基于CPLD技术的枪械电磁扳机控制仪设计

O 引言
靶场测试领域中枪械的击发是一个重要的环节。传统的枪械击发采用人工方式，即射击人员听到射击指令后手工扣动枪械扳机进行击发，这种方式存在两方面的问题：其一，无法保证安全性。人员操作时有可能由于疲劳或者听错指令进行了误操作，则可能造成靶道内人员安全事故，而在有些应用场合，如防弹头盔穿甲实验，射击人员必须面对防弹头盔进行射击，弹头有可能反弹回来伤及射击人员。上述两种安全事故在国内靶场都曾发生过。其二，随着靶场测试技术的不断发展，靶场测试所用的设备种类越来越多，精度也越来越高，因此，不同的测试设备如何保持一定的同步性显得越来越重要。显然，手工击发枪械方式难以实现同步性要求。
基于以上考虑，有人提出了基于电磁效应的控制方法，由铁芯、线圈、衔铁、簧片等组成，当需要控制枪械击发时，向线圈两端加上一定电压，线圈中便会流经电流，从而产生电磁效应，衔铁就在电磁力的作用下克服弹簧的拉力吸紧铁芯，以带动扳机运动。当需要释放扳机
时，断开线圈两端电压，电磁力消失，衔铁在弹簧拉力的作用下，恢复原位释放扳机。多次试验后，证实该方法可行，但存在一定的弊端。如衔铁位置的恢复依赖于弹簧的拉力，长时间使用后弹簧会产生疲劳现象，另一方面，线圈方式工作时，会有较大的冲击电流，这会给电网
及其他设备带来干扰，甚至会引起关键设备误触发。
针对上述问题，设计了基于CPLD技术的枪械电磁扳机控制仪。

1 电磁扳机控制仪总体构成
为了保证电磁扳机控制仪安全可靠地工作，必须设计一定的逻辑互锁机构，设计中采用CPLD实现电路逻辑功能，步进电机作为执行单元。
电磁扳机控制仪总体构成如图1所示。

图1中，电磁扳机控制仪由CPLD逻辑控制器、RS 232通讯模块、电机驱动器以及步进电机构成。其中，CPLD完成逻辑控制及串口通讯功能，电机驱动器接收逻辑指令驱动步进电机工作。应用CPLD在线可编程技术及串口通信技术，设计的控制仪具有很高的现场可编程功能及组网功能，可与其他测试设备实现整体测试系统的同步性、自动化及网络化。由于电磁扳机控制仪应用在靶场环境，因此其使用的安全性是一个关键指标，新设计的控制仪克服了旧仪器的诸多问题，充分考虑了电磁兼容性，现场可操作性以及测试安全性等因素，从设计上最大程度的保证了使用的安全性。
枪械电磁扳机控制仪控制面板示意图如图2所示。

从消除干扰确保稳定的角度出发，首先是在设计CPLD控制板时，在电源地之间加入了大量的滤波电容，在数据通道上加入光电隔离，控制信号的长线输出采用双绞线输出并且接口均采用军品航空插头，以避免在传播路径中引入干扰；在步进电机执行单元，加入电磁屏蔽盒，消除电机动作时带来的电磁干扰。
从测试安全的角度出发，在控制面板上加入了解闭锁开关，确保了系统的总体控制；同时在“触发”和“复位”按键的逻辑上加入互锁功能，保证操作的正确性，从而消除误操作现象。