1系统硬件设计与实现
1.1系统硬件总体概述
基于声音炮弹检测电路主要硬件包括单片机及其外围电路和炮声采集、识别电路两部分。微处理器控制整个检测系统，对前端电路采集到的炮声进行处理，并利用软件控制进行记录和输出显示。根据系统需要，除了这两个主要部分之外，还相应的设计了一些辅助单元模块，如电源模块，数据显示单元等。电源模块主要用于给整个硬件电路提供稳定的电压，保证各部分的正常工作；数据显示单元用来对单片机系统处理后的数据进行外部显示，硬件框图如图1所示。该电路的具体工作过程为：首先进行声音采集，将采集的声音转化为相应的电信号再进行前置放大，然后将放大的信号通过比较器进行声音识别，而识别后的声音被转化为相应的高低电平，这样就可以传给单片机系统进行数据处理，最后将处理后的数据输出显示。
1.2电路设计
基于声音炮弹检测电路主要包括声音采集放大电路、炮声识别电路、单片机电路、电源电路、数据显示等五个主要模块。下面主要介绍声音采集放大电路、炮声识别电路、单片机电路。
1.2.1声音采集放大电路
声音采集放大电路是本设计硬件电路里面的重点。对于声音采集，由于炮声声音大、频率高的特点，本设计选用的是国产白点（灵敏度最低）驻极体话筒。它还具有体积小、频率范围宽和成本低等特点。声音采集放大电路如图2，驻极体话筒实时采集外部声音，并将大小不同的声音转化为相应的电信号输出，通过隔直通交电容C1作为前置放大电路的输入。本设计中，前置放大选用的芯片为LM358。此芯片内部具有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。工作电源电压范围宽，单电源使用时为3～30V，也可用在双电源工作模式下。它在实际生活中的应用已经很成熟，常出现在传感放大器、直流增益模块和其他用单电源供电的使用运算放大器的场合。该设计应用LM358作运算放大器，放大倍数由电阻R4、R5决定，其中R5为滑动变阻器，故该电路放大输出信号在一定范围内可调。
1.2.2炮声识别电路
声音信号经放大后输入到识别转换电路中，该电路实质是一个比较器。在电路工作时，放大后的信号输入到比较器的反相输入端，而同相输入端设置为炮声参考电压。若输入为炮声信号，则通过比较器，输出低电平；相反若为其它信号或无信号，则通过比较器，输出持续高电平。这就实现了炮声的识别，而比较器的输出只有高低电平，从而也实现了信号的转换，可以输送到单片机系统进行处理。在比较器中，本设计选用了LM393芯片（图3）。
1.2.3单片机系统单元
本设计所用的单片机系统主要包括单片机STC89C52，时钟产生电路，复位电路。时钟电路提供产生内部时序的振荡信号。除了上电复位外，有时还需要手动复位，通常是在RST端和正电源VCC间加一个按键，利用按键按下对RST端电平的影响来实现。
2软件设计与实现
软件设计采用C语言编写，编译器使用美国KeilC51开发。软件包含主程序、中断处理子程序、定时清零子程序、屏蔽干扰子程序和数据显示子程序。通过仿真将整个软件部分调试正常后，最后进行软硬件联调。将调好的程序通过下载器烧录到单片机STC89C52中，配合整个硬件电路工作。无信号输入时，数码管显示“P-00”，为正常开机显示。当模拟炮声输入时，检测结果不够准确，显示数据比实际炮声个数多，经过对程序的反复调试，最终显示结果能够达到一定准确性。
3结束语
通过软硬件设计和大量测试，实验和实弹测试结果均达到了设计要求。该系统能够实现对炮声信号的采集和放大，通过对高炮作业炮声的识别和信号转换，实时显示炮射时的炮弹数量，为人影地面作业自动化采集和现代化指挥打下基础。
作者：韩英奎 赵金涛 单位：吉林省人工影响天气办公室
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