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激光打靶课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解激光的基本概念，掌握激光产生的原理。
2. 学生能够了解激光在科技领域的应用，特别是激光打靶技术。
3. 学生能够掌握激光打靶的基本操作步骤和安全知识。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立完成激光打靶的实验操作。
2. 学生能够通过实验观察和分析激光打靶的效果，提出改进措施。
3. 学生能够运用科学方法，对激光打靶实验数据进行处理和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生对科学实验产生浓厚的兴趣，培养探究精神和创新意识。
2. 学生能够认识到激光技术在科技发展中的重要作用，增强国家荣誉感。
3. 学生在实验过程中，学会团队合作，培养责任感和集体荣誉感。
课程性质：本课程为科学实验课程，结合物理知识，注重实践操作和科学探究。
学生特点：六年级学生具备一定的物理知识基础，好奇心强，善于观察和思考，喜欢动手操作。
教学要求：教师应引导学生主动参与实验，关注实验现象，培养学生的科学思维和动手能力。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的综合素养。
通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为后续科学学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 激光基本概念：激光的定义、特点、产生原理。
教材章节：第三章第二节《光现象》。
2. 激光应用介绍：激光在科技、医疗、军事等领域的应用。
教材章节：第三章第三节《光的应用》。
3. 激光打靶原理：激光打靶的基本原理、操作步骤、安全知识。
教材章节：第三章实验《激光打靶》。
4. 实验操作技巧：实验器材的使用、实验数据的收集与处理。
教材章节：第三章实验《激光打靶》。
5. 激光打靶实验：分组进行实验，观察激光打靶效果，分析影响激光打靶效果的因素。
教材章节：第三章实验《激光打靶》。
6. 实验结果讨论：针对实验结果，引导学生探讨如何优化激光打靶效果。
教材章节：第三章实验《激光打靶》。
教学内容安排和进度：第一课时：激光基本概念、应用介绍。
第二课时：激光打靶原理、实验操作技巧。
激光打靶毕业设计杭州电子科技大学信息工程学院题目系专业班级学号学生姓名指导教师完成日期本科毕业设计（2021届）电子通信系2021年5月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《XXXXXXXX》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：年月日杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计摘要本毕业设计主要设计自主研发的激光打靶系统的信号处理过程，继而实现整个打靶系统。
激光打靶系统主要包括半导体激光枪、光电探测器和信号处理电路，信号处理过程是整个系统的关键。
激光打靶的打靶过程，由激光枪发射激光脉冲信号，光电靶接收激光脉冲信号，经过系列信号处理过程最终得到打靶的结果。
光电靶由许多块的光电探测器组成，每块不同位置的光电探测器对应不同编号，从打靶的实际情况出发，确定了相应的编号规则。
打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。
激光打靶系统的主要信号处理过程包括：信号的放大、编码和数据传输。
信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。
按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。
最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。
与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。
89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。
该信号处理系统实现了对信号的良好检测。
与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。
关键词：激光打靶；信号处理；信号编码；串行传输杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计ABSTRACTThe main aim of this thesis is to design and realize signal processing ofa self-developed laser target shooting system and then realize the whole laser target shooting system. The laser target shooting system consists of semiconductor laser gun, photoelectric detector, and signal processing circuit, which is the key part of the whole system. Laser target shooting process go though following steps: laser gun emitted a pulse of laser, which would be received by the laser target and the results of shooting will be shown on screen of computer by series signal processing. The laser target consists of some silicon photoelectric units that were encoded with different numbers according to certain rule. The result of the shooting will be got whendetecting the number of the photoelectric unit that receives the laser pulse.The signal processing of the laser target shooting system mainly consistsof signal amplification, signal encoding and data transmission. The inspected photoelectric signal was then amplified by operator amplifiers, coded by multiplex priority encoder according to the prearranged rule, and thentransferred to computer by 89C2051 MCU through its serial port. And then computer can process the signal. The program of 89C2051 MCU is designed inkeil and debugged using keil compiler. It is designed to control the data transmission with computer.The designed signal processing system can detect signal effectively. Through the serial data transmission, computer can process the shooting result, such as display, statistics and storage etc. It provide direct and exact shooting result for trainer, so it can increase the efficiency of the shooting training.Key words：laser target shooting；signal amplification；signal encode；serial data transmission杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计目录1 引言 -------------------------------------------------------------------------------------1 2 概述 ---------------------------------------------------------------------------------2 2.1 激光打靶系统概述 ---------------------------------------------------------------22.2 本设计方案思路 ------------------------------------------------------------------3 2.3 研发方向和技术关键 ------------------------------------------------------------3 2.4 主要技术指标 ------------------------------------------------------------------3 3 总体设计 ---------------------------------------------------------------------------------4 3.1 激光的检测 ---------------------------------------------------------------------43.2 靶位的划分 --------------------------------------------------------------------4 3.3 编码标准 --------------------------------------------------------------------------5 3.4 成绩的传送和处理 ---------------------------------------------------------------5 3.5 其他说明 ---------------------------------------------------------------------------5 4 硬件设计 ---------------------------------------------------------------------------------6 4.1信号放大电路 ---------------------------------------------------------------------64.2 整形电路 ---------------------------------------------------------------------------8 4.3 编码电路 ---------------------------------------------------------------------------9 4.4 串行传送 --------------------------------------------------------------------------11 4.5 电平转换 -------------------------------------------------------------------------13 5 软件设计 --------------------------------------------------------------------------------14 5.1 总体方案 -----------------------------------------------------------------------145.2 程序流程 --------------------------------------------------------------------------14 5.3 模块说明 --------------------------------------------------------------------------14 6 制作与调试 --------------------------------------------------------------------------------186.1 硬件电路的布线与焊接 -------------------------------------------------------186.2 调试 --------------------------------------------------------------------------------18 7 结论 ----------------------------------------------------------------------------------------20 致谢 ----------------------------------------------------------------------------------------------21 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------22附录 ----------------------------------------------------------------------------------------------23I感谢您的阅读，祝您生活愉快。
1 系统方案设计及论证1.1 系统结构分析通过对本次设计要求的具体分析和实验验证，确定了系统结构如图1所示 。
本系统拥有两个微处理器，STM32F4用于处理摄像头采集回来的胸环靶上的光斑图片，得到位置信息；MSP430F149用于控制两个步进电机带动激光头做二维运动。
摄像头受STM32F4控制用来检测激光点的位置，TFT 及12864上同步显示激光点信息，步进电机受MSP430F149控制带动激光头对胸环靶进行射击，进而完成题目要求的动作。
按键模块及显示器实现人机交互功能，根据人为的模式选择让激光头进行不同的射击。
MSP430F149STM32键盘摄像头LM780512V 锂电池步进电机TB6560驱动器显示器激光头图1 系统框图1.2 方案比较选择1.2.1 电源模块方案一：采用开关型降压稳压器LM2576。
LM2576最大输出电流3A ，内部含有频率补偿和一个固定频率的振荡器，所需外围器件极少，效率高，纹波较小。
方案二：采用三端线性稳压集成电路LM7805。
LM7805集成稳压电源芯片所需的外围元件极少，线性稳压度好，芯片内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，用它给控制系统供电足以满足需求。
方案三：采用三段线性稳压器LM2940。
LM2940为低压差稳压器件，输入电压范围宽泛，输出电流能达到1.25A，稳压性好，但是相比于其他稳压器件，价格较贵。
电源模块作为控制器的供电单元，它的好坏直接关系到系统的稳定性，根据供电的电流需求以及成本考虑综，本次设计选择相对价格较低的方案一和方案二分别给STM32F4和MSP430F149供电。
1.2.2 电机选择方案一:两个伺服电机。
伺服电机自带高精度编码器，便于进行速度的闭环控制，驱动能力强，机械性能也好。
在实验中发现，虽然进行了闭环控制，控制也很平缓，但是打靶的精度也只能基本达到要求。
方案二：两个步进电机。
步进电机具有快速启动能力，转换精度高，正反转控制灵活，可以轻松达到通过脉冲进行控制。
一、实验目的1. 了解无线激光打靶系统的基本原理和组成；2. 掌握无线激光打靶系统的操作方法和使用技巧；3. 通过实验，验证无线激光打靶系统的性能和可靠性；4. 分析实验数据，评估无线激光打靶系统的实际应用价值。
二、实验原理无线激光打靶系统利用激光发射器发射激光束，通过无线传输将靶标信息传递至接收器，实现无接触式打靶。
该系统主要由激光发射器、靶标、接收器和数据处理终端组成。
1. 激光发射器：发射特定波长的激光束，照射到靶标上；2. 靶标：接收激光束，并将靶标信息传递至接收器；3. 接收器：接收靶标信息，并通过无线方式将数据传输至数据处理终端；4. 数据处理终端：对接收到的数据进行处理和分析，显示射击结果。
三、实验仪器与设备1. 激光发射器；2. 靶标；3. 接收器；4. 数据处理终端；5. 无线传输设备；6. 计时器。
四、实验步骤1. 连接实验仪器：将激光发射器、靶标、接收器和数据处理终端连接好，确保各设备正常运行；2. 设置参数：在数据处理终端上设置实验参数，如射击距离、激光功率、靶标尺寸等；3. 发射激光：启动激光发射器，使激光束照射到靶标上；4. 记录数据：在数据处理终端上记录射击结果，包括射击时间、射击次数、射击命中情况等；5. 分析数据：对实验数据进行统计分析，评估无线激光打靶系统的性能。
五、实验结果与分析1. 实验结果本次实验中，射手在规定时间内进行了多次射击，射击距离为10米，激光功率为5mW，靶标尺寸为20cm×20cm。
实验过程中，射手共射击了30次，命中次数为25次，命中率为83.33%。
2. 数据分析通过实验数据可以看出，无线激光打靶系统在射击过程中具有较高的命中率和稳定性。
以下是对实验数据的进一步分析：（1）射击时间：射手在规定时间内完成了30次射击，平均射击时间为2.3秒；（2）射击次数：射手射击次数较多，有利于提高射击技能；（3）命中情况：射手命中率为83.33%，说明无线激光打靶系统在实际应用中具有较高的准确性。
一、实验名称激光射击实验二、实验目的1. 熟悉激光射击的基本原理和操作方法。
2. 了解激光射击设备的使用技巧和注意事项。
3. 掌握激光射击的距离、角度和速度等参数的测量方法。
4. 培养团队合作精神，提高射击技巧。
三、实验原理激光射击实验是利用激光发射器发射激光束，通过瞄准器对目标进行射击。
实验过程中，通过测量射击距离、角度和速度等参数，评估射击效果，分析射击技巧。
四、实验仪器与材料1. 激光射击设备：激光发射器、瞄准器、激光靶板等。
2. 测量工具：钢板尺、角度测量仪、计时器等。
3. 实验场地：激光射击馆或开阔场地。
五、实验步骤1. 准备工作：检查激光射击设备是否完好，确保安全。
2. 设置实验环境：根据实验要求，调整激光射击设备的射击角度和距离。
3. 射击训练：进行射击训练，熟悉激光射击设备的操作方法和瞄准技巧。
4. 射击实验：按照实验要求，进行射击实验，记录射击数据。
5. 数据分析：分析射击数据，评估射击效果，总结射击技巧。
六、实验数据记录与分析1. 记录射击数据：包括射击距离、角度、速度、命中次数等。
2. 数据分析：a. 计算射击命中率：命中次数/射击次数×100%。
b. 分析射击效果：根据射击数据，评估射击技巧，找出不足之处。
c. 总结射击技巧：针对实验结果，总结射击技巧，提高射击水平。
七、实验结果1. 射击命中率：根据实验数据，计算射击命中率。
2. 射击技巧总结：根据实验结果，总结射击技巧，提高射击水平。
八、实验讨论与改进1. 讨论实验过程中遇到的问题及解决方法。
2. 分析实验结果，提出改进措施，提高实验效果。
九、实验结论通过本次激光射击实验，掌握了激光射击的基本原理和操作方法，了解了激光射击设备的使用技巧和注意事项。
在实验过程中，通过测量射击数据，分析射击效果，总结射击技巧，提高了射击水平。
同时，培养了团队合作精神，为今后的射击训练奠定了基础。
十、实验报告附件1. 激光射击实验数据记录表。
激光枪自动打靶控制装置的设计作者：李龙静等来源：《数字技术与应用》2014年第04期摘要：为了设计一种激光枪自动打靶控制装置，采用了飞思卡尔MC9S12XS128单片机作为主控制器，由激光头、摄像头、胸环靶、步进电机、舵机、液晶显示器等主要模块组成的电路系统。
激光枪头方向由两个轴相互垂直的步进电机和舵机进行上下及左右控制；激光枪发射激光到胸环靶，通过CMOS数字摄像头采集胸环靶激光点位置数据，通过单片机计算将光点位置在液晶显示屏上显示激光着弹点的环数、方位数据、胸环靶图形，并闪烁显示弹着点。
激光枪自动打靶控制装置可以用键盘控制激光枪的着弹点，能自动瞄准并击中靶心，也可根据设定的环数，自动控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应环位置。
关键词：激光枪自动打靶单片机控制中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）04-0009-021 靶环结构与方位计算方案1.1 弹着点检测弹着点检测是以靶心为原点，在靶纸上建立一个虚拟的直角坐标系，通过摄像头拍摄激光点在靶纸上的坐标位置，经过计算，求出弹着点在靶纸上的环数和方位信息。
1.2 角度计算激光枪与胸环靶的距离定为3m，胸环靶画有六组相距5cm的同心圆，激光枪与胸环靶中心的连线与胸环靶所在平面垂直（如图1）。
当激光分别射到同心圆10环、9环、8环、7环、6环、5环环线上时，激光照射线与中心线之间的夹角θ计算公式分别为arctan（0.05/3）、arctan（0.10/3）、arctan（0.15/3）、arctan（0.20/3）、arctan（0.25/3）、arctan （0.30/3）。
经计算，角度分别约为0.955°、1.909°、2.862°、3.814°、4.764°、5.712°。
由此可知，当θ1.3 方位计算胸环靶可以分为正上、正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下8个方位。
杭州电子科技大学信息工程学院本科毕业设计（2016届）题目系电子通信系专业班级学号学生姓名指导教师完成日期2016年5月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《XXXXXXXX》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：年月日摘要本毕业设计主要设计自主研发的激光打靶系统的信号处理过程，继而实现整个打靶系统。
激光打靶系统主要包括半导体激光枪、光电探测器和信号处理电路，信号处理过程是整个系统的关键。
激光打靶的打靶过程，由激光枪发射激光脉冲信号，光电靶接收激光脉冲信号，经过系列信号处理过程最终得到打靶的结果。
光电靶由许多块的光电探测器组成，每块不同位置的光电探测器对应不同编号，从打靶的实际情况出发，确定了相应的编号规则。
打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。
激光打靶系统的主要信号处理过程包括：信号的放大、编码和数据传输。
信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。
按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。
最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。
与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。
89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。
该信号处理系统实现了对信号的良好检测。
与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。
关键词：激光打靶；信号处理；信号编码；串行传输ABSTRACTThe main aim of this thesis is to design and realize signal processing of a self-developed laser target shooting system and then realize the whole laser target shooting system. The laser target shooting system consists of semiconductor laser gun, photoelectric detector, and signal processing circuit, which is the key part of the whole system. Laser target shooting process go though following steps: laser gun emitted a pulse of laser, which would be received by the laser target and the results of shooting will be shown on screen of computer by series signal processing. The laser target consists of some silicon photoelectric units that were encoded with different numbers according to certain rule. The result of the shooting will be got when detecting the number of the photoelectric unit that receives the laser pulse.The signal processing of the laser target shooting system mainly consists of signal amplification, signal encoding and data transmission. The inspected photoelectric signal was then amplified by operator amplifiers, coded by multiplex priority encoder according to the prearranged rule, and then transferred to computer by 89C2051 MCU through its serial port. And then computer can process the signal. The program of 89C2051 MCU is designed in keil and debugged using keil compiler. It is designed to control the data transmission with computer.The designed signal processing system can detect signal effectively. Through the serial data transmission, computer can process the shooting result, such as display, statistics and storage etc. It provide direct and exact shooting result for trainer, so it can increase the efficiency of the shooting training.Key words：laser target shooting；signal amplification；signal encode；serial data transmission目录1 引言-------------------------------------------------------------------------------------12 概述---------------------------------------------------------------------------------22.1 激光打靶系统概述---------------------------------------------------------------22.2 本设计方案思路------------------------------------------------------------------32.3 研发方向和技术关键------------------------------------------------------------32.4 主要技术指标------------------------------------------------------------------33 总体设计---------------------------------------------------------------------------------43.1 激光的检测---------------------------------------------------------------------43.2 靶位的划分--------------------------------------------------------------------43.3 编码标准--------------------------------------------------------------------------53.4 成绩的传送和处理---------------------------------------------------------------53.5 其他说明---------------------------------------------------------------------------54 硬件设计---------------------------------------------------------------------------------64.1 信号放大电路---------------------------------------------------------------------64.2 整形电路---------------------------------------------------------------------------84.3 编码电路---------------------------------------------------------------------------94.4 串行传送--------------------------------------------------------------------------114.5 电平转换-------------------------------------------------------------------------135 软件设计--------------------------------------------------------------------------------145.1 总体方案-----------------------------------------------------------------------145.2 程序流程--------------------------------------------------------------------------145.3 模块说明--------------------------------------------------------------------------146 制作与调试--------------------------------------------------------------------------------186.1 硬件电路的布线与焊接-------------------------------------------------------186.2 调试--------------------------------------------------------------------------------187 结论----------------------------------------------------------------------------------------20致谢----------------------------------------------------------------------------------------------21参考文献----------------------------------------------------------------------------------------22附录----------------------------------------------------------------------------------------------231 引言目前的射击打靶训练，基本以实弹训练为主，国防开支大，危险系数高。
