基于CPLD技術(shù)的槍械電磁扳機(jī)控制儀設(shè)計(jì)

O 引言
靶場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域中槍械的擊發(fā)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的槍械擊發(fā)采用人工方式，即射擊人員聽到射擊指令后手工扣動(dòng)槍械扳機(jī)進(jìn)行擊發(fā)，這種方式存在兩方面的問題：其一，無(wú)法保證安全性。人員操作時(shí)有可能由于疲勞或者聽錯(cuò)指令進(jìn)行了誤操作，則可能造成靶道內(nèi)人員安全事故，而在有些應(yīng)用場(chǎng)合，如防彈頭盔穿甲實(shí)驗(yàn)，射擊人員必須面對(duì)防彈頭盔進(jìn)行射擊，彈頭有可能反彈回來(lái)傷及射擊人員。上述兩種安全事故在國(guó)內(nèi)靶場(chǎng)都曾發(fā)生過。其二，隨著靶場(chǎng)測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，靶場(chǎng)測(cè)試所用的設(shè)備種類越來(lái)越多，精度也越來(lái)越高，因此，不同的測(cè)試設(shè)備如何保持一定的同步性顯得越來(lái)越重要。顯然，手工擊發(fā)槍械方式難以實(shí)現(xiàn)同步性要求。
基于以上考慮，有人提出了基于電磁效應(yīng)的控制方法，由鐵芯、線圈、銜鐵、簧片等組成，當(dāng)需要控制槍械擊發(fā)時(shí)，向線圈兩端加上一定電壓，線圈中便會(huì)流經(jīng)電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就在電磁力的作用下克服彈簧的拉力吸緊鐵芯，以帶動(dòng)扳機(jī)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要釋放扳機(jī)
時(shí)，斷開線圈兩端電壓，電磁力消失，銜鐵在彈簧拉力的作用下，恢復(fù)原位釋放扳機(jī)。多次試驗(yàn)后，證實(shí)該方法可行，但存在一定的弊端。如銜鐵位置的恢復(fù)依賴于彈簧的拉力，長(zhǎng)時(shí)間使用后彈簧會(huì)產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，另一方面，線圈方式工作時(shí)，會(huì)有較大的沖擊電流，這會(huì)給電網(wǎng)
及其他設(shè)備帶來(lái)干擾，甚至?xí)痍P(guān)鍵設(shè)備誤觸發(fā)。
針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了基于CPLD技術(shù)的槍械電磁扳機(jī)控制儀。

1 電磁扳機(jī)控制儀總體構(gòu)成
為了保證電磁扳機(jī)控制儀安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)一定的邏輯互鎖機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)中采用CPLD實(shí)現(xiàn)電路邏輯功能，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行單元。
電磁扳機(jī)控制儀總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1中，電磁扳機(jī)控制儀由CPLD邏輯控制器、RS 232通訊模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成。其中，CPLD完成邏輯控制及串口通訊功能，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收邏輯指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。應(yīng)用CPLD在線可編程技術(shù)及串口通信技術(shù)，設(shè)計(jì)的控制儀具有很高的現(xiàn)場(chǎng)可編程功能及組網(wǎng)功能，可與其他測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體測(cè)試系統(tǒng)的同步性、自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)化。由于電磁扳機(jī)控制儀應(yīng)用在靶場(chǎng)環(huán)境，因此其使用的安全性是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，新設(shè)計(jì)的控制儀克服了舊儀器的諸多問題，充分考慮了電磁兼容性，現(xiàn)場(chǎng)可操作性以及測(cè)試安全性等因素，從設(shè)計(jì)上最大程度的保證了使用的安全性。
槍械電磁扳機(jī)控制儀控制面板示意圖如圖2所示。

從消除干擾確保穩(wěn)定的角度出發(fā)，首先是在設(shè)計(jì)CPLD控制板時(shí)，在電源地之間加入了大量的濾波電容，在數(shù)據(jù)通道上加入光電隔離，控制信號(hào)的長(zhǎng)線輸出采用雙絞線輸出并且接口均采用軍品航空插頭，以避免在傳播路徑中引入干擾；在步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行單元，加入電磁屏蔽盒，消除電機(jī)動(dòng)作時(shí)帶來(lái)的電磁干擾。
從測(cè)試安全的角度出發(fā)，在控制面板上加入了解閉鎖開關(guān)，確保了系統(tǒng)的總體控制；同時(shí)在“觸發(fā)”和“復(fù)位”按鍵的邏輯上加入互鎖功能，保證操作的正確性，從而消除誤操作現(xiàn)象。