Atmega128单片机新型炮口测速方法的设计与实现(5)
2测速系统原理及系统方案设计
2.1 弹丸测速概述
弹丸测速技术是在人造的环境中测试弹丸飞行速的技术。弹丸速度是衡量武器性能的基本参数，也是为射表编制和内弹道研究必须提供的数据[9]。在发射药鉴定试验和穿甲试验中需要测量弹丸的初速和着速，有时确定弹道系数和弹形系数也与测速有着密切的关系。总之，各种类型的射击武器都需要测量弹丸的速度。目前，弹丸速度的测量采用两种方法，一种方法是测量弹丸飞过一段已知距离的 时间，然后用距离除以时间求的已知距离的平均速度。因此速度的测量精度取决 于距离和时间的测量精度。弹丸初速一般是在炮口前一段相当短的距离上测量的。另一种速度测量方法是应用多普勒雷达技术。多普勒雷达测速仪应用多普勒原理[10]。向运动目标发出一束无线电波，从目标上反射回到测速仪上来。测速仪的输出是一交变电流信号，其频率是发射波频率和接受机频率之差。如果目标相对测速仪是静止的，发射和接受的频率相等，则频差为零。然而在目标相对测速仪之间相对运动时，则反射信号将产生一频率偏移，这个频差（也叫多普勒频移）直接与测速仪到目标的距离的变化率成正比即与径向速度成正比。利用这一原理制造了各种测速雷达，用于炮弹速度的测量。
测速技术的难点是如何精确地测量炮口到第一靶的基线以及第一靶与第二靶之间的距离。因为目前计时仪和区截装置的测试精度可以满足现代武器的测试要求，产生测量误差的主要原因就在于基线的测量。另外应开展小型化、高精度测速雷达的研究。
2.2本测速系统的设计理论
2.2.1本测速系统的设计原理简介
本系统的设计是基于AVR单片机和接近开关传感器的的一种新型炮口测速方法。基本原理为：在炮口弹丸发射的路线上选取与炮口相近且距离大约相差400mm的一段距离，利用两个接近开关传感器在弹丸射出经过时感应以输出低电平。低电平触发AVR单片机的输入捕捉中断，计数器的数值同时被记录在计数寄存器内，由单片机的程序控制测算出弹丸在这一个距离内所花费的时间，进而可以测算出弹丸的初速度，将数值通过I/O口输出在LED四连数码管中显示。
2.2.3 测速系统方案设计图2.1 系统原理图
本设计系统是对整个设计结果的大概描述，系统就分为这几个部分，首先是安装好接近开关传感器的位置，等待弹丸的触发，两个接近开关传感器是本系统开始运行的信号源头，一旦弹丸触发传感器成功，信号通过电平变化激发单片机开始工作，后续工作就转化为程序的计算了。之后通过单片机I/O口的输出功能将速度送入四连数码管显示。
2.2.3 接近开关传感器工作原理
接近开关一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。当开关接近某一物体时，即发出控制信号。在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。但不同的接近开关检出距离也不同。
常见的接近开关有无源接近开关、涡流式接近开关、电容式接近开关、霍尔接近开关、光电式接近开关、电感式接近开关。本次课题的研究选用的是NPN型三线电感式接近开关（示意图见图2.2，原理图见图2.3），电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。