楊敬樹+潘楠+劉益+李剛

摘要：針對警用實驗室對槍彈速度測試需求，設計了一種基于單片機的激光測速儀。該測速儀以單片機為核心，并配有相應模塊。首先，利用激光檢測板模塊對發(fā)射的彈丸進行檢測，然后將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中，在單片機中對檢測數(shù)據(jù)進行處理然后將其通過熱敏打印機打印出來，并可以通過USB數(shù)據(jù)接口對數(shù)據(jù)進行上傳至計算機中進行保存，同時通過控制器可以對需要的步驟進行操作。

Abstract： In view of the requirements for bullet speed test of police lab， a laser speed tester based on microcontroller is designed. First， the laser detection board module is used to test the projectile fired. Then， the detected data is transferred into the microcontroller. The detection data is processed in the microcontroller and then printed out by thermal printer， and it can be uploaded to a computer via USB data interface to be saved. While the steps required can be operated through the controller.

關鍵詞：槍彈測速；激光檢測；單片機

Key words： bullet speed tester；laser detection；microcontroller

中圖分類號：TJ411 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0145-03

0 引言

在對物體的運行速度測量的過程中，最常使用的就是利用激光測速，對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該時段內被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度。同時它也是一種新型的測速測量技術。由于激光測度具有遠距離測量、測量范圍廣、非接觸、測量精度高、響應時間短等優(yōu)點，所以也常被使用在對槍彈彈丸的測速中。

1 槍彈測速儀整體結構設計

該槍彈測速儀主要以單片機為核心，外圍主要有穩(wěn)壓電路模塊、無線模塊、激光檢測板模塊、USB接口模塊、熱敏打印機、按鍵模塊和顯示屏。其中，穩(wěn)壓電路用來提供穩(wěn)定的低壓以供使用；無線模塊提供在無線環(huán)境下的數(shù)據(jù)的上傳以及下載功能；激光檢測板模塊主要用于檢測發(fā)射子彈的速度；USB接口模塊主要用于將檢測到的速度數(shù)據(jù)通過USB接口上傳到計算機中；熱敏打印機用于將檢測到的數(shù)據(jù)打印出來以供使用；按鍵和顯示屏模塊主要用于人工在顯示屏上面通過按鈕來控制所要進行的操作，并在顯示屏上面顯示[1]。在整體的設計結構上面充分考慮了實用性以及可延展性，整體結構設計的模塊組成如圖1所示。

1.1 單片機控制設計

考慮到功耗及成本因素，選用ZIC-STC12C5A60S2單片機為處理核心ZIC-STC12C5A60S2構成的最小系統(tǒng)。如圖2所示，其以ZIC-STC12C5A60S2為核心，包含晶振模塊和復位電路。系統(tǒng)晶振模塊選用12MHz石英晶振，晶振并聯(lián)2個30pF電容，起快速起振和穩(wěn)定頻率作用，該電路為單片機提供時鐘脈沖。復位電路是用來讓單片機處理器返回到初始狀態(tài)的輔助電路，由10μF電容、10kΩ電阻和直流電源構成，系統(tǒng)可通過上電復位。當系統(tǒng)出現(xiàn)死機或程序跑飛時，通過復位電路讓系統(tǒng)重新工作[2]。單片機 ZIC-STC12C5A60S2的wifi_RXD2、wifi_TXD2端口為穩(wěn)壓電路模塊預留，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7為無線模塊預留，P3.2為激光檢測板模塊預留，P1.0為蜂鳴器預留。

1.2 穩(wěn)壓電路模塊設計

系統(tǒng)各功能模塊所需供電電壓均為3.3V電壓，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，使用方便，采用獨立電源供電方式。穩(wěn)壓電路中采用PC817C作為光電耦合器目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡化電路設計。穩(wěn)壓器件采用AMS1117-3.3，以保證系統(tǒng)中的電壓為穩(wěn)定的直流3.3V電壓。三端固定電壓AMS1117-3.3輸出電流為1A線路調整率：0.2%（最大）；負載調整率：0.4%（最大）；封裝類型：SO。在PC817C中加上LED電源指示燈，用來判定電源是否正常工作。該系統(tǒng)電源電路如圖3所示電路中LED用作電源指示，其亮滅代表電源工作與否，Res起限流作用，以保證LED不被燒壞。

1.3 無線模塊設計

為了能夠在無網(wǎng)絡的情況下系統(tǒng)能夠進行各種代碼以及數(shù)據(jù)的上傳和下載，在該測速儀中添加了無線模塊，通過無線模塊連接無線網(wǎng)絡就可以完成該操作，使該測速儀更加人性化。在無線模塊中通過4條端口連接單片機的無線連接端口，同時連接Res為1kΩ的電阻用于保護電路。在無線模塊中通過IO00、IO02、IO16、CHPD連接插頭P11，通過將外接的無線網(wǎng)絡通過插頭連接，如圖4所示。

1.4 激光檢測板模塊設計

在測速儀中主要模塊就是利用激光檢測板進行槍彈彈丸的檢測，在激光檢測板模塊中連接了LED燈用來判斷激光檢測板是否處于正常工作的狀態(tài)，如圖5所示。在激光檢測板中通過插頭P1、P2、P3與實時激光檢測板連接[3]。在實時檢測板中放置了AD8065單路放大器，用于提供FET輸入，性能出色、易于使用。同時將光敏三極管Photo NPN與放大器連接，當具有光敏特性的PN結受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當于β倍的信號電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度[4]。通過增加光敏二極管來增加檢測的靈敏度，如圖6所示。

2 試驗測試與分析

為了驗證該槍彈測速儀的實際效果如何，我們在某刑事科學技術研究基地進行試驗，在試驗的過程中采用兩種不同型號的槍支作為測試對象，表1是該槍彈測速儀的測試結果與槍彈的實際速度。

通過表1可以看出，該槍彈測速儀的測試速度的數(shù)據(jù)與真實的槍彈的速度基本一致，兩者的速度差均小于1m/s，即屬于誤差的范圍之內。

3 總結與討論

利用單片機技術并結合激光測速知識對槍彈的彈丸進行測速，能夠準確的對槍彈的速度進行判定，為槍支的綜合性能判斷提供有力的支撐。同時該測速儀還配有熱敏打印機模塊以及USB數(shù)據(jù)接口模塊等，可以對測試的數(shù)據(jù)進行打印以及保存，實現(xiàn)槍彈測速的人性化與專業(yè)化。

參考文獻：

[1]馬時亮，倪晉平.警用刑事實驗室槍彈測速系統(tǒng)設計及實現(xiàn)[J].西北工業(yè)大學學報，2013，33（10）：785-788.

[2]李穎宏，馬龍.一種新型雙激光測速系統(tǒng)的設計與應用[J].電子測量與儀器學報，2016，30（2）：256-264.

[3]金國藩，李景鎮(zhèn).激光測量學[M].北京：科學出版社，1998.

[4]王世峰，趙馨，佟首峰，等.激光位移傳感器數(shù)據(jù)采集技術[J].微計算機信息，2008，24（21）：137-138.