摘要：針對迫擊炮發(fā)射過程可能發(fā)生的炮彈重裝問題，設(shè)計一種以單片機(jī)為控制核心的機(jī)電結(jié)合式防重裝彈裝置，該裝置采用紅外傳感器為檢測手段。當(dāng)迫擊炮正常發(fā)射時，該系統(tǒng)計數(shù)并顯示發(fā)射的炮彈枚數(shù)；當(dāng)出現(xiàn)炮彈不發(fā)火故障時，該系統(tǒng)將適時啟動機(jī)械裝置，防止炮彈的重復(fù)填裝，避免重大事故的發(fā)生。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，不影響射擊精度且能自動啟動機(jī)械裝置。通過實驗表明，該系統(tǒng)性能可靠，達(dá)到設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：防重裝；紅外；單片機(jī)；中斷；機(jī)械裝置

    在進(jìn)行迫擊炮實彈射擊過程中，迫擊炮炮彈不發(fā)火現(xiàn)象較為常見，若迫擊炮炮彈不發(fā)火，則嚴(yán)禁再次裝填炮彈，若再次裝填，則易產(chǎn)生膛炸，造成嚴(yán)重人員傷亡。如何判定迫擊炮炮彈不發(fā)火，防止重裝彈，目前通常靠炮手觀察炮口情況或聽發(fā)射聲音確定炮彈是否出膛，這種觀察判斷的方法不可靠。實彈射擊時炮手心理高度緊張，往往造成觀察結(jié)果不精確，為此設(shè)計本系統(tǒng)，防止重裝彈，避免重大事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)特點
    目前國內(nèi)外研究發(fā)展的迫擊炮防重裝裝置主要有機(jī)械式、電子式等，本系統(tǒng)是機(jī)電結(jié)合式，系統(tǒng)只有在檢測到填裝的炮彈發(fā)生滯留時，才啟動機(jī)械裝置，使再次填裝炮彈的過程無法進(jìn)行。純機(jī)械式的裝置在裝彈的過程會通過重力啟動機(jī)械裝置，這樣對裝彈操作會有一定的影響，并且在發(fā)射過程通過出膛的炮彈復(fù)位機(jī)械裝置，若機(jī)械裝置設(shè)計不完善，對炮彈射擊彈道也會產(chǎn)生一定的影響，從而導(dǎo)致射擊精度下降；純電子式的裝置只能檢測到炮彈的滯留并報警，不能阻止炮彈的再次裝入。
    本系統(tǒng)采用紅外傳感器作為炮彈進(jìn)膛與出膛的檢測手段，在炮口沿著直徑方向向外延伸一定空間(盡量避離高溫)，上下間隔一定距離安裝兩路紅外發(fā)射、接收裝置，較之其他防重裝裝置使用的加速度復(fù)位傳感器或自感型變阻式傳感器等檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、性價比高。為提高可靠性，防止兩路之間的相互干擾，紅外發(fā)射與接收管套上管套，減少散射，同時為避免炮彈對紅外的反射，分別將發(fā)射管與接收管安裝在同一側(cè)，如圖1所示。

    本系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心控制電路，相對于一般電路構(gòu)成的防重裝彈裝置，電路更簡潔，調(diào)試更快捷，基于軟件編程的功能實現(xiàn)更強(qiáng)大且更易進(jìn)行功能的擴(kuò)展。本系統(tǒng)可以判斷炮彈的半填裝狀態(tài)，故當(dāng)中止發(fā)射，炮彈被重新取出后不會產(chǎn)生誤報，并且本系統(tǒng)是在炮彈裝入后過2．5 s還未檢測到炮彈發(fā)射出膛才啟動聲光報警電路，大部分防重裝裝置只要裝入炮彈就報警，發(fā)射出膛后報警解除，未發(fā)射出膛報警一直進(jìn)行，這樣的功能設(shè)置在正常工作時也有報警信號，人為地加深了炮手的疲憊感，當(dāng)炮彈真正不發(fā)火報警繼續(xù)時，炮手對其敏感度與警戒力會減弱。

2 硬件結(jié)構(gòu)
    圖2為本系統(tǒng)電路控制部分的硬件結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能要求，選用Atmel公司推出的AT89C2051為控制核心，其是目前比較主流的單片機(jī)芯片，共有20個引腳，其中包括15個I／O口，選用此單片機(jī)可縮小裝置的體積，簡化電路。

    為提高可靠性，紅外發(fā)射管發(fā)出的信號是38 kHz的調(diào)制信號，調(diào)制電路也采用AT89C2051通過軟件編程來產(chǎn)生38 kHz紅外調(diào)制信號，該信號通過多個并聯(lián)的門電路提高驅(qū)動力，再加載在紅外發(fā)射管上(圖2未畫出發(fā)射信號的調(diào)制電路)，這樣不僅電路簡單，得到的信號頻率也比較穩(wěn)定。
    紅外接收采用的是一體化的接收頭HS0038，其內(nèi)部集成有紅外接收、放大、解調(diào)、整形等電路，當(dāng)接收到38 kHz的紅外脈沖串時，輸出低電平，否則輸出高電平，其輸出信號的極性與發(fā)送信號的相反，圖2中使用三極管對其反向及放大后，兩路紅外接收管輸出的信號分別連入AT89C2051的P3．2()與P3．2()引腳。
    紅外傳感器為檢測炮彈裝入與發(fā)射的手段，故其發(fā)射與接收器的正常工作是系統(tǒng)可靠的前提，為此設(shè)置了開機(jī)對其進(jìn)行檢測的功能。
    單片機(jī)作為控制核心，可以根據(jù)P3．2與P3．3輸入信號的高、低及跳變判斷出迫擊炮發(fā)射過程所處的狀態(tài)：待填裝狀態(tài)、半填裝狀態(tài)、填裝完成狀態(tài)、正常發(fā)射完成狀態(tài)及不發(fā)火狀態(tài)。當(dāng)判斷出發(fā)射過程處于不發(fā)火狀態(tài)時，由P3．0控制啟動機(jī)械裝置卡住炮口，防止再次填裝炮彈動作完成，同時由P3．1啟動光閃爍報警及P3．4啟動音樂片KD9561報警，為提高報警聲響，采用LM386作為音頻放大；當(dāng)檢測到完成一次正常發(fā)射狀態(tài)時，計算一次炮彈發(fā)射的枚數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)設(shè)置了兩位數(shù)碼管，由單片機(jī)的P1口控制其段選碼，P3．5與P3．7控制其位選碼，最大計數(shù)值為99枚。

3 軟件設(shè)計
    本系統(tǒng)將紅外接收管的輸出信號引入單片機(jī)的P3．2()與P3．3()引腳，可以比較巧妙且比較簡潔地通過軟件編程判斷迫擊炮發(fā)射過程所處的狀態(tài)，因為此兩腳即是通用的I／O引腳又是外部中斷的輸入引腳，這樣可以通過兩引腳電平的高、低及是否有中斷和中斷產(chǎn)生的次序來判斷發(fā)射過程所處的狀態(tài)，當(dāng)接收到紅外光照時，P3．2=0且P3．3=0，故通過查詢檢測到P3．2=0且P3．3=0時，則發(fā)射過程處于
待填裝狀態(tài)；當(dāng)檢測到P3．2=1且P3．3=1時，則發(fā)射過程處于半填裝狀態(tài)；以半填裝狀態(tài)為判斷前提，若炮彈被重新取出，則P3．3先由高變低，后P3．2由高變低，也即當(dāng)產(chǎn)生了先后的中斷，說明炮彈被取出重新回到待填裝狀態(tài)；反之當(dāng)產(chǎn)生了先后的中斷，說明炮彈已完全滑入身管進(jìn)入填裝完成狀態(tài)，這時啟動定時器，2．5 s后未檢測到與中斷，說明炮彈未出膛，進(jìn)入不發(fā)火狀態(tài)；反之在2．5 s內(nèi)檢測到與中斷，說明完成一次正常發(fā)射。
    故軟件系統(tǒng)由一個主程序、一個顯示驅(qū)動子程序、兩個外部中斷服務(wù)程序和一個定時中斷服務(wù)程序組成，兩個外部中斷服務(wù)程序完成指示此兩中斷產(chǎn)生順序的次序變量的設(shè)置及出膛標(biāo)識的設(shè)置，定時中斷服務(wù)程序完成2．5 s的時間定時，并判斷炮彈是否正常發(fā)射出膛，否則報警并驅(qū)動機(jī)械裝置工作，主程序首先進(jìn)行初始化，然后根據(jù)P3．2與P3．3電平的高低及中斷程序中形成的標(biāo)識變量判斷出發(fā)射過程所處的狀態(tài)，各程序流程如圖3～圖5所示。

4 結(jié)語
    本系統(tǒng)采用20引腳單片機(jī)為主控電路，通過軟件實現(xiàn)系統(tǒng)功能，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能可靠，并且易于對功能的擴(kuò)展；使用紅外傳感器作為檢測方式，克服了同類裝置影響迫擊炮射擊精度、安裝使用不方便、存在誤報可能等問題，解決了迫擊炮炮彈發(fā)射過程中由于人為因素導(dǎo)致的無法判斷炮彈裝填后是否發(fā)射出膛的問題，避免了潛在的重大事故的發(fā)生。
    將控制電路與機(jī)械裝置整合為一體，外觀設(shè)計成弧形狀，用緊定箍將該裝置安裝于炮口。通過實彈射擊的檢驗，本系統(tǒng)不影響炮彈的填裝與發(fā)射，運行可靠，當(dāng)模擬發(fā)生炮彈重裝事故時能可靠及時地報警。