)

[3] 唐磊. 基于MSP430 步进电机控制器的设计，煤炭技术， Vol.30,2010(3)

[4] 孙敏. 基于MSP430 步进电机驱动位移检测系统的研制，电气传动， 2003(5)025