赵艳丽,吕瑞云

（河南中光学集团,473000）

基于C8051F040单片机的光电观瞄控制系统的设计

赵艳丽,吕瑞云

（河南中光学集团,473000）

本文介绍了轻型武器作战平台上的光电观瞄控制系统的硬件及软件的设计方法，该系统以C8051F040单片机为核心，该芯片集成了控制系统所需的多种数字和模拟外设, 还具备多种总线接口,为光电观瞄控制系统提供了很好的平台。控制系统外部采用CAN总线与操控系统及平台上其它子系统通讯，通过控制电路来实现对可见光镜头、非制冷红外热像仪等的远程控制，并向系统提供光电观瞄系统探测到的目标图像和目标信息。

单片机；控制系统；CAN总线；远程控制

0 引言

光电观瞄系统，做为作战平台用来获取信息的“眼睛”其重要性则是毋庸置疑的。光电观瞄系统因为工作于光频，激光测距距离和角分辨率高，瞄准精度高，可大大提高作战平台武器的命中率，CCD电视摄像机和非制冷红外热像仪是无源系统而不容易被探测，生存能力强，而且可以对目标成像，此外光频不易受电子干扰的影响，隐身目标对光频也是薄弱环节。

光电观瞄控制系统主要完成战场昼夜监视、战场视频输出等任务。把直接观察、瞄准转换为间接观察、瞄准，有效地保证了操控人员的安全，提高武器系统的信息采集、应用等能力，增强武器系统的瞄准速度和射击精度,使武器站具备昼夜的作战能力，最大限度的发挥了武器系统的效能，满足武器系统在未来战争中的无人化需求及在中低强度作战、城市作战等战争中的作战需求。

1 系统硬件设计

光电观瞄控制系统外部通过CAN总线实现与操控系统及平台上其它子系统通讯，一方面接收来自操作手的控制指令，实现对可见光镜头、非制冷红外热像仪、激光测距机等的远程控制，完成瞄准、测距、搜索等任务。

1.1 中心处理器

光电观瞄控制系统的核心是中心处理器，采用C8051F040单片机，这款单片机是该系列单片机中功能最全、也是最具代表性的一款。它不仅具备控制系统所需的数字和模拟外设，包括ADC、DAC、看门狗定时器、电压比较器、定时器、PWM、定时器捕捉和方波输出等，该单片机的优点为小体积、低功耗、高性能、高可靠性，大大的降低了设计成本。

1.2 通讯模块

通讯模块是实现操控系统及平台上其它子系统与观瞄系统内部信息交换的桥梁，控制系统外部通过CAN2.0A协议与与操控系统及平台上其它子系统进行通信，CAN是一种多主方式的串行通信总线，具有非常高的位速率和抗电磁干扰能力，而且能够检测出通信过程中产生的所有错误。由于C8051F040集成了CAN2.0B协议控制器，在使用时只需外加一个CAN总线收发器就可以接入CAN总线网络，CAN总线收发器采用TI公司的SN65HVD230高速收发器，工作电压为3.3V，信号传输速率最高可达1Mb/s，具有抗瞬间干扰、保护总线的功能，还具有抗宽范围的共模干扰、电磁干扰能力。

内部主要是通过串口通讯对红外热像仪进行变焦、聚焦、极性切换、图像校正等操作，对激光测距机进行测距，获取目标距离等操作。为了提高串口通讯在各种恶劣电磁环境下的可靠性，在RS232接口芯片的收发信号线上串接电阻，并在电阻后端增加双向瞬态抑制二极管来实现对RS232串口的保护。

1.3 视频处理模块

视频处理模块主要实现对光电观瞄系统输出的视频信息进行处理。由视频切换电路和视频叠加电路等组成。

1.3.1 视频切换电路

视频切换电路由模拟CMOS开关、运算放大器等组成。由于CVBS信号带宽低于6.5MHz，带宽有限且输入阻抗低，基本上大部分的模拟CMOS开关均可胜任此任务，相对于继电器等触点开关切换视频具有快速，切换图像无抖动等优点。

1.3.2 视频叠加电路

视频叠加电路主要由LM1881行场分离器，MB90092专用字符叠加芯片和外部字符存储器AT89C256等组成。其中LM1881实现行信号和场信号的分离，该电路的集成度高，只需很少的外围电路就可提取出视频信号中的复合同步信号。MB90092主要对输入的模拟视频信号进行字符或图形叠加并产生混合的视频信号进行输出。AT89C256作为字库模块，用来存储所需要叠加的字符。事先将所需字符烧录到存储器中，这样的外挂的字符存储器给设计带来了极大的方便，观瞄控制器可以根据需要随时调用字库中的字符。

1.4 电机控制模块

电机控制模块主要由马达驱动芯片、可见光镜头变焦马达、聚焦马达、变焦电位器输出、聚焦电位器输出、A/D转换电路等组成。当接收到操控系统发出的变焦、聚焦等控制命令后，马达驱动芯片控制相应的马达进行响应。

操作者也可以根据需要控制可见光镜头自动变到指定视场。当接收到操控系统的光学视场预置数据命令后，将需要的视场数据转换成焦距值，通过该电路可以在光电观瞄控制器启动时变焦镜头自动达到观察的最佳视场，极大的减轻了工作量。

1.5 电源控制模块

由于作战平台上配备的武器系统包括各种机枪、自动榴弹发射器等，所以对光电观瞄控制器的抗振动、耐冲击性能要求非常高。因此电源控制电路采用具有遥控功能的电源模块来控制可见光摄像机、红外热像仪等设备的电源开、关。该电源模块采用北京博电的DC-DC电源转换器，具有非常高的环境适应性。

2 系统软件设计

系统软件主要分成三部分：C8051F040单片机与操控系统及平台上其它子系统的CAN通信软件；对可见光镜头、红外热像仪等设备进行控制操作的软件；视频处理软件。

CAN通讯主要完成的任务是将要传输的数据传送至CAN总线上，并接收本系统需要的数据，因此，CAN通信软件主要包括初始化程序、发送程序和接收程序等。本系统采用结构化程序设计，具有很好的模块性和可移植性。

图1 焦距值与A/D转换值对应曲线图

C8051F040单片机通过UART0和UART1来实现对激光测距机和红外热像仪的控制操作。本系统采用UART0工作在方式1，即标准的异步全双工通信，使用定时器3工作在16位自动重装载方式产生波特率。UART1也工作在方式1，使用定时器1工作在8位自动重装载方式产生波特率。

系统采用中断方式接收数据，当中断产生时，系统根据标识符来判断是否接收数据，若符合则接收并根据工作流程执行相应的操作。

视频处理软件主要对字符叠加芯片进行控制，将操作员所需的信息数据进行处理转换为要调用字符的地址码以调用字库RAM里的字符点阵，将其显示在光电观瞄系统输出的视频图像上。

3 结论

光电观瞄控制器可以广泛地应用于遥控武器站、机场防卫系统、装甲装备系统中。实践证明，本系统软硬件设计简单合理、成本低、功耗低、可靠性高，能够满足光电观瞄系统要求，值得推广使用。

童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程.北京：北京航空航天大学出版社，2005,1.

The design of the photoelectric control system based on C8051F040 MCU

Zhao Yanli,Lv Ruiyun
（Henan optical group,473000）

This paper introduces the concept of light weapons platforms eo at design method of hardware and software of the control system,the system C8051F040 singlechip as the core,the chip integrates the control system of digital and analog peripherals,also has a variety of bus interface,for the concept of photoelectric aiming control system provides a good platform.External use CAN bus control system and control system and other subsystem communications platform,through the control circuit to achieve the optical lens,uncooled infrared thermal imager,etc of the remote control,and to the concept of the system to provide the photoelectric aiming system to detect the target image and the target information.

singlechip；operating system；Controller Area Network；telecontrol