2012年全国大学生电子设计竞赛
激光枪自动射击装置（E题）
【本科组】
指导老师：王文浪
参赛队员：成闻博黎训广王军军
2012年8月5日
摘要
本设计是一个基于单片机控制的激光枪自动射击系统，主要包括:激光枪及瞄准模块、胸环靶模块和弹着点检测模块。
该电子系统以SmartARM2200为控制核心，通过键盘对两个步进电机的控制，实现了激光枪弹着点在靶纸水平方向和竖直方向上的调整；通过对激光枪的控制，实现了激光束的击发和关闭；并能控制OV7670摄像头识别出弹着点在靶纸上的位置，同时在LCD屏上显示出弹着点的环数和方位信息。
最后，多次测试表明，该电子系统达到了所有基础和发挥部分的设计要求。
关键词：SmartARM2200 激光枪步进电机 OV7670摄像头胸环靶
Abstract
The design is a microcontroller-based control of laser guns, automatic firing system. including: the laser gun and the aiming module, chest round target module and the point of impact detection module.The controler core of the electronic system is SmartARM2200, two stepper motor can be controlled by the keyboard, which is to achieve the adjustment of the point of impact of the laser gun in the horizontal and vertical direction of the target paper; by the laser gun, the laser beam can be firing and closed; and the use of OV7670 camera is to identify the location of the point of impact in the target paper, and at the same time on the LCD screen which is showing the number of rings and azimuth information of the point of impact. Finally, several tests done show that the electronic system can meet all the design requirements.
Keywords: SmartARM2200 Stepping motor OV7670 Camera Module Chest Round Target
激光枪自动射击装置（E题）
【本科组】
1系统方案分析及论证
1.1 设计分析
系统功能包括：主控模块、电机模块、摄像模块、LCM显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
系统框图如1.2.1所示。
图1.2.1 系统框图
1.2各模块方案选择
1.2.1控制器模块的选择
主控芯片采用SmartARM2200。
该ARM系列耗电少功能强大,其32bit的运算能力、体积小、低功耗、低成本等优点，加之其丰富的片内资源，具有强大的控制能力，相对于其他系列的微控制器来说，能给系统带来较高的性价比。
1.2.2电机模块的选择
采用42HS4808两相四线步进电动机。
该类型混合式两相四线步进电机依靠控制器给定的时序来产生相位脉冲，从而发生相位移动对应的步距位移。
该步进电机控制方便，启动和停止的缓冲效应在软件中都可以很好的消除，而且自身特有的自锁功能也刚好使系统设计更加简单实用。
另外，在电机驱动方案中，我们采用专用集成电机驱动芯片L298N来搭建驱动电路，该芯片具有使用广泛、稳定性好、耐高温、负载能力强的诸多特性。
1.2.4传感器模块的论证与选择
采用带有FIFO模块的OV7670摄像头。
OV7670 FIFO摄像头，将图像传感器和图像缓冲器件AL422B有机结合，解决了低端单片机图像采集的速度瓶颈问题。
这种模块包含30w像素的CMOS图像感光芯片，分辨率达到640X480，满足系统要求，通过冲器件AL422B巧妙的获取摄像头的海量数据。
2系统理论分析与计算
42HS4808两相四线步进电机，它的步距角仅为1.8°,半步驱动后实现0.9°的步距。
X为不同环数电机转动一步靶纸弹着点位移量。
走的步数（步）相对偏移量（cm）X (cm)
1 4.7128 4.7128
2 9.4278 4.715
3 14.1476 4.7198
4 18.8744 4.7268
5 23.6105 4.7361
6 28.3583 4.7478
7 33.1203 4.762
表2.1.1 电机步数与相对位移量的对应数值
经计算，光斑在靶子上移动的位移量小于一个环的宽度5cm，则表明0.9 的步距角可以满足系统要求。
3.1电路的设计
3.1.1系统总体框图
系统总体框图如图3.1.1.1所示，Smart 2200由12V电源供电，按键负责功能选择，根据选择的功能不同赋予驱动步进电机不同的步数，以控制激光笔光束的移动。
图3.1.1.1 系统总体框图
3.1.2 步进电机子系统框图与电路原理图
图3.1.2.1步进电机子系统框图
图3.1.2.2 L298驱动电路图
图3.1.3.1 矩阵键盘电路图图3.14.1 TFT液晶屏子系统电路图3.1.5摄像头子系统框图与电路原理图
图3.1.5.1 OV7670芯片连接图图3.1.5.2 摄像头模块FIFO芯片3.2程序的设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
(1)按键实现功能：选择不同按键实现不同的功能。
(2)显示实现功能：显示弹着点的环数与方位信息以及胸环靶的相应图形，并闪烁
显示弹着点。
(3)电机实现功能：正转、反转。
两个相互垂直的电机，保证激光枪能在二维平面
内转动。
(4)摄像头实现功能：对靶纸的拍摄靶纸将信息返回给微控制器。
3.2.2程序流程图
图3.2.2.1 主程序流程图图3.2.2.2 基本打靶模块流程图
设定方位打靶子程序流程图自动打靶子程序流程图
4测试结果及分析
4.1弹着点的环数与方位信息测试
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。
表4.3.1.1给出了实际方位信息和LCM显示的方位信息，即根据摄像头采集的信息分析出的方位信息的对比。
实际方位正上正下正左正右左上左下右上右下中心
1 正上正下正左正右左上左下右上右下正上
2 正上正下正左正右左上左下右上右下左上
3 正上正下正左正右左上左下右上右下中心
表4.3.1.1 方位测试结果
表4.3.1.2给出了实际环数和LCM显示的环数信息的对比。
实际环数 5 6 7 8 9 10 脱靶
1 5 6 7 8 9 10 脱靶
2 5 6 7 8 10 10 脱靶
3 脱靶 6 7 8 9 10 脱靶
表4.3.1.2 环数测试结果
由上表可知，误差保持在允许范围内。
4.2测试结果及误差分析
根据测试结果，由于机械的特性差异，和步进电机的可能失步以及惯性原因，都可能引起误差，但是这些误差基本都在测试允许范围之内。
由此可知，测试结果满足题目的要求,很好地实现系统的各项功能。