原创 【TI博客大赛】基于TI的MSP430F247自动射击打靶装置

自动射击报靶装置

(一)作品背景：

      射击自动报靶装置是随着现代科学技术的巨大进步发展起来的新型报靶技术。目前，我国的射击训练器材性能情况还比较落后，大多数是人工报靶，少数是自动报靶系统。随着图像处理技术的发展和各种处理器速度的不断提高，数字图像处理技术，特别是图像识别技术己经在诸多领域得到了广泛应用。例如，车牌识别、汽车自动驾驶系统、人脸识别、指纹识别与匹配系统等都是图像识别技术在实际中的典型应用。“基于图像处理技术的自动报靶系统”就是这样一个包括了图像采集、图像识别和数据库处理的典型系统。使用这种自动报靶系统就好像是使用了一个“电子眼”，它会代替报靶人员的眼睛，在实弹射击过程中不间断的对靶面进行观测。对不同靶位上的每一次射击都采用相同的算法、规则和精度来判定。比手工报靶更客观，更公正，有较高的可用性。

在现实生活中我们把研究成本低，精度高和适应能力强的自动报靶系统成为追求的目标，而图像处理类产品成本上只需普通摄像头和处理器，且随着图像处理新技术、新方法的不断提出，在报靶精度和适应性上也将逐步满足部队和训练要求，故研究基于图像处理的自动报靶系统对于在体育个人技术训练和在部队中的应用具有广阔的前景。

我们小组在暑假期间，参加2012年四川省电子设计大赛选择了《自动射击报靶装置》，并在此题的基础上增添了新的硬件以及相应软件实现，使其人机交互界面更加友好，可操作性更强，智能化程度更高，系统稳定性更好,整个系统都是我们小组独立自主设计并完成。

(二)设计方案：

自动射击报靶装置以低功耗无线ZIGBEE技术为桥梁，实现系统模块之间的通信以及控制。系统模块均采用电池供电从而降低功耗，模块之间采用无线技术，真正实现低功耗无线控制。系统实物图如下：

设计方案主要分为三个部分：

第一：射击装置。该装置主要由一台云台结合激光头，MSP430LaunchPad触摸板与控制器，2.4G无线ZIGBEE模块，Atmega328控制器，电源模块组成。

第二：报靶装置。该装置主要由MSP430F247最小系统板，MSP430LaunchPad控制器，

2.4G无线ZIGBEE模块，摄像头模块，TFT彩屏模块，串口12864液晶模块，电源模块组成。

第三：电子靶。如下示例图：

该电子靶是在不反光的白纸画有一组相距5cm的同心圆(线宽不超过1mm)，最内圆环直径10cm，圆环内为10环区域，从最内环至最外环间分别为9、8、7、6、5环区域，最外环外为脱靶。该装置主要用于摄像头采集激光的实时图像供报靶装置处理显示。

自动射击报靶装置通过上述三部分结合而成,利用软件模块化思维,完成功能之后,结合无线ZIGBEE技术,完成系统功能。

(三)原理阐述：

1,射击装置:以Atmega328为主控制器,两个舵机构成360度方位可移动激光,用于射击电子靶,同时输入控制来自于LaunchPad触摸板的方位信息,而信息传递采用单片机串口通信,波特率9600。建立Atmega328和msp430g2553通信,实现方位信息传递功能。无线ZIGBEE主要用于射击装置和报靶装置之间通信,实现图像及激光打靶的实时同步功能。实物图如下：

2,报靶装置:以msp430f247为主控制器,用于COMS摄像头图像驱动以及数据采集。充分利用该控制器双串口特点,波特率均采用9600。串口1：:和msp430g2553通信,用于传输图像采集数据,以及控制命令的传输,因此msp430g2553控制器主要用于接收图像采集数据并处理,控制彩屏TFT实时显示摄像头拍摄画面和串口模式下的12864液晶,该液晶主要用于显示处理之后的激光点所在电子靶的具体信息：环数和方位，方位包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。串口2：和无线ZIGBEE模块通信,从而实现与射击装置之间的通信,主要与射击装置保持实时状态。

实物图如下：

3,电子靶: 通过COMS摄像头模块识别激光投射在电子靶上的弹着点光斑，并显示弹着点的环数与方位信息。其中环数包括：10、9、8、7、6、5、脱靶；方位信息是指弹着点与10环区域的相对位置，包括：中心、正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。实物图如下：

TFT显示屏下面的电子靶：

(四)自动报靶装置创新点：

1:模块化.低功耗,系统模块均采用电池供电,核心芯片均3.3v供电,系统模块化方便调试和运用。

2:无线ZIGBEE技术,系统模块之间采用无线技术,排除了有线传输方式带来的各种困扰,让系统更加稳定,调试更加方便。

(五)自动报靶装置新颖性,实用性及应用前景：

新颖性主要体现在人机交互界面友好,便于操作。考虑到设计更加人性化,将射击装置与报靶装置分离,并且采用彩屏和液晶相结合,用于人机交互。区别于一般打靶装置的单语音报靶功能,使其更加人性化。无线技术的运用使得整个装置更具有可操作性和稳定性。

实用性表现在整个系统模块化程度较高;各个模块均在硬件上面分离,利用软件建立通信;模块组装调试方便快捷,便于在市场上推广和应用。

应用前景主要表现在全球市场上数字图像处理技术，在CMOS摄像头上采用OV7670核心及FIFO技术利用数字图像处理将模拟量离散化后转化为数字量，此技术能够很好的适应目前市场需求，以及人类日益追求的智能化趋势，给人类带来便捷和满足日常生活。自动射击打靶技术能够很好的满足目前体育竞技场上各种电子气*打靶项目，例如2012年伦敦奥运会上女子10米气步*决赛中我国选手易思玲最终获得冠军，我们小组的自动射击打靶装置与该体育项目有密切联系，该装置不仅有环数报靶还具备实时画面采集及显示功能，使其人机交互界面更加友好。

(六)自我收益：

在经过几天的紧张设计制作，终于完成了这个《自动射击报靶装置》。通过最后测试，激光*自动射击装置较好的实现了触摸板控制激光*射击、自动报靶等功能，能较准确检测、显示弹着点环数及方位。整个系统功能完善，检测与瞄准精度较好，自适应能力较强，且有一定的创新性。

在此次制作中我们尝试的挑战了自己在平时练习中一些没有制作过实物的模块和一些没接触过的新东西。比如摄像头处理时采用数字图像处理技术，在学习了很多的资料，经过小组的讨论和程序调试终于能够采集到清晰的图像;在传输数据我们运用了无线ZIGBEE技术进行通信，这样更加能够适应更多的应用环境;在控制激光射击，我们运用了舵机模块实现模拟射击，在组装过程也是经过多次尝试才正常在上下左右方位移动;我们在软件处理部分运用了新的理论并提出了一些新的算法实现确定射击的环数和方位；在这次制作过程中我们用mutsim、proteus仿真电路、altium designer summer 09设计制作pcb板，购买元器件，然后焊接，最后进行联合调试。

在这次制作过程，我们虽然遇到了许多的麻烦和难题，但在我们积极的学习和讨论中，解决了许多难题。经过这次制作我们不仅巩固了基础知识和培养我们的动手能力，还让我们明白了团队的合作精神是多么重要。我们现在还处于电子设计的初始阶段，还有很多东西需要学习，我以后也会更加努力学习相关专业知识，不断充实自己。